[發(fā)明專利]一種具有馬蹄形擴(kuò)壓通道的葉片式擴(kuò)壓器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310714361.8
• 申請(qǐng)日: 2013-12-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103742450A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧新根;張燕峰;韓戈;趙勝豐;朱俊強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類號(hào): F04D29/44
• 分類號(hào): F04D29/44
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有馬蹄形擴(kuò)壓通道的葉片式擴(kuò)壓器，能夠在不增加擴(kuò)壓器加工難度和制造成本的前提下大幅度提高離心壓氣機(jī)的效率和穩(wěn)定工作裕度，特別適用于中小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓比離心壓氣機(jī)。

背景技術(shù)

壓氣機(jī)是發(fā)動(dòng)機(jī)研制過(guò)程中最關(guān)鍵、難度最高的技術(shù)之一，由于具有工作范圍寬廣，零件少、可靠性高和抗外物撞擊能力強(qiáng)等一系列優(yōu)勢(shì)，高壓比離心壓氣機(jī)在中小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而離心壓氣機(jī)壓比的提高使得離心葉輪出口氣流速度高且很不均勻，再加上離心葉輪出口寬度很小，擴(kuò)壓器入口與離心葉輪出口較近，兩者之間存在強(qiáng)烈的非定常相互作用；航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)高推重比/功重比的追求使得壓氣機(jī)的壓比越來(lái)越高，導(dǎo)致徑向擴(kuò)壓器進(jìn)口馬赫數(shù)增加，甚至出現(xiàn)超音，進(jìn)一步惡化葉輪與擴(kuò)壓器之間的匹配，大大降低了離心壓氣機(jī)的效率和穩(wěn)定工作范圍，導(dǎo)致緊湊高效的擴(kuò)壓器的設(shè)計(jì)非常具有挑戰(zhàn)性，成為制約高壓比離心壓氣機(jī)應(yīng)用于工程實(shí)際的主要技術(shù)障礙。

管式擴(kuò)壓器是由沿周向均布的一系列擴(kuò)壓管道構(gòu)成，相鄰的兩個(gè)管式擴(kuò)壓器通道在進(jìn)口部分相貫，在擴(kuò)壓器進(jìn)口輪盤和輪蓋側(cè)形成燕尾形前緣，相比于傳統(tǒng)的葉片式擴(kuò)壓器，管式擴(kuò)壓器燕尾形前緣對(duì)于高馬赫數(shù)的氣流適應(yīng)性較好，能夠有效提高高壓比離心的效率和穩(wěn)定工作裕度，十分適合高壓比離心壓氣機(jī)。然而管式擴(kuò)壓器存在加工難度大、成本高，同時(shí)加工精度難于保證等問(wèn)題，因此，亟需一種能夠兼顧擴(kuò)壓器氣動(dòng)性能和加工成本的新形擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)布局。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種設(shè)計(jì)合理、既實(shí)現(xiàn)離心壓氣機(jī)效率和穩(wěn)定工作裕度提升，又能保證擴(kuò)壓器加工成本基本不變的新型擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種具有馬蹄形擴(kuò)壓通道的離心壓氣機(jī)葉片式擴(kuò)壓器，包括擴(kuò)壓器輪盤、擴(kuò)壓器輪蓋及內(nèi)置若干擴(kuò)壓器葉片，適用于高壓比離心壓氣機(jī)，其特征在于，所述擴(kuò)壓器葉片沿周向均布在擴(kuò)壓器輪蓋和擴(kuò)壓器輪盤之間，包括軸向擴(kuò)壓器葉片和徑向擴(kuò)壓器葉片，其中，所述徑向擴(kuò)壓器葉片的底部形成在所述擴(kuò)壓器輪蓋的內(nèi)壁上，其頂部與所述擴(kuò)壓器輪盤的內(nèi)壁相抵觸，且所述徑向擴(kuò)壓器葉片與擴(kuò)壓器輪蓋的內(nèi)壁之間采用圓角光滑過(guò)渡，所述圓角半徑R為相鄰兩徑向擴(kuò)壓器葉片間距b的1/3～1/2，相鄰兩徑向擴(kuò)壓器葉片與所述擴(kuò)壓器輪盤內(nèi)壁、擴(kuò)壓器輪蓋內(nèi)壁形成一封閉的橫截面形狀基本呈“U”形的馬蹄形擴(kuò)壓通道，各所述馬蹄形擴(kuò)壓通道在所述擴(kuò)壓器的氣流進(jìn)口部分相貫，各所述徑向擴(kuò)壓器葉片在所述擴(kuò)壓器輪蓋側(cè)形成燕尾形進(jìn)口前緣，且各徑向擴(kuò)壓器葉片均在其前緣部分與所述擴(kuò)壓器輪蓋的輪緣相切。優(yōu)選地，各所述徑向擴(kuò)壓器葉片由其主體部分向前緣部分延伸并逐漸減薄，從而在所述擴(kuò)壓器輪蓋的進(jìn)口側(cè)形成燕尾形前緣。

