兩級(jí)離心壓氣機(jī)級(jí)間u型混合擴(kuò)壓器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于葉輪機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，具體是指兩級(jí)離心壓氣機(jī)級(jí)間u型混合擴(kuò)壓器。
【背景技術(shù)】
[0002]離心壓氣機(jī)由于具有壓比高、重量輕的特性，是增壓器和燃?xì)廨啓C(jī)中的常用部件。但單級(jí)離心壓氣機(jī)的壓比有限，要獲得更大的壓比，主要通過(guò)單級(jí)軸流壓氣機(jī)加單級(jí)離心壓氣機(jī)方式、多級(jí)軸流壓氣機(jī)加單級(jí)離心壓氣機(jī)方式以及單級(jí)離心壓氣機(jī)加單級(jí)離心壓氣機(jī)構(gòu)成的兩級(jí)離心壓氣機(jī)方式實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中選用兩級(jí)離心壓氣機(jī)方式居多。
[0003]兩級(jí)離心壓氣機(jī)包括兩種布置方式:壓氣機(jī)同向布置和壓氣機(jī)反向布置；同向布置是指兩個(gè)單級(jí)離心壓氣機(jī)進(jìn)氣方向相同，反向布置是指兩個(gè)單級(jí)離心壓氣機(jī)進(jìn)氣方向相反;
[0004]兩級(jí)離心壓氣機(jī)同向布置在航空燃?xì)廨啓C(jī)中已有應(yīng)用，但由于兩級(jí)離心壓氣機(jī)之間布置氣流連接通道，導(dǎo)致兩個(gè)單級(jí)離心壓氣機(jī)的軸向距離過(guò)大，結(jié)構(gòu)不夠緊湊。
[0005]兩級(jí)離心壓氣機(jī)反向布置時(shí)，雖然具有結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力特性優(yōu)良的特點(diǎn)，在渦輪增壓器中獲得了應(yīng)用；但是，兩個(gè)單級(jí)離心壓氣機(jī)反向布置時(shí)一般設(shè)置成:采用每個(gè)單級(jí)離心壓氣機(jī)配一個(gè)蝸殼，用管路連接兩個(gè)單級(jí)離心壓氣機(jī)，高壓壓氣機(jī)出氣通過(guò)蝸殼匯聚后從氣流連接通道中穿出，這樣做會(huì)引起氣流連接通道的附加阻力損失，造成整個(gè)壓氣機(jī)的壓縮效率下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是:當(dāng)兩級(jí)離心壓氣機(jī)反向布置時(shí)，利用兩個(gè)壓氣機(jī)葉輪反向布置的軸向長(zhǎng)度，通過(guò)設(shè)計(jì)壓氣機(jī)兩級(jí)間氣流連接通道，有效降低兩級(jí)離心壓氣機(jī)級(jí)間氣流流動(dòng)的阻力損失，提出了兩級(jí)離心壓氣機(jī)級(jí)間U型混合擴(kuò)壓器，包括低壓壓氣機(jī)，高壓壓氣機(jī)和U型混合擴(kuò)壓器；低壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)反向布置，通過(guò)軸承和支撐殼體固連，并且低壓壓氣機(jī)出口通過(guò)U型混合擴(kuò)壓器的混合U型結(jié)構(gòu)通道連接高壓壓氣機(jī)進(jìn)口。
[0007]U型混合擴(kuò)壓器，包括葉片擴(kuò)壓器，環(huán)形擴(kuò)壓器和進(jìn)氣整流器；三者依次設(shè)置在低壓壓氣機(jī)出口和高壓壓氣機(jī)進(jìn)口之間，形成多段擴(kuò)壓器的混合U型結(jié)構(gòu)通道。
