一种具有燕尾形前尾缘结构的叶片式扩压器及其造型方法技术

本发明专利技术公开了一种具有燕尾形前尾缘结构的叶片式扩压器及其造型方法，包括扩压器轮盘、扩压器轮盖、内置径向扩压器叶片、内置轴向扩压器叶片，所述径向扩压器叶片和轴向扩压器叶片沿周向均匀地分布在扩压器轮盘和扩压器轮盖之间。该扩压器可由传统叶片式扩压器创造性改造而成，具有造型方便、造价低、加工简单等优点，其特殊的燕尾形前尾缘可提高扩压器对离心叶轮出口高速无序流动的适应能力，从而大幅度提高高压比离心压气机效率和稳定工作裕度；其叶片的防垢涂层可有效减少积垢的产生，保持足够的空气流通面积，减小流动摩擦力，从而降低压气机的喘振问题，提高压气机的安全性，能特别适用于中小型航空发动机高压比离心压气机。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高压比离心压气机领域，涉及一种具有燕尾形前尾缘结构的叶片式扩压器及其造型方法。
技术介绍
由于具有结构紧凑、压比高、可靠性高、制造方便、成本低廉、工艺性好及较宽的稳定工作裕度等优点，离心压气机在中小型发动机上得到了广泛的运用。为进一步提高发动机的推重比/功重比，完善高空各种飞行状态下的性能，对离心压气机的压比更高要求；高压比离心压气机叶轮出口气流速度高且不均匀，再加上离心叶轮出口宽度很小，扩压器进口与叶轮出口非常接近，两者之间存在强烈的非定常相互作用，恶化离心叶轮与扩压器的匹配，大大降低离心压气机的效率和稳定工作范围，导致结构紧凑损失低的扩压器设计非常具有挑战性，成为制约高压比离心压气机应用于工程实际的主要技术障碍。管式扩压器由于其相邻两个管式扩压器壁面相贯形成的燕尾形前缘能更好适应转子出口的高速非均匀流动，并且与传统叶片式扩压器相比，相同通流面积时具有更小的壁面面积，减小了摩擦损失，有利于提高高压比离心压气机的效率和稳定工作裕度，北美通用和普惠公司已经将管式扩压器成功应用于实际型号中。然而，对于径向扩压器和轴向扩压器设计成连成一体的管式扩压器，普遍存在轴向出口气流沿周向极不均匀的现象，从而引起的压气机喘振问题也为压气机应用带来安全隐患，另外，管式扩压器还存在加工难度大、成本高、加工精度难以保证等问题。因此，亟需一种既有利于控制成本又有利于提高离心压气机性能的新型扩压器结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种既有利于控制成本又有利于提高离心压气机性能的新型扩压器结构，并给出造型方法。为实现上述目的，一种具有燕尾形前尾缘结构的离心压气机叶片式扩压器，包括轴向扩压器叶片、扩压器轮盘、扩压器轮盖、扩压器联接螺栓、径向扩压器叶片，所述径向扩压器叶片和轴向扩压器叶片沿周向均匀地分布在扩压器轮盘和扩压器轮盖之间，所述的径向扩压器叶片具有燕尾形前缘和燕尾形尾缘结构，其造型方法为：1)基于传统叶片式扩压器，以扫描造型用二次曲线沿扩压器叶片端壁型线扫掠，然后与传统扩压器本体进行布尔减法运算，得到具有燕尾形前缘和燕尾形尾缘结构的离心压气机叶片式扩压器；2)上述扫描造型用二次曲线的端点分别为扩压器叶片前缘与叶片根部截面的交点、叶片前缘与叶片尖部截面的交点，扫描造型用二次曲线所在平面垂直于扩压器的压力面，曲线朝叶片吸力面侧弯曲。进一步地，所述扩压器设置在离心压气机气流出口部分，且径向扩压器进口半径R3与离心叶轮出口半径R2之比为1.03-1.1。进一步地，所述扩压器扩张通道的横截面积可通过变化二次曲线形状和用于造型的传统叶片式扩压器楔形角θ获得，从而调整扩压器进出口面积比。进一步地，所述用于造型的传统叶片式扩压器楔形角θ不小于8°。