一種具有燕尾形前尾緣結構的葉片式擴壓器及其造型方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有燕尾形前尾緣結構的葉片式擴壓器及其造型方法，包括擴壓器輪盤、擴壓器輪蓋、內置徑向擴壓器葉片、內置軸向擴壓器葉片，所述徑向擴壓器葉片和軸向擴壓器葉片沿周向均勻地分布在擴壓器輪盤和擴壓器輪蓋之間。該擴壓器可由傳統(tǒng)葉片式擴壓器創(chuàng)造性改造而成，具有造型方便、造價低、加工簡單等優(yōu)點，其特殊的燕尾形前尾緣可提高擴壓器對離心葉輪出口高速無序流動的適應能力，從而大幅度提高高壓比離心壓氣機效率和穩(wěn)定工作裕度；其葉片的防垢涂層可有效減少積垢的產生，保持足夠的空氣流通面積，減小流動摩擦力，從而降低壓氣機的喘振問題，提高壓氣機的安全性，能特別適用于中小型航空發(fā)動機高壓比離心壓氣機。
【專利說明】
一種具有燕尾形前尾緣結構的葉片式擴壓器及其造型方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于高壓比離心壓氣機領域，涉及一種具有燕尾形前尾緣結構的葉片式擴壓器及其造型方法。
【背景技術】
[0002]由于具有結構緊湊、壓比高、可靠性高、制造方便、成本低廉、工藝性好及較寬的穩(wěn)定工作裕度等優(yōu)點，離心壓氣機在中小型發(fā)動機上得到了廣泛的運用。為進一步提高發(fā)動機的推重比/功重比，完善高空各種飛行狀態(tài)下的性能，對離心壓氣機的壓比更高要求;高壓比離心壓氣機葉輪出口氣流速度高且不均勻，再加上離心葉輪出口寬度很小，擴壓器進口與葉輪出口非常接近，兩者之間存在強烈的非定常相互作用，惡化離心葉輪與擴壓器的匹配，大大降低離心壓氣機的效率和穩(wěn)定工作范圍，導致結構緊湊損失低的擴壓器設計非常具有挑戰(zhàn)性，成為制約高壓比離心壓氣機應用于工程實際的主要技術障礙。
[0003]管式擴壓器由于其相鄰兩個管式擴壓器壁面相貫形成的燕尾形前緣能更好適應轉子出口的高速非均勻流動，并且與傳統(tǒng)葉片式擴壓器相比，相同通流面積時具有更小的壁面面積，減小了摩擦損失，有利于提高高壓比離心壓氣機的效率和穩(wěn)定工作裕度，北美通用和普惠公司已經將管式擴壓器成功應用于實際型號中。然而，對于徑向擴壓器和軸向擴壓器設計成連成一體的管式擴壓器，普遍存在軸向出口氣流沿周向極不均勻的現(xiàn)象，從而引起的壓氣機喘振問題也為壓氣機應用帶來安全隱患，另外，管式擴壓器還存在加工難度大、成本高、加工精度難以保證等問題。因此，亟需一種既有利于控制成本又有利于提高離心壓氣機性能的新型擴壓器結構。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種既有利于控制成本又有利于提高離心壓氣機性能的新型擴壓器結構，并給出造型方法。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，一種具有燕尾形前尾緣結構的離心壓氣機葉片式擴壓器，包括軸向擴壓器葉片、擴壓器輪盤、擴壓器輪蓋、擴壓器聯(lián)接螺栓、徑向擴壓器葉片，所述徑向擴壓器葉片和軸向擴壓器葉片沿周向均勻地分布在擴壓器輪盤和擴壓器輪蓋之間，所述的徑向擴壓器葉片具有燕尾形前緣和燕尾形尾緣結構，其造型方法為:
[0006]I)基于傳統(tǒng)葉片式擴壓器，以掃描造型用二次曲線沿擴壓器葉片端壁型線掃掠，然后與傳統(tǒng)擴壓器本體進行布爾減法運算，得到具有燕尾形前緣和燕尾形尾緣結構的離心壓氣機葉片式擴壓器；
