变螺叶空气压缩的制造方法
【专利摘要】一种流体压缩机构，适用于航空发动机中的空气压缩系统。其主要由密封外壳，螺旋缠绕于中心锥体、螺距渐变的螺旋带状叶片(以下简称螺叶)以及中心锥体等组成，可对气流或其他流体工质作连续顺畅的压缩，并具有较精简的构造。
【专利说明】变螺叶空气压缩机
【技术领域】
[0001]本发明涉及流体压缩【技术领域】，特别是涉及航空涡轮增压发动机中的压气机。
【背景技术】
[0002]现有的航空涡轮增压发动机，其压缩机构主要是依靠多级风扇转子对流体做功，依靠静子阻流导向，以达到增压效果，风扇转子数目较多，风扇转子与静子交错，结构比较复杂，制造与安装工艺要求苛刻，气流流动摩擦阻力较大，且容易发生颤振等震动问题，严重影响总压恢复系数。
【发明内容】
[0003]为了克服上述技术中的不足，本发明提供一种变螺距螺纹叶片压缩机构，简称变螺叶流体压缩机，以使航空发动机中的压气机机构精简，压缩过程更流畅、高效。
[0004]本发明所采用的技术方案是，采用若干片螺旋缠绕于中心锥体、螺距渐变的螺旋带状叶片(以下简称螺叶)，以及圆筒状外壳、中心锥体，构成若干从发动机转轴头部螺旋缠绕至后部的气流通道，使气流的压缩连续流畅。
[0005]与现有航空发动机压气机相比，本技术方案具有以下优点:
[0006]I结构简化，推重比增加。叶片数量相当于传统压气机第一级叶片数量，节省了制造成本，也便于检查维护；螺叶既是“转子”又是“静子”，省去不少零部件，重量也随之降低，推重比增加。
[0007]2结构强度提高，对材料要求降低。相比传统压气机叶片只有一端安装在中心锥体上，此种新型压气机的叶片从头至尾与中心锥体、外壳固定连接，非常牢固，它几乎不会发生颤振，也不容易折断或变形。
[0008]3对制造工艺要求降低。传统压气机对风扇叶片的制造、安装要求都非常苛刻，而此新型压气机叶片制造与安装都要简单。
[0009]4螺叶与外壳无缝固定连接，避免了传统发动机中环避附面层与叶型附面层掺混形成的紊乱与阻滞，基本不存在二次流损失。
[0010]5整体式叶片数量少且兼具静叶与动叶的作用，对气流的做功、导向与压缩持续连贯，叶型损失小，气流升温小，可压缩性高。
[0011]6结构简单牢靠，稳定裕度高。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为左视图
[0013]图2为前视图
[0014]图3为螺叶三维投影图
[0015]图4为压气机前视图的三维投影图
[0016]图5为压气机斜视图的三维效果图
[0017]图中，1.外壳，2.螺叶，3.中心锥体。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明作进一步说明
[0019]外壳(I)为空心圆筒状，固定安装在螺叶(2)外围，可随发动机一起旋转，防止压缩机内气流沿径向往流走，起密封作用。对于涡扇发动机而言，可以将外涵风扇固定安装在外壳(I)上，如图3示。
[0020]螺叶(2)为螺旋带状，围绕中心锥体(3)缠绕，沿轴向延伸，近似于螺杆上的螺纹，其螺距沿轴向逐渐缩小，其变化曲线与压气机增压比有直接影响。螺叶(2)的截面形状近似于等厚度截面，略带向外弯曲的弧度，这样在高温情况下，叶片会因膨胀而弧度增大，可以减小径向膨胀。螺叶(2)可看作是前后紧紧衔接的一连串风扇叶片，后一叶片对前一叶片挤压过来的气流压缩紧接着传递给后一块叶片，实现了连续的压缩。相邻两螺叶(2)之间构成了一条从压气机头部螺旋延伸至尾部的气流通道。对每条通道而言，通道前一道螺叶的内侧面对气流沿轴向挤压，作用相当于传统发动机中的“转子”；由于安装相位差，后一道螺叶与前一道螺叶之间有一个微弱的夹角，设相邻两螺叶(2)同轴向上叶面上某点切线与轴的夹角(攻角)为el、e2，则e2总是大于el，也就是后一道螺叶叶面要比前一道更“陡”一点，对前一螺叶推挤过来的气流起减速增压及导向作用，这个作用持续贯穿于整条气流通道，犹如一道“如影随形的静子”。因此在此种压缩机构中，螺叶(2)既是“转子”又是“静子”，其内侧面起“转子”作用，外侧面起“静子”作用。相邻两螺叶(2)之间的轴向间距随螺距的缩小而逐渐变小，总体体现为通道的收窄。螺叶(2)头部沿径向收缩于中心锥体(3)头部，这收敛的部分裸露于外壳(I)前面，使其可以从侧面吸入气体；螺旋收敛使得它从正面、侧面看都具有光滑的后掠角，不易产生激波，可以接收流速较高的来流及以较高的速度转动。螺叶(2)头部是相对比较容易受损的，可以考虑与其后面部分分开制造，以便更换。
[0021]中心锥体(3)安装于传动轴上，与现有压气机的锥体相同，其半径沿轴向逐渐增大，起加强压缩效果作用。
[0022]工作原理:当发动机轴逆着螺叶(2)缠绕方向(本实施例中螺叶(2)为逆时针，发动机转向为顺时针)匀速转动时，前一道螺叶内侧面对气流做功，将气体沿轴向挤压，气流受到后一道螺叶外侧面的阻挡与导向作用沿通道前进。对于这个流动，以外界为参照，则气流是沿轴向直线前进的，因为发动机并没有给它一个指向螺叶(2)内侧面的分力，所以气流没有绕轴旋转，旋转的是螺旋通道本身。在气流沿轴向前进的过程中，有一个量是不变的，即气流流过每一圈(360度)螺旋通道的时间都是相同的，等于发动机转动周期，而螺距是逐渐变小的，所以气流的流速在减小。另一个减小的量是气流的体积，因为相邻两螺叶间距在减小，中心锥体(3)与外壳(I)的间距也在减小，因此通道中单位气流的体积在减小，压力则上升。此外，在某些使用场合，也可以将螺距的变化规律倒过来，使其起减压扩散作用。
【权利要求】
1.一种流体压缩机械机构，由外壳、螺叶与中心锥体组成，其特征是，外壳安装在螺叶外围，螺叶沿转动轴方向螺旋缠绕安装在中心锥体上，螺叶呈螺旋带状，其螺距按一定规律变化，外壳、若干条螺叶与中心锥体共同构成若干条从转动轴头部螺旋缠绕至后部的流体通道。
【文档编号】F04D29/30GK104047892SQ201310102331
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2013年3月15日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】梁华山 申请人:梁华山