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CN102678590A - 超紧凑高压比斜流-离心组合压气机结构 - Google Patents

超紧凑高压比斜流-离心组合压气机结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超紧凑高压比斜流-离心组合压气机结构，涉及压气机技术，其有斜流压气机和离心压气机两级，第一级为斜流压气机、第二级为离心压气机，关键是在斜流压气机与离心压气机之间采用一段小直径“S”型弯管连接结构。本发明的结构可直接用于航空燃气涡轮发动机，具有结构简单、零部件少、结构紧凑、可靠性高和加工维护费用低等综多优势，可以解决国内现有中小型航空燃气涡轮发动机采用多级轴流压气机、轴流-离心组合压气机存在的单级压比低、级数多、重量大、制造成本高和双级离心压气机存在的径向尺度大的问题。

Description

超紧凑高压比斜流-离心组合压气机结构
技术领域
本发明涉及压气机技术领域，是一种超紧凑高压比斜流-离心组合压气机结构，其特别适用于高性能航空燃气涡轮发动机。
背景技术
各种类型中小推力航空燃气涡轮发动机最大差异体现为压气机部件类型差异，与大推力航空发动机均采用大流量、高压比的多级轴流压气机结构形式不同，中小推力航空发动机压缩系统均采用组合压气机。然而也有采用全轴流的，如WS500，其高压压气机采用了5级轴流压气机，多级轴流式压气机的优点是流道平滑、效率高，然而缺点也比较明显：①多级轴流压气机零部件数量多、成本高；②畸变容限低、抗外来物损坏特性差；③随着压比的提高，后面级的通道高度越来越小，叶片短而薄，整个压气机都采用轴流级时，后面级的效率将非常低，同时增加了叶片加工难度；④轴流压气机单级压比低，对于需要高增压比的发动机来说，如采用多级轴流压气机，将因为转子跨度过长而出现转子动力学问题；⑤由于小型多级轴流压气机级间匹配困难，中低转速下压气机的稳定裕度较小，为了扩大稳定工作范围，常常采用前几级静子叶片可调或者加装放气机构，复杂的叶片调节和放气机构及相应控制系统的引入进一步增加了结构复杂性，使得发动机推重比的提高遇到了瓶颈。轴流-离心/斜流组合压气机结合了轴流级流道平滑，效率高以及离心级流量小，工作范围宽广，零件少和可靠性高的特点，广泛用于中小流量的发动机中。国外几个最新型号发动机如GE公司的T700发动机，威廉姆斯公司的F107发动机以及霍尼韦尔公司的TFE731发动机等都采用的是轴流-离心组合压气机。然而，轴流-离心组合压气机由于轴流级的存在，同样难以避免多级轴流压气机所存在的上述弊端；双级离心压气机具有结构简单、零部件少、可靠性高和加工维护费用低等优势，然而，双级离心压气机径向尺寸较大，增大发动机的迎风面积和重量，并且增加了作用在轴承上的力，增大了轴承设计难度，降低了轴承的寿命。因此，亟需探索一种新型的组合压气机结构布局。
发明内容
为了克服航空发动机多级轴流压气机、轴流-离心/斜流组合压气机和双级离心压气机所存在的问题，本发明的目的是提出一种超紧凑斜流-离心组合压气机结构，其具有结构简单、零部件少、结构紧凑、可靠性高和加工维护费用低等诸多优势。
为了达到上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种超紧凑高压比斜流-离心组合压气机结构，适用于高性能中小型航空发动机；其包括斜流压气机和离心压气机两级，第一级为斜流压气机、第二级为离心压气机，在斜流压气机与离心压气机之间采用一段“S”型弯管连接结构，“S”型弯管进口与斜流压气机出口固接，出口与离心压气机进口固接。
所述的斜流-离心组合压气机结构，其所述“S”型弯管内带有叶片，且“S”型弯管进口直径大于“S”型弯管出口直径，“S”型弯管通道的面积经历了先增加后减小的过程，以保证“S”型弯管内良好的流动状态。
所述的斜流-离心组合压气机结构，其所述“S”型弯管内带有的叶片，是在“S”型弯管进口处沿周向设置了一排具有45°～60°安装角的楔形整流器叶片，在出口处沿周向设置了一排朝径向延伸的具有25°～40°安装角的回流器叶片，同时两排叶片进口均与上游叶片的出口气流方向对齐。