[0007]2)上述掃描造型用二次曲線的端點分別為擴壓器葉片前緣與葉片根部截面的交點、葉片前緣與葉片尖部截面的交點，掃描造型用二次曲線所在平面垂直于擴壓器的壓力面，曲線朝葉片吸力面?zhèn)葟澢?br>[0008]進一步地，所述擴壓器設置在離心壓氣機氣流出口部分，且徑向擴壓器進口半徑R3與離心葉輪出口半徑R2之比為1.03-1.1。
[0009]進一步地，所述擴壓器擴張通道的橫截面積可通過變化二次曲線形狀和用于造型的傳統(tǒng)葉片式擴壓器楔形角Θ獲得，從而調整擴壓器進出口面積比。
[0010]進一步地，所述用于造型的傳統(tǒng)葉片式擴壓器楔形角Θ不小于8°。
[0011]進一步地，所述擴壓器葉片上涂有防垢防腐涂層，可有效減少擴壓器葉片積垢嚴重問題，克服因積垢產生的空氣流通面積變小而引起壓氣機產生的喘振問題。
[0012]進一步地，所述擴壓器葉片上涂有的防垢防腐涂層是采用HVOF噴涂工藝噴涂的含有l(wèi)%Ti納米粒子的三氧化二鋁陶瓷復合涂層，可提高葉片的防垢防腐減磨性能。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點在于:所述的具有燕尾形前緣和尾緣結構的葉片式擴壓器，對高速氣流有很好的適應性，防垢涂層可有效減少積垢的產生，保持足夠的空氣流通面積，減小流動摩擦力，從而降低壓氣機的喘振問題，提高壓氣機的安全性能;且本發(fā)明造型方便、造價低、加工簡單、安全性好，并可大幅度提高離心壓氣機效率和穩(wěn)定工作裕度，特別適用于中小型航空發(fā)動機高壓比離心壓氣機。
【附圖說明】
[0014]圖1為具有燕尾形前尾緣結構葉片式擴壓器的結構示意圖；
[0015]圖2a和圖2b為本發(fā)明的傳統(tǒng)楔形擴壓器造型參數(shù)及擴壓器三維示意圖；
[0016]圖3為本發(fā)明的造型方法用結構參數(shù)示意圖；
[0017]圖4為本發(fā)明的具有燕尾形前尾緣結構葉片式擴壓器的三維示意圖；
[0018]其中，I 一軸向擴壓器葉片；2 —擴壓器輪盤;3 —擴壓器輪蓋;4一擴壓器聯(lián)接螺栓；5—徑向擴壓器葉片;6 —燕尾形前緣;7-燕尾形尾緣;8-掃描造型用二次曲線；9-傳統(tǒng)擴壓器前緣；10-擴壓器吸力面；11-擴壓器壓力面；12-擴壓器葉片端壁型線；13-傳統(tǒng)楔形擴壓器葉片。
【具體實施方式】
[0019]以下，結合附圖1?4和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細描述:
[0020]如圖1示出本發(fā)明的具有燕尾形前尾緣結構葉片式擴壓器的實施例，包括擴壓器輪盤2、擴壓器輪蓋3及內置的若干徑向擴壓器葉片5和軸向擴壓器葉片I，擴壓器聯(lián)接螺栓4將徑向擴壓器葉片5固定在擴壓器輪盤2和擴壓器輪蓋3之間，該實施例適用于高壓比離心壓氣機。所述的徑向擴壓器葉片5具有燕尾形前緣6和燕尾形尾緣7，是基于傳統(tǒng)葉片式擴壓器葉片13創(chuàng)造性改造而來。所述徑向擴壓器葉片5上涂有防垢防腐涂層，所述的防垢防腐涂層是采用HVOF噴涂工藝噴涂的含有l(wèi)%Ti納米粒子的三氧化二鋁陶瓷復合涂層，提高葉片的防垢防腐減磨性能，可有效減少擴壓器葉片積垢嚴重問題，克服因積垢產生的空氣流通面積變小而引起壓氣機產生的喘振問題。
[0021]如圖2a和圖2b示出傳統(tǒng)楔形擴壓器葉片13造型參數(shù)及擴壓器三維示意圖，R3和R4分別為擴壓器進出口，Θ為葉片造型楔形角，α為幾何進氣角；其中，徑向擴壓器進口半徑R3與離心葉輪出口半徑R2之比為1.03-1.1，楔形角Θ不小于8°。
