一种压气机及其向心引气减涡器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃气轮机技术，特别是涉及一种压气机及其向心引气减涡器。
【背景技术】
[0002]随着航空发动机技术的不断提升，高温部件的工作环境温度与压力也随之增加，为了保证部件的可靠性与延长部件寿命，高效冷却技术不断被应用，一般应用的冷却技术都需要从压气机某级引气至高温部件进行相关冷却或封严。在引气的过程中需要考虑沿途压降与温升问题，这就对引气流路的设计提出了较高要求。鉴于此，引气流路的设计目标是降低引气压力损失、保证高温部件冷却供气的压力以及封严压力。
[0003]现阶段较为先进的发动机采用在压气机的鼓筒轴上开孔的方式来实现内部引气。但在内部引气过程中，由于气体从压气机盘腔内高半径位置流向低半径位置，自由涡发展剧烈，导致流动损失较大，通过安装减涡器的方式可以有效减弱涡流的剧烈发展，从而降低压力损失。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提出一种最大程度降低引气气流压力损失的压气机及其向心引气减涡器。
[0005]为实现上述目的，本发明提供以下技术方案:
[0006]一种压气机向心引气减涡器，位于压气机的盘腔中，包括减涡管和保持架，其中的所述减涡管具有进气口和出气口，所述进气口悬空设置，所述出气口固定于所述保持架。
[0007]进一步地，所述进气口的径向位置位于所述压气机的盘腔中气流的旋转比为I的位置。
[0008]进一步地，所述减涡管包括长管和长度小于所述长管的短管。
[0009]进一步地，所述长管和所述短管沿所述保持架的周向间隔分布。
[0010]进一步地，所述长管和其相邻的所述短管的几何中心线的夹角范围为5°?25。。
[0011 ] 进一步地，所述长管和所述短管的长度之差的范围为O?0.3L，所述L为所述长管的长度。
[0012]进一步地，所述保持架上开设有通孔结构。
[0013]进一步地，所述通孔结构与所述减涡管沿所述保持架的周向间隔分布。
[0014]进一步地，所述通孔结构与其相邻的所述减涡管的几何中心线的夹角范围为
5。?25°。
[0015]进一步地，所述减涡管包括长管和长度小于所述长管的短管，所述长管和所述短管依次布置在每相邻的两所述通孔结构之间。
[0016]进一步地，相邻的所述长管和所述短管的几何中心线的夹角及相邻所述短管和所述通孔结构的几何中心线的夹角范围均为5°?15°。
[0017]进一步地，所述长管和所述短管的长度之差的范围为O?0.5L，所述L为所述长管的长度。
[0018]进一步地，各所述减涡管的横截面形状为圆形、弓形或马蹄形。
[0019]进一步地，所述弓形具有圆弧和连接该圆弧的两个端点的线段，所述圆弧的中点和所述线段的中点的距离范围为0.5R?IR，所述R为所述圆弧的半径。
[0020]进一步地，所述马蹄形的长轴的长度为短轴的长度的2?4倍。
[0021]本发明还提供一种压气机，其包括上述各实施例中的压气机向心引气减涡器。
[0022]基于上述技术方案，本发明的优点是:
[0023]由于本发明将减涡管的进气口悬空设置，出气口固定设置，这种设置方式可以保证进入减涡管的进气口的气流呈自由涡状态，而自由涡状态的气流主要是沿径向朝轴心方向流动，因此进入径向设置的减涡管后，不会产生任何折返过程，从而在该环节可以最大程度地避免引气气流的压力损失，与现有技术将减涡管的进气口固定设置所带来的引气气流的压力损失偏大的问题相比，压力损失更小。
【附图说明】
[0024]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0025]图1为本发明所提供的压气机向心引气减涡器在压气机中安装的一个实施例的不意图；
[0026]图2为本发明所提供的压气机向心引气减涡器一个实施例的示意图；
[0027]图3为本发明所提供的压气机向心引气减涡器另一个实施例的示意图；
[0028]图4为本发明所提供的压气机向心引气减涡器又一个实施例的示意图；
[0029]图5为图2?4中减涡管的轴向平面剖视示意图；
[0030]图6为图2中减涡管在压气机盘腔中间隔分布的径向剖视图；
[0031]图7为图3中减涡管和通孔结构在压气机盘腔中间隔分布径向剖视图；