[0008]具體為:葉片擴(kuò)壓器連接在低壓壓氣機(jī)的出口，由在低壓壓氣機(jī)殼體內(nèi)壁上鑄造的多個(gè)擴(kuò)壓葉片構(gòu)成，擴(kuò)壓葉片的數(shù)量根據(jù)葉輪大小和空氣流量確定；通過(guò)葉片擴(kuò)壓器與壓氣機(jī)軸支撐中的壓氣機(jī)背盤(pán)共同構(gòu)成了葉片擴(kuò)壓器的擴(kuò)壓通道，通過(guò)壓氣機(jī)背盤(pán)阻斷低壓壓氣機(jī)1出口氣流向軸承腔的流動(dòng)。
[0009]每一個(gè)擴(kuò)壓葉片采用一體式的徑向軸向葉片，均包含徑向擴(kuò)壓段和軸向擴(kuò)壓段；徑向擴(kuò)壓段和軸向擴(kuò)壓段采用連續(xù)曲線成形，擴(kuò)壓比分配為4:1到3:1 ;
[0010]環(huán)形擴(kuò)壓器是高壓壓氣機(jī)殼體中的環(huán)形通道，通過(guò)鑄造一體化成型，與葉片擴(kuò)壓器和進(jìn)氣整流器相連；環(huán)形擴(kuò)壓器的擴(kuò)壓比占葉片擴(kuò)壓器的1/6，即葉片擴(kuò)壓器與環(huán)形擴(kuò)壓器的擴(kuò)壓比分配為6:1。
[0011]進(jìn)氣整流器設(shè)置于高壓壓氣機(jī)的進(jìn)氣口，由整流器罩和導(dǎo)流盤(pán)組成；整流器罩與高壓壓氣機(jī)外殼固定，整流器罩上周向均勻設(shè)有整流葉片，起整流和支撐作用；進(jìn)氣整流器保證了氣流轉(zhuǎn)折過(guò)程中不發(fā)生分離。導(dǎo)流盤(pán)與高壓壓氣機(jī)外殼固定，使整流葉片搭接在導(dǎo)流盤(pán)上。通過(guò)整流器保證了氣流轉(zhuǎn)折過(guò)程中不發(fā)生分離，整流后的氣流經(jīng)過(guò)導(dǎo)流盤(pán)導(dǎo)流進(jìn)入高壓壓氣機(jī)，通過(guò)蝸殼匯聚從環(huán)形擴(kuò)壓器中穿出。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0013](1)兩級(jí)離心壓氣機(jī)級(jí)間U型混合擴(kuò)壓器，采用兩段擴(kuò)壓器，合理分配擴(kuò)壓比實(shí)現(xiàn)了既大幅度降低了通道中穿過(guò)部分的阻力損失，又保證了整機(jī)的壓縮效率和結(jié)構(gòu)緊湊。
[0014](2)兩級(jí)離心壓氣機(jī)級(jí)間U型混合擴(kuò)壓器，相對(duì)于U型直連通道的壓力損失可以降低超過(guò)40%，相對(duì)于雙蝸殼管道連接壓力損失可以降低超過(guò)60%。具有擴(kuò)壓效率高、損失小、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕的特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明兩級(jí)離心壓氣機(jī)級(jí)間U型混合擴(kuò)壓器的剖面圖；
[0016]圖2是本發(fā)明兩級(jí)離心壓氣機(jī)U型混合擴(kuò)壓器通道結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3是本發(fā)明低壓壓氣機(jī)一體式葉片徑向軸向擴(kuò)壓器葉片示意圖；
[0018]圖4是本發(fā)明高壓壓氣機(jī)進(jìn)氣整流器葉片示意圖。
[0019]其中，1-低壓壓氣機(jī)；2_高壓壓氣機(jī)；3_進(jìn)氣整流器；4_高壓壓氣機(jī)殼體；5-葉片擴(kuò)壓器；6-環(huán)形擴(kuò)壓器；
