CN108386389B - 一种叶片与机匣和轮毂相融合的离心压气机扩压器结构 - Google Patents

一种叶片与机匣和轮毂相融合的离心压气机扩压器结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种叶片与机匣和轮毂相融合的离心压气机扩压器结构，属于中小型航空发动机压气机技术领域，其关键在于通过将径向扩压器与轴向扩压器连成一体和将前缘设计为锐边来降低损失，减小扩压器外径，并进一步将叶片与扩压器机匣和轮毂相融合来减小扩压器叶片的扭曲程度，方便叶片设计和加工。该发明可直接应用于小型航空发动机，能够在不增加加工成本和不降低压气机性能的前提下减小发动机外径，提高发动机推重比。

Description

一种叶片与机匣和轮毂相融合的离心压气机扩压器结构
技术领域
本发明属于中小型航空发动机压气机技术领域，涉及一种离心压气机扩压器结构，尤其涉及一种叶片与机匣和轮毂相融合的离心压气机扩压器结构，能够在扩压器进口直径不变的条件下减小扩压器最大外径，同时减小扩压器叶片压力面和吸力面的扭曲程度，特别适用于中小型航空发动机高压比离心压气机。
背景技术
离心压气机由于具有单级压比高、工作范围宽、结构简单、可靠性高等优点在小型燃气轮机及中小型航空发动机中得到了广泛的应用。随着离心压气机压比的提高，离心叶轮出口气流不均匀程度提高，且气流速度也有所提高，使径向扩压器进口马赫数达到高亚音甚至超音，在扩压器进口或通道内形成激波，影响离心压气机的性能。同时为了减小发动机的迎风面积，提高发动机推重比，需要最大限度地降低发动机的径向尺寸，随着发动机外径的减小，离心压气机径向扩压器的长度减小，扩压器的扩压负荷急剧增加，使叶片通道内极易发生流道分离，导致扩压器内损失增加，使扩压器设计更加困难。
现有技术中，通过将径向扩压器和轴向扩压器做成一体结构(如CN201410453415.4、CN200810196137.3等)，以减小径向扩压器和轴向扩压器之间转弯段的掺混损失，有利于在压气机特性不变的前提下减小扩压器的最大外径，但是一体化的扩压器叶片在从径向转到轴向的过程中同时还会从压力面向吸力面偏转，在扩压器径向高度较小时，会使扩压器叶片扭曲较为严重，导致扩压器叶片设计、造型和加工都存在较大困难。
发明内容
针对现有技术的上述缺点和不足，本发明旨在提供一种叶片与机匣和轮毂相融合的离心压气机扩压器结构，通过将扩压器叶片与扩压器流道的机匣和轮毂相融合来完成扩压器叶片的造型，既保证了在扩压器进口直径不变的条件下减小扩压器最大外径，同时可有效降低扩压器叶片在较小的径向到轴向转弯半径下的扭曲程度。
本发明为实现其技术目的所采用的技术方案为：
一种叶片与机匣和轮毂相融合的离心压气机扩压器结构，包括扩压器盘以及一体形成在所述扩压器盘周向边缘部分并均匀分布的多个扩压器叶片，相邻两所述扩压器叶片之间的空间形成为扩压器气流通道，各所述扩压器叶片包括形成在所述扩压器盘端面上的径向叶片段以及形成在所述扩压器盘边沿上的轴向叶片段，各所述扩压器气流通道包括径向扩压器气流通道段和轴向扩压器气流通道段，其特征在于，
所述扩压器叶片包括形成在所述径向叶片段前端的扩压器前缘以及形成在所述轴向叶片段尾端的扩压器尾缘，
所述径向叶片段的叶片压力面从所述扩压器前缘处向所述扩压器气流通道的下游发展逐渐转变为所述轴向扩压器气流通道段的轮毂，
所述径向叶片段的叶片吸力面从所述扩压器前缘处向所述扩压器气流通道的下游发展逐渐转变为所述轴向扩压器气流通道段的机匣的一部分，
位于所述径向扩压器气流通道段的轮毂沿所述扩压器气流通道向下游发展，逐渐转变为所述轴向叶片段的叶片吸力面，
位于所述径向扩压器气流通道段的机匣沿所述扩压器气流通道向下游发展，在所述轴向扩压器气流通道段与由所述径向叶片段的叶片吸力面转变来的机匣部分共同组成所述轴向扩压器气流通道段的机匣，
从所述径向扩压器气流通道段的机匣与所述径向叶片段的叶片压力面相交处重新生成一个曲面，该曲面沿所述扩压器气流通道向下游发展，宽度由零逐渐增大，形成为所述轴向叶片段的压力面。
进一步地，所述径向叶片段的叶片压力面与叶片吸力面在所述扩压器前缘处相交，形成为一条锐边形式的扩压器前缘，以适应高马赫数来流。
进一步地，所述重新生成的曲面在所述径向叶片段的叶片压力面与所述径向扩压器气流通道段的机匣相交处宽度为零，随着其向下游发展不断扭转，且其宽度逐渐增大，形成为所述轴向叶片段的压力面。
进一步地，所述径向扩压器气流通道段处的喉部截面形状为四边形。
进一步地，所述径向扩压器气流通道段和轴向扩压器气流通道段的截面形状为五边形。
进一步地，所述扩压器叶片数在10到35之间。