[0022]所述的徑向擴壓器葉片5，其造型方法為:
[0023](I)基于傳統(tǒng)葉片式擴壓器13，以某掃描造型用二次曲線8沿擴壓器葉片端壁型線12掃掠，然后與傳統(tǒng)葉片式擴壓器13本體進行布爾減法運算，得到既具有燕尾形前緣6又具有燕尾形尾緣7結構的離心壓氣機葉片式擴壓器5;
[0024](2)上述掃描造型用二次曲線8的端點分別為擴壓器葉片前緣9與葉片根部截面的交點、葉片前緣9與葉片尖部截面的交點，掃描造型用二次曲線8所在平面垂直于擴壓器的壓力面11，掃描造型用二次曲線8朝葉片吸力面10側彎曲，如圖3和圖4所示。
[0025]本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質內容的情況下，本領域技術人員能夠想到的任何變形、改進、替換均落入本發(fā)明的范圍。
【主權項】
1.一種具有燕尾形前尾緣結構的離心壓氣機葉片式擴壓器，其特征在于，包括軸向擴壓器葉片(I)、擴壓器輪盤(2)、擴壓器輪蓋(3)、擴壓器聯(lián)接螺栓(4)、徑向擴壓器葉片(5)，所述徑向擴壓器葉片(5)和軸向擴壓器葉片(I)沿周向均勻地分布在擴壓器輪盤(2)和擴壓器輪蓋(3)之間，所述的徑向擴壓器葉片(5)具有燕尾形前緣(6)和燕尾形尾緣(7)結構，其造型方法為: 1)基于傳統(tǒng)葉片式擴壓器(13)，以掃描造型用二次曲線(8)沿擴壓器葉片端壁型線(12)掃掠，然后與傳統(tǒng)擴壓器本體(13)進行布爾減法運算，得到具有燕尾形前緣(6)和燕尾形尾緣(7)結構的離心壓氣機葉片式擴壓器； 2)上述掃描造型用二次曲線(8)的端點分別為擴壓器葉片前緣(9)與葉片根部截面的交點、葉片前緣(9)與葉片尖部截面的交點，掃描造型用二次曲線(8)所在平面垂直于擴壓器的壓力面(11)，曲線朝葉片吸力面(10)側彎曲。2.如權利要求1所述的一種具有燕尾形前尾緣結構的離心壓氣機葉片式擴壓器，其特征在于，所述擴壓器設置在離心壓氣機氣流出口部分，且徑向擴壓器進口半徑R3與離心葉輪出口半徑R2之比為I.03-1.I ο3.如權利要求1所述的一種具有燕尾形前尾緣結構的離心壓氣機葉片式擴壓器，其特征在于，所述擴壓器擴張通道的橫截面積可通過變化二次曲線(8)形狀和用于造型的傳統(tǒng)葉片式擴壓器(13)楔形角Θ獲得。4.如權利要求3所述的一種具有燕尾形前尾緣結構的離心壓氣機葉片式擴壓器，其特征在于，所述用于造型的傳統(tǒng)葉片式擴壓器(13)楔形角Θ不小于8°。5.如權利要求1所述的一種具有燕尾形前尾緣結構的離心壓氣機葉片式擴壓器，其特征在于，所述徑向擴壓器葉片(5)上涂有防垢防腐涂層。6.如權利要求5所述的一種具有燕尾形前尾緣結構的離心壓氣機葉片式擴壓器，其特征在于，所述徑向擴壓器葉片(5)上涂有的防垢防腐涂層是采用HVOF噴涂工藝噴涂的含有I %Ti納米粒子的三氧化二鋁陶瓷復合涂層。
【文檔編號】C23C4/129GK106089808SQ201610608677
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月28日 公開號201610608677.2, CN 106089808 A, CN 106089808A, CN 201610608677, CN-A-106089808, CN106089808 A, CN106089808A, CN201610608677, CN201610608677.2
【發(fā)明人】王毅
【申請人】中南大學