[0020]501-低壓壓氣機(jī)殼體；502_壓氣機(jī)背盤(pán)；503_軸向擴(kuò)壓段；504_徑向擴(kuò)壓段；
[0021]301-整流器罩；302_導(dǎo)流盤(pán)；303_整流葉片；
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0023]本發(fā)明公開(kāi)了兩級(jí)離心壓氣機(jī)級(jí)間U型混合擴(kuò)壓器，涉及航空、車用、船用兩級(jí)離心壓氣機(jī)增壓器，工業(yè)用兩級(jí)離心壓氣機(jī)等領(lǐng)域，是一種用于兩級(jí)離心壓氣機(jī)反向布置時(shí)，氣流從低壓壓氣機(jī)出口到高壓壓氣機(jī)進(jìn)口的級(jí)間混合擴(kuò)壓器，用于活塞發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器、燃?xì)廨啓C(jī)和工業(yè)兩級(jí)離心壓氣機(jī)等動(dòng)力裝置。
[0024]如圖1所示，具體包括低壓壓氣機(jī)1，高壓壓氣機(jī)2，以及由葉片擴(kuò)壓器5，環(huán)形擴(kuò)壓器6和進(jìn)氣整流器3形成U型混合擴(kuò)壓器；
[0025]低壓壓氣機(jī)1和高壓壓氣機(jī)2反向布置，通過(guò)軸承和支撐殼體固定連接；低壓壓氣機(jī)1出口通過(guò)U型混合擴(kuò)壓器的混合U型結(jié)構(gòu)通道連接高壓壓氣機(jī)2進(jìn)口。
[0026]如圖2所示，U型混合擴(kuò)壓器中，葉片擴(kuò)壓器5，環(huán)形擴(kuò)壓器6和進(jìn)氣整流器3 ;三者依次設(shè)置在低壓壓氣機(jī)1出口和高壓壓氣機(jī)2進(jìn)口之間，形成多段擴(kuò)壓器的混合U型結(jié)構(gòu)通道。
[0027]由于低壓壓氣機(jī)1出口氣流的切向速度很大，采用葉片擴(kuò)壓器5能夠?qū)⒌蛪簤簹鈾C(jī)1出口的高速氣流進(jìn)行降速擴(kuò)壓。葉片擴(kuò)壓器5安裝在低壓壓氣機(jī)1的出口 ；葉片擴(kuò)壓器5由在低壓壓氣機(jī)殼體501內(nèi)壁上鑄造的多個(gè)擴(kuò)壓葉片構(gòu)成，擴(kuò)壓葉片的數(shù)量根據(jù)葉輪大小和空氣流量確定，用于限定低壓壓氣機(jī)1出口氣流的流動(dòng)，降低了氣流分離和擴(kuò)壓損失，提高了擴(kuò)壓效率。通過(guò)上述葉片擴(kuò)壓器與壓氣機(jī)軸支撐中的壓氣機(jī)背盤(pán)502共同構(gòu)成了葉片擴(kuò)壓器5的擴(kuò)壓器通道，通過(guò)壓氣機(jī)背盤(pán)502阻斷低壓壓氣機(jī)1出口氣流向軸承腔的流動(dòng)。
[0028]本發(fā)明采用28個(gè)擴(kuò)壓葉片，擴(kuò)壓葉片采用一體式的徑向軸向葉片，S卩:每一個(gè)擴(kuò)壓葉片均包含徑向擴(kuò)壓段504和軸向擴(kuò)壓段503，如圖3所示，徑向擴(kuò)壓段504和軸向擴(kuò)壓段503采用連續(xù)曲線成形，可以大幅度提高擴(kuò)壓器的效率，避免氣流分離，降低流動(dòng)損失。為保證壓氣機(jī)整體軸向結(jié)構(gòu)緊湊，根據(jù)低壓壓氣機(jī)1的出口氣流角設(shè)計(jì)徑向擴(kuò)壓段504，可通過(guò)放大低壓壓氣機(jī)殼體的半徑使得徑向擴(kuò)壓段504的擴(kuò)壓比足夠大。本發(fā)明設(shè)計(jì)葉片擴(kuò)壓器5出口的氣流速度小于0.3馬赫，將徑向擴(kuò)壓段504和軸向擴(kuò)壓段503的擴(kuò)壓比分配為4:1到3:1，大幅度降低了擴(kuò)壓器通道中附加結(jié)構(gòu)的阻力損失，保證了整機(jī)的壓縮效率和結(jié)構(gòu)緊湊。