所述的斜流-离心组合压气机结构，其所述“S”型弯管内的回流器叶片，能够将斜流转子出口具有45～75°预旋的气流整流成离心叶轮进口具有15～0°预旋的气流。
所述的斜流-离心组合压气机结构，其所述斜流级压比为4.0-6.0∶1，离心级压比为2.0-3.0∶1。
所述斜流压气机与离心压气机结构，其所述斜流压气机与离心压气机之间采用一新颖结构的“S”型弯管连接，与具有相同设计参数的双级离心压气机相比，其径向尺寸能够减小25％，结构更加紧凑。
所述的斜流-离心组合压气机结构，其所述斜流压气机的斜流叶轮与离心压气机的离心叶轮之间通过中心拉杆沿轴向拉紧形成刚性整体，斜流叶轮与离心叶轮安装在同一根轴上；工作时，涡轮通过圆弧端齿传扭，带动斜流叶轮和离心叶轮一起绕着发动机轴线旋转。
本发明的有益效果是：
(1)斜流压气机的单级压比较高，前面级采用斜流压气机取代多级轴流压气机使得压气机零部件数大大少，结构简单紧凑，明显减小加工、安装和维修成本；
(2)前面级采用斜流压气机取代多级轴流压气机缩短了支承跨度，降低了轴系设计难度；
(3)前面级采用宽弦设计的斜流压气畸变容限高，抗外物撞击能力(FOD)强，并且对间隙和叶片表面光洁度不敏感；
(4)斜流-离心组合压气机稳定工作范围宽广，可省去进口导向叶片、复杂的叶片调节机构和相应的控制系统；
(5)相比于双级离心压气机结构布局，前面级采用斜流压气机可克服双级离心压气机流量小的限制；同时，斜流压气机与离心压气机之间采用结构新颖的S型弯管连接，这一方面避免了双级离心压气机所存在的径向尺寸大的问题，另一方面减小了作用在轴承上的力，增加了轴承的寿命。
附图说明
图1为本发明的超紧凑高压比斜流-离心组合压气机结构示意图；其中：
斜流叶轮盘1     内壁部件2             内壁部件3
离心叶轮盘4     中心拉杆5             轴线6
斜流转子叶片7   圆弧端齿8             整流器叶片9
外壁部件10      回流器叶片11          外壁部件12
外壁部件13      离心转子叶片14        径向扩压器叶片15
轴向扩压器叶片16
具体实施方式
参见图1，本发明的超紧凑高压比斜流-离心组合压气机结构，由斜流叶轮、带整流器和回流叶片的小直径“S”型弯管、离心叶轮、径向扩压器及轴向扩压器共六部分组成，其中斜流叶轮由斜流叶轮盘1和斜流转子叶片7组成，离心叶轮由离心叶轮盘4和离心转子叶片14组成，斜流叶轮与离心叶轮之间通过一段径向尺寸小的超紧凑“S”型弯管连接，“S”型弯管内壁由内壁部件2和内壁部件3组成，弯管外壁由外壁部件10、外壁部件12和外壁部件13组成，弯管进口布置有一排整流器叶片9，而出口布置有一排回流器叶片11。斜流叶轮与离心叶轮通过中心拉杆5沿轴向拉紧形成刚性整体，斜流叶轮与离心叶轮安装在同一根轴上，组合压气机工作时，涡轮通过圆弧端齿8传扭至离心叶轮盘4，带动斜流叶轮和离心叶轮一起绕着发动机轴线6旋转。
本发明的超紧凑高压比斜流-离心组合压气机结构，压气机由斜流压气机和离心压气机共两级组成，第一级为斜流压气机、第二级为离心压气机，斜流压气机与离心压气机之间采用一段结构新颖的小直径“S”型弯管连接，压气机工作时，气流由进气机匣的收敛通道引入第一级斜流压气机的工作叶片7，经工作叶片7增压后，流入轴流式整流器9，经整流扩压后通过一段小直径“S”型弯管(带回流器叶片11)进入第二级离心压气机的离心转子叶片14，经离心叶轮进一步增压后，进入叶片式径向扩压器15，在其中减速增压，再经过轴向扩压器16进一步扩压，整流，最后流入燃烧室。
综上所述，本发明可直接用于航空燃气涡轮发动机，其具有结构简单、零部件少、结构紧凑、可靠性高和加工维护费用低等综多优势，可以解决国内现有中小型航空燃气涡轮发动机采用多级轴流压气机、轴流-离心组合压气机所存在的单级压比低、级数多、重量大、制造成本高和双级离心压气机存在的径向尺度大的问题。

Claims (7)