[0032]图8为图4中减涡管和通孔结构在压气机盘腔中间隔分布径向剖视图；
[0033]图9a?9c为本发明中减涡管的横截面形状示意图。
【具体实施方式】
[0034]为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
[0035]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0036]图1示出的是本发明所提供的压气机向心引气减涡器在压气机中安装的一个实施例的示意图。如图1所示，本实施例所提供的减涡器位于压气机的盘腔中，压气机的盘腔由两个压气机盘I构成。两个压气机盘I和所述减涡器以轴心线O为旋转中心，旋转方向如箭头M所示。压气机主流通道(图中未示出)的气流经过导叶后，部分气流通过压气机的鼓筒轴2上的长圆形鼓筒孔3进入压气机盘腔中。
[0037]研究表明，两个同步旋转的压气机盘I之间存在典型的自由涡流动，自由涡流动遵循角动量守恒定律，即VtXr = C，其中Vt是气流的周向速度，r为半径，C为与发动机相关的常数。气流由鼓筒孔3进入两个压气机盘I之间后，初始时刻Vt〈Q*r，其中Ω为压气机盘I的角速度，Ω *r为压气机盘I的周向速度。由于气流沿径向向心流动，随着r减小(与压气机盘腔中心的距离减小)，Vt逐渐增大，直至Vt= Ω*Γ。也就是说，在Vt= Ω*Γ，气流速度的周向速度与压气机盘I的周向速度相等的情况下，在相对坐标系下，气流只有沿径向向心方向的流动速度。当然，气流由鼓筒孔3进入两个压气机盘I之间后，随着r的减小，气流沿周向的分量也逐渐减小，其主要是沿径向向心方向进行流动。
[0038]本实施例中的减涡器包括减涡管4以及固定于所述压气机盘腔的保持架5，其中的减涡管4具有进气口 4-1和出气口 4-2，进气口 4-1悬空设置，出气口 4-2安装在保持架5上，并通过卡环(图中未示出)固定，出气口 4-2与所述压气机盘腔的中心区域相通。保持架5通过螺栓(如图5所示)与一压气机盘I固定连接。
[0039]现有技术中主要是将减涡管的进气口固定设置，并直接与压气机主流通道相通，这种设置方式使得由压气机主流通道且经过导叶导入的部分气流并不以径向方式进入减涡管，而是与径向保持一个角度地进入减涡管，因此气流首先接触到的是减涡管的内侧壁，然后在减涡管中产生剧烈折返，形成强制涡，再排向压气机盘腔的中心。而上述的剧烈折返的过程会产生大量的压力损失，因此，排向压气机盘腔的中心的气流的压力损失偏大。
[0040]而本发明所提供的减涡器，通过将减涡管的进气口悬空设置，出气口固定设置，保证进入减涡管的进气口的气流呈自由涡状态，而随着气流的向心流动，自由涡状态的气流主要是沿径向向中心方向流动，因此进入径向设置的减涡管4后，产生折返的气流分量也相应减少，从而在该环节可以减少气流在减涡管4管壁中折返造成的压力损失。由此可以看出，本发明所提供的减涡器相比于现有技术，引气气流压力损失更小。
[0041]由于减涡管4的进气口 4-1处气流速度由周向分速度、径向分速度和轴向分速度构成，并且轴向分速度比其它方向分速度小很多，基本上可以不考虑。为了获得最小的压力损失，进入减涡管4的进气口 4-1的气流仅具有沿径向向心方向的流动速度时，引气气流的压力损失最小。该位置的气流速度的周向速度Vt与压气机盘I的周向速度Ω*Γ相等，即气流的旋转比为I。也就是说，进气口 4-1的径向位置位于所述压气机的盘腔中气流的旋转比为I的位置时，引气气流的压力损失最小。而该位置是随发动机工作状态点的变化而变化的。通常，发动机的型号特定，旋转比为I的位置基本可以确定。上述的“旋转比”指的是气流的切向速度与压气机旋转速度(即为周向速度)之比，沿半径方向变化的，不同转速时，同样半径位置的旋转比不同。
[0042]图2?4显示的是本发明所提供的减涡器的三种不同实施方式的示意图，下面结合附图一一对本发明所提供的各个实施例进行详尽阐述。
[0043]如图2所示，作为减涡管的一种优选方式，减涡管4可以包括长管41和短管42，短管42的长度小于长管41的长度。该实施例所提供的结构是从提高减涡器的适应工作范围出发，在降低引气压力损失的前提下，设置不同长度的减涡管，从而在发动机处于较高转速时，气流主要从高半径位置的进气口 4-1进入减涡管4 ;转速较低时，气流则主要从低半径位置的进