[0029]環(huán)形擴(kuò)壓器6為高壓壓氣機(jī)殼體4中的環(huán)形通道，通過(guò)鑄造一體化成型；環(huán)形擴(kuò)壓器6具有擴(kuò)壓作用，與葉片擴(kuò)壓器5和進(jìn)氣整流器3相連。為保證工作過(guò)程中通道形狀不變，在環(huán)形通道中設(shè)有支撐架來(lái)保持其形狀不變形。本發(fā)明中由于葉片擴(kuò)壓器5的出口氣流速度小于0.3馬赫，因此環(huán)形擴(kuò)壓器6采用較小的擴(kuò)壓比，其擴(kuò)壓比占低壓壓氣機(jī)1的葉片擴(kuò)壓器5的1/6，即葉片擴(kuò)壓器5與環(huán)形擴(kuò)壓器6的擴(kuò)壓比分配為6:1。
[0030]進(jìn)氣整流器3設(shè)置于高壓壓氣機(jī)2的進(jìn)氣口，由整流器罩301和導(dǎo)流盤(pán)302組成；整流器罩301與高壓壓氣機(jī)外殼固定，整流器罩上周向均勻設(shè)計(jì)有整流葉片303，如圖4所示，整流葉片303起整流和支撐作用，保證了高壓壓氣機(jī)2的進(jìn)氣質(zhì)量；本發(fā)明優(yōu)選6個(gè)整流葉片303。進(jìn)氣整流器3保證了氣流轉(zhuǎn)折過(guò)程中不發(fā)生分離。導(dǎo)流盤(pán)與高壓壓氣機(jī)外殼固定，使整流葉片搭接在導(dǎo)流盤(pán)上。通過(guò)整流器保證了氣流轉(zhuǎn)折過(guò)程中不發(fā)生分離，整流后的氣流經(jīng)過(guò)導(dǎo)流盤(pán)導(dǎo)流進(jìn)入高壓壓氣機(jī)，通過(guò)蝸殼匯聚從環(huán)形擴(kuò)壓器中穿出。
[0031]低壓壓氣機(jī)1的出口氣流首先進(jìn)入葉片擴(kuò)壓器5進(jìn)行大幅度的擴(kuò)壓降速，同時(shí)對(duì)氣流進(jìn)行整流，然后進(jìn)入環(huán)形擴(kuò)壓器6 ;在環(huán)形擴(kuò)壓器6中進(jìn)行小幅度的擴(kuò)壓后進(jìn)入進(jìn)氣整流器3 ;在進(jìn)氣整流器3中進(jìn)一步進(jìn)行整流，最后進(jìn)入高壓壓氣機(jī)2，高壓壓氣機(jī)2的出氣通過(guò)高壓蝸殼匯聚后從環(huán)形擴(kuò)壓器6中穿出。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.兩級(jí)離心壓氣機(jī)級(jí)間U型混合擴(kuò)壓器，包括低壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)，其特征在于，還包括U型混合擴(kuò)壓器； 低壓壓氣機(jī)出口通過(guò)U型混合擴(kuò)壓器的混合U型結(jié)構(gòu)通道連接高壓壓氣機(jī)進(jìn)口 ； U型混合擴(kuò)壓器，包括葉片擴(kuò)壓器，環(huán)形擴(kuò)壓器和進(jìn)氣整流器；三者依次設(shè)置在低壓壓氣機(jī)出口和高壓壓氣機(jī)進(jìn)口之間，形成多段擴(kuò)壓器的混合U型結(jié)構(gòu)通道； 