进一步地，所述扩压器最大外径与所述扩压器进口直径之比优先选择1.3以下。
与现有叶片式扩压器相比，本发明的叶片与机匣和轮毂相融合的离心压气机扩压器结构具有显著的技术效果：(1)扩压器叶片将径向扩压器叶片和轴向扩压器叶片连成一体，有益于减小扩压器通道中的掺混损失，可以在压气机总损失不变的前提下进一步减小扩压器外径；(2)由径向叶片段的叶片压力面与叶片吸力面在扩压器前缘处形成的尖前缘能够更好地适应高马赫数来流；(3)通过将扩压器叶片与机匣和轮毂相融合的结构，既保证了在扩压器进口直径不变的条件下减小扩压器最大外径，同时可有效降低扩压器叶片在较小的径向到轴向转弯半径下的扭曲程度，易于叶片设计和加工，可直接应用于中小型航空发动机离心式压气机，能够在不增加加工成本和不降低压气机性能的前提下减小发动机外径，提高发动机推重比。
附图说明
图1为本发明的叶片与机匣和轮毂相融合的离心压气机扩压器主视图；
图2为本发明的扩压器结构的后视图；
图3为本发明的扩压器结构的三维视图；
图4为本发明的扩压器结构的另一三维视图；
图5为本发明的扩压器结构的子午面视图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施例。
如图1至图5所示，本发明的叶片与机匣和轮毂相融合的离心压气机扩压器结构，包括扩压器本体1，扩压器本体1由扩压器叶片和扩压器盘组成，扩压器叶片数在10到35之间，加工时可通过在扩压器盘上铣出扩压器气流通道9来完成扩压器叶片的加工。多个扩压器叶片一体形成并均匀分布在所述扩压器盘周向边缘部分，相邻两扩压器叶片之间的空间形成为扩压器气流通道9，各扩压器叶片包括形成在扩压器盘端面上的径向叶片段以及形成在扩压器盘边沿上的轴向叶片段，各扩压器气流通道9包括径向扩压器气流通道段和轴向扩压器气流通道段，扩压器叶片通道9直接从径向转到轴向。扩压器叶片包括形成在径向叶片段前端的扩压器前缘5以及形成在轴向叶片段尾端的扩压器尾缘8。靠近扩压器前缘5处的叶片压力面6与靠近扩压器前缘5处的叶片吸力面2在扩压器叶片前缘处相交，形成一条锐边5，即扩压器叶片的前缘5。
扩压器的一体化叶片通过将压力面、吸力面、机匣和轮毂相融合来完成叶片造型。靠近扩压器前缘处的叶片压力面6在向扩压器通道下游发展的过程中不再作为叶片的压力面，而是逐渐转变为扩压器通道的轮毂。靠近扩压器前缘处的叶片吸力面2向扩压器通道下游发展的过程中也不再作为叶片的吸力面，而是宽度逐渐减小并转变为扩压器机匣的一部分。曲面7在扩压器前缘压力面和机匣相交处宽度为零，随着曲面7向下游发展，其宽度逐渐增大，形成扩压器通道后半部分的压力面。位于扩压器通道进口处的轮毂3沿扩压器通道向下游发展，不再作为扩压器通道的轮毂，逐步转变为扩压器叶片的吸力面。扩压器进口处的机匣沿扩压器通道向后发展，在扩压器后半段与由扩压器前缘吸力面转变来的部分机匣面2共同组成扩压器通道的机匣。由融合扩压器压力面和轮毂的曲面6、融合扩压器吸力面与机匣的曲面2、融合扩压器轮毂与吸力面的曲面3、组成扩压器后半部分压力面的曲面7、扩压器叶片叶顶曲面4以及扩压器叶片尾缘平面8这六个曲面最终组成扩压器叶片，完成扩压器叶片造型。扩压器气流通道9除喉部截面形状为四边形外，其余部分的截面形状为五边形。
由于扩压器气流通道9可以将气流直接从径向转到轴向，减小径向扩压器和轴向扩压器之间的掺混损失，因此与传统径向扩压器加轴向扩压器的扩压***相比，这种扩压器可以进一步将扩压器外径降低，使扩压器负荷增大，同时还能够达到与传统扩压器相同的性能。该种扩压器前缘5为锐边，能够更好地适应高马赫数来流。由于最大外径降低，使得扩压器尾缘叶顶10处的半径与扩压器进口前缘5处的半径比减小，扩压器通道转弯半径减小，同时扩压器叶片还要从压力面向吸力面偏转，因此扩压器叶片的扭曲程度加大。本发明中的扩压器叶片通过将压力面分割为上游的曲面6和下游的曲面7以及将吸力面分割为上游的曲面2和下游的曲面3，大大减小了扩压器叶片的扭曲程度，减小了设计和加工难度。
此外，需要说明的是，本说明书中仅对将扩压器叶片压力面和吸力面划分为上游和下游两段并与机匣和轮毂相互融合的情况进行了描述，对于将扩压器叶片压力面和吸力面从上游到下游划分对多段的叶片造型型式同样适用，且其叶片的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种叶片与机匣和轮毂相融合的离心压气机扩压器结构，其特征在于，包括扩压器盘以及一体形成在所述扩压器盘周向边缘部分并均匀分布的多个扩压器叶片，相邻两所述扩压器叶片之间的空间形成为扩压器气流通道，各所述扩压器叶片包括形成在所述扩压器盘端面上的径向叶片段以及形成在所述扩压器盘边沿上的轴向叶片段，各所述扩压器气流通道包括径向扩压器气流通道段和轴向扩压器气流通道段，直接将气流从径向转到轴向，减小了径向扩压器和轴向扩压器之间的掺混损失；
