專利名稱：一種背靠背型兩級離心式壓氣機的軸向力控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種“背靠背”型兩級離心式壓氣機的軸向カ控制方法，具體使用在兩級壓氣機間開孔引流的方式來保證壓氣機在所有運行エ況下的軸向カ控制。
背景技術：
目前小型、微型航空發(fā)動機的發(fā)展目標之ー是能夠在高空、稀薄空氣環(huán)境下保證輸出功率和效率穩(wěn)定，即正常的工作。因此必須通過增壓的方式提高進入燃燒室的氣體壓力和空氣量。由于微小型航空發(fā)動機尺寸和重量的限制，離心式壓氣機被廣泛采用，且為了保證達到足夠的壓比往往采用兩級增壓的形式?！氨晨勘场毙蛢杉夒x心式壓氣機是近年來發(fā)展的一種多級離心式壓氣機布置方案，如圖I所示。高壓壓氣機和低壓壓氣機“背靠背”相對布置，其可以大大縮短兩級壓氣機的 軸距，有效提高了高速旋轉的轉子軸向定位和振動方面穩(wěn)定性，從而可以保證轉子更高的轉速并實現(xiàn)兩級壓氣機達到兩級以上壓氣機的壓比。但是，需要注意的是輪盤背部與其它安裝部件間存在著間隙，且此間隙只與主流道存在著流體交接面，即盤罩間隙腔。在壓氣機盤旋轉產生的“離心泵”作用下，貼輪盤背部的氣體被甩出盤罩間隙腔，產生對盤罩間隙腔的抽真空效果；遠離輪盤背部區(qū)域，由于盤罩間隙腔內壓カ的降低，部分外部流道氣體進入盤罩間隙腔，產生對盤罩間隙腔補充氣體的效果。這種抽氣、補氣的過程使盤罩間隙腔內的氣體壓力周期性的脈動，并直接導致壓氣機輪盤上所受軸向力的周期性波動。此外，由于高、低壓輪盤的盤罩間隙腔外部氣體壓カ不同，盤罩間隙腔內脈動的壓力水平也不同，從而導致高壓壓氣機輪盤的軸向カ大于低壓壓氣機輪盤，即軸向カ不平衡。以上兩種結果都不可避免的増加了軸承的負擔，尤其是周期性脈動的軸向カ加速了軸承的磨損并直接導致整機使用壽命的降低。所以，必須對以上所述的軸向カ加以控制。目前對這種軸向カ的控制是通過降低壓氣機輪盤轉速的方法實現(xiàn)的，但是降低轉速意味著壓比的下降和效率的降低。所以必須通過其它方式來緩解脈動的軸向力，降低軸承負荷，以保證整機的使用壽命。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種針對“背靠背”型兩級離心式壓氣機的軸向カ控制方法，以保證壓氣機在高轉速下仍能保持較低和可接受的軸向力，并提高整機使用壽命。本發(fā)明提供了ー種“背靠背”型兩級離心式壓氣機的壓氣機輪盤所受軸向カ的控制方法，其特征在于將高壓壓氣機輪盤的盤罩間隙腔和低壓壓氣機輪盤的盤罩間隙腔連通，利用高、低壓壓氣機盤罩間隙腔內的壓差將部分高壓氣體從高壓壓氣機流道引回低壓壓氣機流道，從而在盤罩間隙腔內實現(xiàn)氣體循環(huán)。其中，連通高壓壓氣機輪盤的盤罩間隙腔和低壓壓氣機輪盤的盤罩間隙腔的氣體流動路徑，是在中間機殼上開距離最短的引氣孔，依次通過中間機売上的エ藝槽、引氣孔以及中間機殼和軸承外殼間的縫隙而形成。本發(fā)明的優(yōu)點在于(1)由于盤罩間隙腔內氣體的流動，“抽真空”效果大大減小，從而緩解了周期性脈動的軸向力。(2)由于將高壓氣體補入低壓壓氣機輪盤的盤罩間隙腔，實現(xiàn)減小兩級壓氣機輪盤間的壓差，從而使輪盤間的軸向カ趨于平衡。(3)較傳統(tǒng)軸向カ控制方法相比，不需要降低輪盤轉速和壓比，從而在相同水平的軸向カ下得到更高的效率。
(4)由于利用氣體循環(huán)流動及平衡壓差來控制軸向力，因此可以滿足各個エ況下的軸向カ控制，作用范圍更為寬廣。