具體為:葉片擴(kuò)壓器連接在低壓壓氣機(jī)的出口，由在低壓壓氣機(jī)殼體內(nèi)壁上鑄造的周向均勻布置擴(kuò)壓葉片構(gòu)成；通過(guò)葉片擴(kuò)壓器與壓氣機(jī)軸支撐中的壓氣機(jī)背盤(pán)共同構(gòu)成了葉片擴(kuò)壓器的擴(kuò)壓通道，通過(guò)壓氣機(jī)背盤(pán)阻斷低壓壓氣機(jī)出口氣流向軸承腔的流動(dòng)； 環(huán)形擴(kuò)壓器是高壓壓氣機(jī)殼體中的環(huán)形通道，與葉片擴(kuò)壓器和進(jìn)氣整流器相連； 進(jìn)氣整流器設(shè)置于高壓壓氣機(jī)的進(jìn)氣口，由整流器罩和導(dǎo)流盤(pán)組成；整流器罩與高壓壓氣機(jī)外殼固定，整流器罩上周向均勻設(shè)有整流葉片，起整流和支撐作用；導(dǎo)流盤(pán)與高壓壓氣機(jī)外殼固定，使整流葉片搭接在導(dǎo)流盤(pán)上；通過(guò)整流器保證了氣流轉(zhuǎn)折過(guò)程中不發(fā)生分離，整流后的氣流經(jīng)過(guò)導(dǎo)流盤(pán)導(dǎo)流進(jìn)入高壓壓氣機(jī)，通過(guò)蝸殼匯聚從環(huán)形擴(kuò)壓器中穿出。2.如權(quán)利要求1所述的兩級(jí)離心壓氣機(jī)級(jí)間U型混合擴(kuò)壓器，其特征在于，所述擴(kuò)壓葉片采用一體式的徑向軸向葉片，均包含徑向擴(kuò)壓段和軸向擴(kuò)壓段；徑向擴(kuò)壓段和軸向擴(kuò)壓段采用連續(xù)曲線成形，擴(kuò)壓比分配為4:1到3:1。3.如權(quán)利要求1所述的兩級(jí)離心壓氣機(jī)級(jí)間U型混合擴(kuò)壓器，其特征在于，所述的擴(kuò)壓葉片選用28個(gè)。4.如權(quán)利要求1所述的兩級(jí)離心壓氣機(jī)級(jí)間U型混合擴(kuò)壓器，其特征在于，所述葉片擴(kuò)壓器與環(huán)形擴(kuò)壓器的擴(kuò)壓比分配為6:1。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了兩級(jí)離心壓氣機(jī)級(jí)間U型混合擴(kuò)壓器，包括低壓壓氣機(jī)，高壓壓氣機(jī)和U型混合擴(kuò)壓器；低壓壓氣機(jī)出口通過(guò)U型混合擴(kuò)壓器連接高壓壓氣機(jī)進(jìn)口；U型混合擴(kuò)壓器包括：葉片擴(kuò)壓器，環(huán)形擴(kuò)壓器和進(jìn)氣整流器；三者形成多段擴(kuò)壓器的混合U型結(jié)構(gòu)通道。葉片擴(kuò)壓器包括擴(kuò)壓器殼體和壓氣機(jī)背盤(pán)，環(huán)形擴(kuò)壓器是支撐殼體中的環(huán)形通道，具有擴(kuò)壓作用；環(huán)形通道中設(shè)有支撐架，連接低壓壓氣機(jī)的葉片擴(kuò)壓器和高壓壓氣機(jī)的進(jìn)氣整流器。進(jìn)氣整流器連接高壓壓氣機(jī)的進(jìn)氣口，由整流器罩和導(dǎo)流盤(pán)組成；整流器罩上設(shè)有整流葉片，優(yōu)點(diǎn)在于：采用兩段擴(kuò)壓器，合理分配擴(kuò)壓比大幅度降低了通道中穿過(guò)部分的阻力損失，保證了整機(jī)的壓縮效率和結(jié)構(gòu)緊湊。
【IPC分類】F04D29/44
【公開(kāi)號(hào)】CN105298921
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510767356
【發(fā)明人】韓樹(shù)軍, 丁水汀, 杜發(fā)榮, 劉曉靜
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年11月11日