1.一种超紧凑高压比斜流-离心组合压气机结构，适用于高性能中小型航空发动机；其特征在于：包括斜流压气机和离心压气机两级，第一级为斜流压气机、第二级为离心压气机，在斜流压气机与离心压气机之间采用一段“S”型弯管连接结构，“S”型弯管进口与斜流压气机出口固接，出口与离心压气机进口固接。
2.根据权利要求1所述的斜流-离心组合压气机结构，其特征在于：所述“S”型弯管内带有叶片，且“S”型弯管进口直径大于“S”型弯管出口直径，“S”型弯管通道的面积经历了先增加后减小的过程，以保证“S”型弯管内不出现流动分离，具有较高的总压恢复系数。
3.根据权利要求1或2所述的斜流-离心组合压气机结构，其特征在于：所述“S”型弯管内带有的叶片，“S”型弯管进口处沿周向设置了一排具有45°～60°安装角的楔形整流器叶片，出口处沿周向设置了一排朝径向延伸的具有25°～40°安装角的回流器叶片，同时，两排叶片进口均与上游叶片的出口气流方向对齐。
4.根据权利要求3所述的斜流-离心组合压气机结构，其特征在于：所述“S”型弯管内的整流器叶片和回流器叶片，能够将斜流转子出口具有45～75°预旋的气流整流成离心叶轮进口具有15～0°预旋的气流。
5.根据权利要求1所述的斜流-离心组合压气机结构，其特征在于：所述斜流级压比为4.0-6.0∶1，离心级压比为2.0-3.0∶1。
6.根据权利要求1所述的斜流-离心组合压气机结构，其特征在于：所述斜流压气机与离心压气机之间采用一新颖结构的“S”型弯管连接，与具有相同设计参数的双级离心压气机相比，其径向尺寸能够减小25％，结构更加紧凑。
7.根据权利要求1所述的斜流-离心组合压气机结构，其特征在于：所述斜流压气机的斜流叶轮与离心压气机的离心叶轮之间通过中心拉杆沿轴向拉紧形成刚性整体，斜流叶轮与离心叶轮安装在同一根轴上；工作时，涡轮通过圆弧端齿传扭至组合压气机，带动斜流叶轮和离心叶轮一起绕着发动机轴线旋转。
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Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103161608A (zh) * 2013-02-07 2013-06-19 南京凌日星能源科技有限公司 采用轴流斜流串列复合压缩系统单转子微小型涡扇发动机
JP2014214649A (ja) * 2013-04-24 2014-11-17 トヨタ自動車株式会社 多段圧縮機
CN104895841A (zh) * 2015-04-30 2015-09-09 中国科学院工程热物理研究所 整流器、流道结构、组合压气机、航空燃气涡轮发动机
CN105221463A (zh) * 2015-10-14 2016-01-06 西安交通大学 带级间冷却的两级大流量斜流-离心组合压缩机
CN105257574A (zh) * 2015-11-27 2016-01-20 中国航空动力机械研究所 斜流离心组合压气机
CN105386998A (zh) * 2015-11-27 2016-03-09 中国航空动力机械研究所 回流器及安装有该回流器的双级组合压气机
CN106989032A (zh) * 2017-03-13 2017-07-28 南京航空航天大学 一种新型斜流‑离心组合压气机
CN107605804A (zh) * 2017-10-31 2018-01-19 湘潭大学 离心压气机的机匣
CN108953232A (zh) * 2018-07-20 2018-12-07 大连海事大学 一种非轴对称分布静叶轴流式压气机
CN109695580A (zh) * 2018-11-27 2019-04-30 中国科学院工程热物理研究所 一种同轴式离心-斜流对转压气机
CN109737100A (zh) * 2019-01-14 2019-05-10 中国科学院工程热物理研究所 一种抽排气前置导叶与有叶扩压器联合调节装置及方法
CN109882449A (zh) * 2019-03-22 2019-06-14 中国航发常州兰翔机械有限责任公司 一种航空发动机用压气机前盖
CN110418896A (zh) * 2017-03-15 2019-11-05 西门子股份公司 回引级和径流式涡轮流体能量机械
CN113914998A (zh) * 2021-11-04 2022-01-11 中国航发湖南动力机械研究所 一种新型组合压缩燃气涡轮发动机