圖I ー種采用軸向カ控制方法的〃背靠背〃型兩級離心式壓氣機結構示意圖；圖中1.高壓壓氣機蝸殼 2.低壓壓氣機輪盤 3.引氣孔 4.螺栓5.中間機殼 6.低壓壓氣機蝸殼 7.高壓壓氣機輪盤 8.軸承座 9.襯套10.軸 承 11.高壓輪盤盤罩間隙 12.高壓壓氣機流道 13.軸承外殼 14.軸15.墊片 16.低壓輪盤盤罩間隙 17.低壓壓氣機流道 18.エ藝槽圖2中間機殼開孔俯視圖；圖3 —種采用軸向カ控制方法的〃背靠背〃型兩級離心式壓氣機氣流走向示意圖；圖中空心單箭頭為低壓壓氣機進ロ氣體走向，實心單箭頭為低壓壓氣機出口氣體及高壓壓氣機進口走向，實心雙箭頭為高壓壓氣機出口走向。高、低壓壓氣機的盤罩間隙腔間的氣體走向用空心雙箭頭表示。
具體實施例方式下面將結合附圖對本發(fā)明作進ー步的詳細說明。參見圖1，圖2所示?！氨晨勘场毙蛢杉夒x心式壓氣機的結構為低壓壓氣機輪盤2和高壓壓氣機輪盤7相對串聯(lián)在軸14上。兩級高、低壓輪盤均有各自的蝸殼(高壓蝸殼6和低壓蝸殼I)。高、低壓輪盤間布置中間機殼5，軸承座8，襯套9和軸承外殼13，其中中間機殼通過螺栓4固定在高壓壓氣機蝸殼上，并且其端面上含有4個エ藝槽18 ;軸承座，襯套，軸承外殼固定軸承10，并通過墊片15壓紫。利用中間機殼上的エ藝槽以及利用中間機殼和軸承外殼間的縫隙，在中間機殼上開連通高壓壓氣機盤罩間隙腔11和低壓壓氣機盤罩間隙腔16距離最短的引氣孔3。由此，兩級壓氣機內部的氣體流動結構發(fā)生改變，如圖3所示。原進ロ氣體(空心單箭頭)經過低壓壓氣機流道17后氣體壓力上升(實心單箭頭);氣體通過低壓壓氣機蝸殼后進入高壓壓氣機流道12并再次提升氣體壓カ(實心雙箭頭);由于高壓壓氣機盤罩間隙腔和低壓壓氣機盤罩間隙腔間的壓差作用，部分高壓氣體(空心雙箭頭)進入高壓壓氣機盤罩間隙腔，通過中間機売上的エ藝槽，經引氣孔進入低壓壓氣機盤罩間隙腔，并進一歩流入低壓壓氣機流道內并匯入低壓壓氣機出ロ氣體中。由此，在高、低壓壓氣機的盤罩間隙腔內形成氣體的流動和循環(huán)。由于盤罩間隙腔內氣體的流動，“抽真空”效果大大減小，從而緩解了周期性脈動的軸向カ；由于將高壓氣體補入低壓輪盤的盤罩間隙腔，實現(xiàn)減小兩級壓氣機輪盤間的壓差，從而使輪盤間的軸向カ趨于平衡；較傳統(tǒng)軸向カ控制方法相比，不需要降低輪盤轉速和壓比，從而在相同水平的軸向力下得到更高的效率；由于利用氣體循環(huán)流動及平衡壓差來控制軸向力，因此可以滿足各個エ況下的軸向カ控制，作用范圍更為 寬廣。
權利要求
1.一種背靠背型兩級離心式壓氣機的輪盤所受軸向力的控制方法，其特征在于將高壓壓氣機輪盤的盤罩間隙腔(16)和低壓壓氣機輪盤的盤罩間隙腔(11)連通，利用高、低壓盤罩間隙腔內的壓差將部分高壓氣體從高壓壓氣機流道(12)引回低壓壓氣機流道(17)，從而減小兩級壓氣機輪盤間的壓差，使輪盤間的軸向カ趨于平衡。
2.如權利要求1-2所述的ー種背靠背型兩級離心式壓氣機的輪盤所受軸向力的控制方法，其特征在于在中間機殼(5)上開距離最短的引氣孔(3)，依次通過中間機殼(5)上的エ藝槽(18)、引氣孔(3)以及中間機殼(5)和軸承外殼(13)間的縫隙，形成連通高壓壓氣機輪盤的盤罩間隙腔(11)和低壓壓氣機輪盤的盤罩間隙腔(16)的氣體流動路徑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種背靠背型兩級離心式壓氣機的輪盤所受軸向力的控制方法，在中間機殼上開距離最短的引氣孔，依次通過中間機殼上的工藝槽、引氣孔以及中間機殼和軸承外殼間的縫隙將高壓壓氣機輪盤的盤罩間隙腔和低壓壓氣機輪盤的盤罩間隙腔連通，利用高、低壓盤罩間隙腔內的壓差將部分高壓氣體從高壓壓氣機流道引回低壓壓氣機流道，從而在盤罩間隙腔內實現(xiàn)氣體循環(huán)，減小兩級壓氣機輪盤間的壓差，使輪盤間的軸向力趨于平衡。
文檔編號F04D29/00GK102828984SQ201210218389
公開日2012年12月19日 申請日期2012年6月27日 優(yōu)先權日2012年6月27日
發(fā)明者丁水汀, 李果, 杜發(fā)榮, 韓樹軍, 鮑夢瑤 申請人:北京航空航天大學