[發明專利]兩級離心壓氣機級間U型混合擴壓器

有效

• 申請號: 201510767356.2
• 申請日: 2015-11-11
• 公開（公告）號: CN105298921B
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: 韓樹軍;丁水汀;杜發榮;劉曉靜
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F04D29/44
• 分類號: F04D29/44
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所11121
• 代理人: 趙文利

技術領域

本發明屬于葉輪機械技術領域，具體是指兩級離心壓氣機級間U型混合擴壓器。

背景技術

離心壓氣機由于具有壓比高、重量輕的特性，是增壓器和燃氣輪機中的常用部件。但單級離心壓氣機的壓比有限，要獲得更大的壓比，主要通過單級軸流壓氣機加單級離心壓氣機方式、多級軸流壓氣機加單級離心壓氣機方式以及單級離心壓氣機加單級離心壓氣機構成的兩級離心壓氣機方式實現，現有技術中選用兩級離心壓氣機方式居多。

兩級離心壓氣機包括兩種布置方式：壓氣機同向布置和壓氣機反向布置；同向布置是指兩個單級離心壓氣機進氣方向相同，反向布置是指兩個單級離心壓氣機進氣方向相反；

兩級離心壓氣機同向布置在航空燃氣輪機中已有應用，但由于兩級離心壓氣機之間布置氣流連接通道，導致兩個單級離心壓氣機的軸向距離過大，結構不夠緊湊。

兩級離心壓氣機反向布置時，雖然具有結構緊湊、轉子系統動力特性優良的特點，在渦輪增壓器中獲得了應用；但是，兩個單級離心壓氣機反向布置時一般設置成：采用每個單級離心壓氣機配一個蝸殼，用管路連接兩個單級離心壓氣機，高壓壓氣機出氣通過蝸殼匯聚后從氣流連接通道中穿出，這樣做會引起氣流連接通道的附加阻力損失，造成整個壓氣機的壓縮效率下降。

發明內容

本發明的目的是：當兩級離心壓氣機反向布置時，利用兩個壓氣機葉輪反向布置的軸向長度，通過設計壓氣機兩級間氣流連接通道，有效降低兩級離心壓氣機級間氣流流動的阻力損失，提出了兩級離心壓氣機級間U型混合擴壓器，包括低壓壓氣機，高壓壓氣機和U型混合擴壓器；低壓壓氣機和高壓壓氣機反向布置，通過軸承和支撐殼體固連，并且低壓壓氣機出口通過U型混合擴壓器的混合U型結構通道連接高壓壓氣機進口。

U型混合擴壓器，包括葉片擴壓器，環形擴壓器和進氣整流器；三者依次設置在低壓壓氣機出口和高壓壓氣機進口之間，形成多段擴壓器的混合U型結構通道。

具體為：葉片擴壓器連接在低壓壓氣機的出口，由在低壓壓氣機殼體內壁上鑄造的多個擴壓葉片構成，擴壓葉片的數量根據葉輪大小和空氣流量確定；通過葉片擴壓器與壓氣機軸支撐中的壓氣機背盤共同構成了葉片擴壓器的擴壓通道，通過壓氣機背盤阻斷低壓壓氣機1出口氣流向軸承腔的流動。

每一個擴壓葉片采用一體式的徑向軸向葉片，均包含徑向擴壓段和軸向擴壓段；徑向擴壓段和軸向擴壓段采用連續曲線成形，擴壓比分配為4：1到3：1；

環形擴壓器是高壓壓氣機殼體中的環形通道，通過鑄造一體化成型，與葉片擴壓器和進氣整流器相連；環形擴壓器的擴壓比占葉片擴壓器的1/6，即葉片擴壓器與環形擴壓器的擴壓比分配為6：1。

進氣整流器設置于高壓壓氣機的進氣口，由整流器罩和導流盤組成；整流器罩與高壓壓氣機外殼固定，整流器罩上周向均勻設有整流葉片，起整流和支撐作用；進氣整流器保證了氣流轉折過程中不發生分離。導流盤與高壓壓氣機外殼固定，使整流葉片搭接在導流盤上。通過整流器保證了氣流轉折過程中不發生分離，整流后的氣流經過導流盤導流進入高壓壓氣機，通過蝸殼匯聚從環形擴壓器中穿出。

本發明的優點在于：

(1)兩級離心壓氣機級間U型混合擴壓器，采用兩段擴壓器，合理分配擴壓比實現了既大幅度降低了通道中穿過部分的阻力損失，又保證了整機的壓縮效率和結構緊湊。

(2)兩級離心壓氣機級間U型混合擴壓器，相對于U型直連通道的壓力損失可以降低超過40％，相對于雙蝸殼管道連接壓力損失可以降低超過60％。具有擴壓效率高、損失小、結構緊湊、重量輕的特點。

附圖說明

圖1是本發明兩級離心壓氣機級間U型混合擴壓器的剖面圖；

圖2是本發明兩級離心壓氣機U型混合擴壓器通道結構示意圖；

圖3是本發明低壓壓氣機一體式葉片徑向軸向擴壓器葉片示意圖；

圖4是本發明高壓壓氣機進氣整流器葉片示意圖。

其中，1-低壓壓氣機；2-高壓壓氣機；3-進氣整流器；4-高壓壓氣機殼體；5-葉片擴壓器；6-環形擴壓器；

501-低壓壓氣機殼體；502-壓氣機背盤；503-軸向擴壓段；504-徑向擴壓段；

301-整流器罩；302-導流盤；303-整流葉片；

具體實施方式

下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。