CN114323652B - 轴流压气机试验器排气集气装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供轴流压气机试验器排气集气装置，其降低了容腔效应。为实现所述目的，轴流压气机试验器排气集气装置包括环形集气室，其在轴向上具有封闭端、开放端以及在周向上具有主排气接口和旁路排气接口，所述开放端具有与试验件连接的集气接口；还包括排气主管路，其连接所述主排气接口，设置有主管路调压装置；还包括排气旁路，其连接所述旁路排气接口，设置有旁路调压装置；排气主管路的流道截面积要大于所述排气旁路的流道截面积。

Description

轴流压气机试验器排气集气装置

技术领域

本发明涉及轴流压气机试验器排气集气装置。

背景技术

随着航空工业的深入发展，对航空发动机工作性能提出更高的要求，随着使用要求的不断提高，高负荷、高效率、低噪声、高稳定性、高可靠性压气机技术得以发展。然而，压气机内流场极其复杂，非定常流动显著，伴有失速与颤振，必须通过压气机试验验证其技术指标，为此建设了一系列高精度、高性能试验设施，开展压气机设计验证与改进改型。

目前，压气机试验器排气集气装置大多采用蜗壳式结构，容积大，空间尺寸大。公开号为CN205280366U的实用新型专利公开了类似的装置。

目前的压气机试验器排气集气装置试验过程中存在以下问题：1)容腔效应易导致试验件出口压力产生高幅、低频脉动，集气室内气流影响试验件排气流场均匀性，尤其在高转速喘振边界录取中，导致测试结果失真；2)蜗壳本体造型复杂，气流排气损失较大，无法满足压气机低转速、低压比试验要求；3)尺寸大、重量大，设备安装过程中不易调节，导致安装、调试周期长；4)蜗壳内环面与压气机试验件多为止口搭接形式，容易漏气，压气机高温排气导致集气室温度升高且无有效冷却方式。

发明内容

本发明的目的是提供轴流压气机试验器排气集气装置，其降低了容腔效应。

为实现所述目的，在一实施方式中，轴流压气机试验器排气集气装置包括环形集气室，其在轴向上具有封闭端、开放端以及在周向上具有主排气接口和旁路排气接口，所述开放端具有与试验件连接的集气接口；还包括排气主管路，其连接所述主排气接口，设置有主管路调压装置；还包括排气旁路，其连接所述旁路排气接口，设置有旁路调压装置；排气主管路的流道截面积要大于所述排气旁路的流道截面积。

在一实施方式中，所述排气主管路设置有汇入接口，所述排气旁路的末端连接所述汇入接口，所述汇入接口位于所述主管路调压装置的下游侧。

在一实施方式中，所述主排气接口为渐缩形状。

在一实施方式中，所述排气主管路在所述汇入接口的上游侧包括渐扩段。

在一实施方式中，所述环形集气腔室的轴向水平设置，所述排气主管路从所述环形集气室斜向上延伸，然后再垂直向上延伸。

在一实施方式中，所述排气旁路从所述环形集气室的相反于所述排气主管路的一侧斜向上延伸，然后再汇入到所述排气主管路。

在一实施方式中，该轴流压气机试验器排气集气装置还包括用于在试验器和试验件之间进行连接的动力传动装置；所述环形集气室包括内环壁和外环壁，所述动力传动装置从所述环形集气室的内环壁的内部轴向穿过。

在一实施方式中，所述内环壁的内部还设置有冷却装置，所述冷却装置的排气口对准所述动力传动装置。

在一实施方式中，所述外环壁在所述封闭端具有端板，所述端板和所述内环壁的端部法兰连接，并具有中心孔，供所述动力传动装置穿过。

在一实施方式中，所述集气接口包括在所述内环壁和所述外环壁在所述开放端设置的连接法兰。

通过内外环组合形成集气室腔体，优化了轴流压气机排气集气室结构，降低了容腔效应，减小了集气室气流对压气机出口流场的影响，提高测试准确性；相比于传统蜗壳，新的结构更加简单，可简化加工工艺，节约加工成本和周期，其尺寸更为精简，对空间要求小，安装调试方便快捷，缩短试验准备时间；提高试验状态的调节精度和效率从而缩短试验时长，减少压气机试验件高转速和非稳定工况运行时间，降低了试验运行风险，提高试验效率，节约试验成本；试验过程中高压冷却气有效控制集气室温度，避免动力传递装置产生热变形。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1是轴流压气机试验器排气集气装置的主视图。

图2是沿图1中I－I线的剖视图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。

如图1和2所示，一种轴流压气机试验器排气集气装置包括集气室内环壁1、集气室外环壁2、排气主管路3及其调压装置6、排气旁路4及其调压装置7和冷却装置5。集气室内环壁1、集气室外环壁2组成了环形集气室。

压气机试验时，排气从图2中的左侧轴向流入集气室腔，通过排气主管路3和排气旁路4径向排出，排气主管路3和排气旁路4上分别安装调压机构6和7，可实现压气机试验压比调节需要。排气主管路3的流道截面积要大于所述排气旁路4的流道截面积，通过排气旁路4实现试验要求的调节精度。

如图2所示，环形集气室在轴向上具有在右端的封闭端、在左端的开放端。在图2中示出了在周向上的主排气接口31，但没有示出旁路排气接口41。主排气接口31和旁路排气接口41在图1中示出。

环形集气室在左端的开放端具有与试验件连接的集气接口，在图1和图2中其包括位于集气室内环壁1与集气室外环壁2的连接法兰11、21。蜗壳内环面与压气机试验件多为止口搭接形式，容易漏气，采用连接法兰可克服这些问题。