優(yōu)選地，所述擴(kuò)壓器輪蓋和擴(kuò)壓器輪盤均包括徑向部分和軸向部分，且軸向部分均設(shè)置在徑向部分的外圓周部分，且二者之間光滑過(guò)渡連接，所述擴(kuò)壓器輪蓋的徑向部分、擴(kuò)壓器輪盤的徑向部分與徑向擴(kuò)壓器葉片構(gòu)成徑向擴(kuò)壓器，所述擴(kuò)壓器輪蓋的軸向部分、擴(kuò)壓器輪盤的軸向部分與軸向擴(kuò)壓器葉片構(gòu)成軸向擴(kuò)壓器。

進(jìn)一步地，所述擴(kuò)壓器設(shè)置在離心壓氣機(jī)的氣流出口部分，且徑向擴(kuò)壓器進(jìn)口直徑R3與離心葉輪出口直徑R2之比為1.03～1.08。

本發(fā)明的具有馬蹄形擴(kuò)壓通道的離心壓氣機(jī)葉片式擴(kuò)壓器，在擴(kuò)壓器進(jìn)口輪蓋側(cè)形成燕尾形進(jìn)口前緣幾何形狀，在擴(kuò)壓器入口輪盤側(cè)及擴(kuò)壓器出口形成類似于葉片式擴(kuò)壓器通道。

進(jìn)一步地，所述擴(kuò)壓器輪蓋、徑向擴(kuò)壓器葉片和軸向擴(kuò)壓器葉片組成一整體盤，利用機(jī)床在整體盤上分別銑制出楔形或者機(jī)翼形徑向擴(kuò)壓器葉片和/或軸向擴(kuò)壓器葉片。

本發(fā)明所述擴(kuò)壓器輪盤內(nèi)壁、擴(kuò)壓器輪蓋內(nèi)壁以及擴(kuò)壓器葉片構(gòu)成了若干具有馬蹄形的擴(kuò)壓通道，擴(kuò)壓器葉片與擴(kuò)壓器輪蓋之間采用倒角或圓角光滑過(guò)渡，且所述馬蹄形通道倒角或圓角半徑R為擴(kuò)壓器通道寬度b的1/3～1/2。

進(jìn)一步地，所述馬蹄形擴(kuò)壓通道的橫截面積可以通過(guò)變化擴(kuò)壓器寬度b和高度H獲得，從而調(diào)整擴(kuò)壓器進(jìn)出口面積比。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述徑向擴(kuò)壓器葉片為楔形或者機(jī)翼形，所述徑向擴(kuò)壓器徑向擴(kuò)張角θ為5～10°，擴(kuò)壓器喉部長(zhǎng)度L與擴(kuò)壓器喉部寬度之比為1/3～1/2，且所述擴(kuò)壓器數(shù)目為17～29。