所述扩压器叶片包括形成在所述径向叶片段前端的扩压器前缘以及形成在所述轴向叶片段尾端的扩压器尾缘，
所述径向叶片段的叶片压力面从所述扩压器前缘处向所述扩压器气流通道的下游发展逐渐转变为所述轴向扩压器气流通道段的轮毂，
所述径向叶片段的叶片吸力面从所述扩压器前缘处向所述扩压器气流通道的下游发展逐渐转变为所述轴向扩压器气流通道段的机匣的一部分，
位于所述径向扩压器气流通道段的轮毂沿所述扩压器气流通道向下游发展，逐渐转变为所述轴向叶片段的叶片吸力面，
位于所述径向扩压器气流通道段的机匣沿所述扩压器气流通道向下游发展，在所述轴向扩压器气流通道段与由所述径向叶片段的叶片吸力面转变来的机匣部分共同组成所述轴向扩压器气流通道段的机匣，
从所述径向扩压器气流通道段的机匣与所述径向叶片段的叶片压力面相交处重新生成一个曲面，该曲面沿所述扩压器气流通道向下游发展，宽度由零逐渐增大，形成为所述轴向叶片段的压力面。
2.根据权利要求1所述的离心压气机扩压器结构，其特征在于，所述径向叶片段的叶片压力面与叶片吸力面在所述扩压器前缘处相交，形成为一条锐边形式的扩压器前缘，以适应高马赫数来流。
3.根据权利要求1所述的离心压气机扩压器结构，其特征在于，重新生成的曲面在所述径向叶片段的叶片压力面与所述径向扩压器气流通道段的机匣相交处宽度为零，随着其向下游发展不断扭转，且其宽度逐渐增大，形成为所述轴向叶片段的压力面。
4.根据权利要求1所述的离心压气机扩压器结构，其特征在于，所述径向扩压器气流通道段处的喉部截面形状为四边形。
5.根据权利要求1所述的离心压气机扩压器结构，其特征在于，所述径向扩压器气流通道段和轴向扩压器气流通道段的截面形状为五边形。
6.根据权利要求1所述的离心压气机扩压器结构，其特征在于，所述扩压器叶片数在10到35之间。
7.根据权利要求1所述的离心压气机扩压器结构，其特征在于，所述扩压器最大外径与所述扩压器进口直径之比选择1.3以下。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110005525A (zh) * 2019-03-01 2019-07-12 南京航空航天大学 一种带叶栅型去旋喷嘴的压气机减涡结构
CN112377268B (zh) * 2020-11-13 2022-08-30 中国航发湖南动力机械研究所 一种增材制造的一体式扩压器
CN113094833B (zh) * 2021-04-09 2023-11-14 中国科学院工程热物理研究所 具有燕尾前缘且径向和轴向叶片一体化的扩压器设计方法
CN113756951B (zh) * 2021-09-30 2022-07-12 大连理工大学 一种径向与轴向扩压器相融合的保型扩压器
CN114593089A (zh) * 2022-01-26 2022-06-07 北京盈天航空动力科技有限公司 一种微小型涡喷发动机v型子午流道扩压器
CN114658502B (zh) * 2022-03-31 2023-12-26 中国科学院工程热物理研究所 支撑套、支撑机构及支撑套的设计方法
CN114718907B (zh) * 2022-04-21 2023-06-30 珠海格力电器股份有限公司 一种双级轴向扩压器、气动部件、吸尘器和压缩机

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101363452A (zh) * 2008-09-16 2009-02-11 南京航空航天大学 保形通道式扩压器及其三维设计方法
CN201281045Y (zh) * 2008-09-16 2009-07-29 南京航空航天大学 保形通道式扩压器
ITCO20120055A1 (it) * 2012-11-06 2014-05-07 Nuovo Pignone Srl Pala di canale di ritorno per compressori centrifughi
CN103775388B (zh) * 2014-01-08 2015-12-09 南京航空航天大学 掠扭式三维叶片扩压器及设计方法
CN104343734B (zh) * 2014-09-05 2018-06-19 北京动力机械研究所 离心压气机

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