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB587150A (en) * 1942-04-18 1947-04-16 Turbo Engineering Corp Turbine unit
GB689353A (en) * 1950-03-09 1953-03-25 Lysholm Alf Improvements in centrifugal compressors
RU2173409C1 (ru) * 2000-04-27 2001-09-10 Журавлев Юрий Иванович Безлопаточный аппарат промежуточной ступени центробежного нагнетателя
US6488469B1 (en) * 2000-10-06 2002-12-03 Pratt & Whitney Canada Corp. Mixed flow and centrifugal compressor for gas turbine engine
US20050002781A1 (en) * 2002-12-03 2005-01-06 Rolls-Royce Plc Compressor for a gas turbine engine
US7437877B2 (en) * 2004-02-13 2008-10-21 Honda Motor Co., Ltd. Compressor having low-pressure and high-pressure compressor operating at optimum ratio between pressure ratios thereof and gas turbine engine adopting the same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB587150A (en) * 1942-04-18 1947-04-16 Turbo Engineering Corp Turbine unit
GB689353A (en) * 1950-03-09 1953-03-25 Lysholm Alf Improvements in centrifugal compressors
RU2173409C1 (ru) * 2000-04-27 2001-09-10 Журавлев Юрий Иванович Безлопаточный аппарат промежуточной ступени центробежного нагнетателя
US6488469B1 (en) * 2000-10-06 2002-12-03 Pratt & Whitney Canada Corp. Mixed flow and centrifugal compressor for gas turbine engine
US20050002781A1 (en) * 2002-12-03 2005-01-06 Rolls-Royce Plc Compressor for a gas turbine engine
US7437877B2 (en) * 2004-02-13 2008-10-21 Honda Motor Co., Ltd. Compressor having low-pressure and high-pressure compressor operating at optimum ratio between pressure ratios thereof and gas turbine engine adopting the same

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103161608B (zh) * 2013-02-07 2014-12-24 南京凌日星能源科技有限公司 采用轴流斜流串列复合压缩系统单转子微小型涡扇发动机
CN103161608A (zh) * 2013-02-07 2013-06-19 南京凌日星能源科技有限公司 采用轴流斜流串列复合压缩系统单转子微小型涡扇发动机
JP2014214649A (ja) * 2013-04-24 2014-11-17 トヨタ自動車株式会社 多段圧縮機
CN104895841A (zh) * 2015-04-30 2015-09-09 中国科学院工程热物理研究所 整流器、流道结构、组合压气机、航空燃气涡轮发动机
CN104895841B (zh) * 2015-04-30 2018-03-23 中国科学院工程热物理研究所 整流器、流道结构、组合压气机、航空燃气涡轮发动机
CN105221463B (zh) * 2015-10-14 2017-10-20 西安交通大学 带级间冷却的两级大流量斜流‑离心组合压缩机
CN105221463A (zh) * 2015-10-14 2016-01-06 西安交通大学 带级间冷却的两级大流量斜流-离心组合压缩机
CN105257574A (zh) * 2015-11-27 2016-01-20 中国航空动力机械研究所 斜流离心组合压气机
CN105386998A (zh) * 2015-11-27 2016-03-09 中国航空动力机械研究所 回流器及安装有该回流器的双级组合压气机
CN106989032A (zh) * 2017-03-13 2017-07-28 南京航空航天大学 一种新型斜流‑离心组合压气机
CN106989032B (zh) * 2017-03-13 2022-12-06 南京航空航天大学 一种斜流-离心组合压气机
CN110418896A (zh) * 2017-03-15 2019-11-05 西门子股份公司 回引级和径流式涡轮流体能量机械
US10989202B2 (en) 2017-03-15 2021-04-27 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Backfeed stage and radial turbo fluid energy machine
CN110418896B (zh) * 2017-03-15 2020-10-30 西门子股份公司 回引级和径流式涡轮流体能量机械
CN107605804A (zh) * 2017-10-31 2018-01-19 湘潭大学 离心压气机的机匣
CN107605804B (zh) * 2017-10-31 2019-04-30 湘潭大学 离心压气机的机匣
CN108953232A (zh) * 2018-07-20 2018-12-07 大连海事大学 一种非轴对称分布静叶轴流式压气机
CN109695580A (zh) * 2018-11-27 2019-04-30 中国科学院工程热物理研究所 一种同轴式离心-斜流对转压气机
CN109737100A (zh) * 2019-01-14 2019-05-10 中国科学院工程热物理研究所 一种抽排气前置导叶与有叶扩压器联合调节装置及方法
CN109737100B (zh) * 2019-01-14 2024-02-02 中国科学院工程热物理研究所 一种抽排气前置导叶与有叶扩压器联合调节装置及方法
CN109882449A (zh) * 2019-03-22 2019-06-14 中国航发常州兰翔机械有限责任公司 一种航空发动机用压气机前盖
CN113914998A (zh) * 2021-11-04 2022-01-11 中国航发湖南动力机械研究所 一种新型组合压缩燃气涡轮发动机

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CN102678590B (zh) 2015-08-12

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