如图1和图2所示，集气室内环壁1与集气室外环壁2均为环形筒体，集气室外环壁2在环形集气室的封闭端具有端板22，端板加工螺栓孔，集气室内环壁1的右端通过螺栓固定于集气室外环壁2的端板22上，与集气室外环壁2共同组成环形集气室，集气室内环壁1与集气室外环壁2前端为法兰接口，用于固定试验件。集气室外环壁2筒体开设排气口，设置用于连接排气主管路3和排气旁路4的主排气接口31和旁路排气接口41。

集气室内环壁1和集气室外环壁2平直型线保证了压气机轴向排气需要，可降低排气流阻与损失，减小容腔效应，保证了出口流场的均匀性，同时，相较于蜗壳式集气室，该结构加工更为简单，占有空间小。

如图1所示，排气主管路3和排气旁路4采用不同尺寸，且分别安装有调压装置6和7，可实现压气机压比粗调与精调需要，提高试验精度。调压装置6和7可以选用碟阀或者类似的阀门。

排气主管路3、排气旁路4的型线设计可以采用排气损失最小的原则进行设计，例如在CFD软件中建立轴流压气机试验器排气集气装置的仿真模型，以排气损失最小进行优化，可以确定排气主管路3的型线。在图1中示出了排气主管路3的一种型线，但其型线不限于此，根据试验需求以及试验件的型号，型线可以有各种变化。例如，排气主管路3和排气旁路4均斜向上延伸，并非垂直于环形集气室延伸，排气主管路3经斜向延伸后，再做垂直延伸，这种变化有利降低排气损失。此外，还可以进行细节上的设计，以提升流动压力，例如主排气接口31为锥形口或者渐缩形状，可实现气流加速排出，保证了排气最终转为径向排出。又如排气主管路3上安装有柔性连接结构，可补偿微变形，这也可以降低排气损失。

排气主管路3和排气旁路4连接到环形集气室上方的排气塔，排气塔没有在图中示出。排气主管路3和排气旁路4可以分别连接到排气塔，也可以如图1所示，排气旁路4汇入到排气主管路3然后一同接入到排气塔。

在排气主管路3上设置有汇入接口32，排气旁路4的末端连接汇入接口32，汇入接口32设置在调压装置31的下游侧。排气主管路3还包括在汇入接口32的上游侧设置的渐扩段33，渐扩段33减缓流体的速度，以便于汇入庞其旁路4输入的排气。

排气主管路3还包括在末端设置的渐缩段34，渐缩段34有利于排气快速排出，以引射排气塔中的气体，使得气流顺利排出排气塔。

如图2所示，试验器与试验件之间的动力传递装置8经由集气室内环壁1穿过，具体而言从集气室外环壁2的端板22的中心孔中穿过，动力传递装置8的一种实施方式为膜片式联轴器。压气机试验过程中，高温排气会导致集气室壁温升高，为防止高温对动力传递装置8的腐蚀，集气室内环壁1内设置有冷却装置5，结构为直管式，管体上加工、安装径向排气管，排气口对准动力传递装置8，冷却装置5通过卡箍加装在集气室外环壁2的端板22上，试验时，由冷却装置5持续喷射高压冷却气，可降低轴系温度，避免热变形。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.轴流压气机试验器排气集气装置，其特征在于，包括：

环形集气室，包括均具有平直型线的内环壁和外环壁，在轴向上具有封闭端、开放端以及在周向上具有主排气接口和旁路排气接口，所述开放端具有与试验件连接的集气接口；

排气主管路，连接所述主排气接口，设置有主管路调压装置；以及

排气旁路，连接所述旁路排气接口，设置有旁路调压装置；

排气主管路的流道截面积要大于所述排气旁路的流道截面积。

2.如权利要求1所述的轴流压气机试验器排气集气装置，其特征在于，所述排气主管路设置有汇入接口，所述排气旁路的末端连接所述汇入接口，所述汇入接口位于所述主管路调压装置的下游侧。

3.如权利要求2所述的轴流压气机试验器排气集气装置，其特征在于，所述主排气接口为渐缩形状。

4.如权利要求3所述的轴流压气机试验器排气集气装置，其特征在于，所述排气主管路在所述汇入接口的上游侧包括渐扩段。

5.如权利要求1或4所述的轴流压气机试验器排气集气装置，其特征在于，所述环形集气腔室的轴向水平设置，所述排气主管路从所述环形集气室斜向上延伸，然后再垂直向上延伸。

6.如权利要求5所述的轴流压气机试验器排气集气装置，其特征在于，所述排气旁路从所述环形集气室的相反于所述排气主管路的一侧斜向上延伸，然后再汇入到所述排气主管路。

7.如权利要求1所述的轴流压气机试验器排气集气装置，其特征在于，该轴流压气机试验器排气集气装置还包括用于在试验器和试验件之间进行连接的动力传动装置；

所述动力传动装置从所述环形集气室的内环壁的内部轴向穿过。

8.如权利要求7所述的轴流压气机试验器排气集气装置，其特征在于，所述内环壁的内部还设置有冷却装置，所述冷却装置的排气口对准所述动力传动装置。

9.如权利要求7所述的轴流压气机试验器排气集气装置，其特征在于，所述外环壁在所述封闭端具有端板，所述端板和所述内环壁的端部法兰连接，并具有中心孔，供所述动力传动装置穿过。

10.如权利要求7所述的轴流压气机试验器排气集气装置，其特征在于，所述集气接口包括在所述内环壁和所述外环壁在所述开放端设置的连接法兰。