进一步地，所述扩压器叶片上涂有防垢防腐涂层，可有效减少扩压器叶片积垢严重问题，克服因积垢产生的空气流通面积变小而引起压气机产生的喘振问题。进一步地，所述扩压器叶片上涂有的防垢防腐涂层是采用HVOF喷涂工艺喷涂的含有1％Ti纳米粒子的三氧化二铝陶瓷复合涂层，可提高叶片的防垢防腐减磨性能。本专利技术的优点在于：所述的具有燕尾形前缘和尾缘结构的叶片式扩压器，对高速气流有很好的适应性，防垢涂层可有效减少积垢的产生，保持足够的空气流通面积，减小流动摩擦力，从而降低压气机的喘振问题，提高压气机的安全性能；且本专利技术造型方便、造价低、加工简单、安全性好，并可大幅度提高离心压气机效率和稳定工作裕度，特别适用于中小型航空发动机高压比离心压气机。附图说明图1为具有燕尾形前尾缘结构叶片式扩压器的结构示意图；图2a和图2b为本专利技术的传统楔形扩压器造型参数及扩压器三维示意图；图3为本专利技术的造型方法用结构参数示意图；图4为本专利技术的具有燕尾形前尾缘结构叶片式扩压器的三维示意图；其中，1－轴向扩压器叶片；2－扩压器轮盘；3－扩压器轮盖；4－扩压器联接螺栓；5－径向扩压器叶片；6－燕尾形前缘；7-燕尾形尾缘；8-扫描造型用二次曲线；9-传统扩压器前缘；10-扩压器吸力面；11-扩压器压力面；12-扩压器叶片端壁型线；13-传统楔形扩压器叶片。具体实施方式以下，结合附图1～4和实施例，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述：如图1示出本专利技术的具有燕尾形前尾缘结构叶片式扩压器的实施例，包括扩压器轮盘2、扩压器轮盖3及内置的若干径向扩压器叶片5和轴向扩压器叶片1，扩压器联接螺栓4将径向扩压器叶片5固定在扩压器轮盘2和扩压器轮盖3之间，该实施例适用于高压比离心压气机。所述的径向扩压器叶片5具有燕尾形前缘6和燕尾形尾缘7，是基于传统叶片式扩压器叶片13创造性改造而来。所述径向扩压器叶片5上涂有防垢防腐涂层，所述的防垢防腐涂层是采用HVOF喷涂工艺喷涂的含有1％Ti纳米粒子的三氧化二铝陶瓷复合涂层，提高叶片的防垢防腐减磨性能，可有效减少扩压器叶片积垢严重问题，克服因积垢产生的空气流通面积变小而引起压气机产生的喘振问题。如图2a和图2b示出传统楔形扩压器叶片13造型参数及扩压器三维示意图，R3和R4分别为扩压器进出口，θ为叶片造型楔形角，α为几何进气角；其中，径向扩压器进口半径R3与离心叶轮出口半径R2之比为1.03-1.1，楔形角θ不小于8°。所述的径向扩压器叶片5，其造型方法为：(1)基于传统叶片式扩压器13，以某扫描造型用二次曲线8沿扩压器叶片端壁型线12扫掠，然后与传统叶片式扩压器13本体进行布尔减法运算，得到既具有燕尾形前缘6又具有燕尾形尾缘7结构的离心压气机叶片式扩压器5；(2)上述扫描造型用二次曲线8的端点分别为扩压器叶片前缘9与叶片根部截面的交点、叶片前缘9与叶片尖部截面的交点，扫描造型用二次曲线8所在平面垂直于扩压器的压力面11，扫描造型用二次曲线8朝叶片吸力面10侧弯曲，如图3和图4所示。本专利技术并不限于上述实施方式，在不背离本专利技术的实质内容的情况下，本领域技术人员能够想到的任何变形、改进、替换均落入本专利技术的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有燕尾形前尾缘结构的离心压气机叶片式扩压器，其特征在于，包括轴向扩压器叶片(1)、扩压器轮盘(2)、扩压器轮盖(3)、扩压器联接螺栓(4)、径向扩压器叶片(5)，所述径向扩压器叶片(5)和轴向扩压器叶片(1)沿周向均匀地分布在扩压器轮盘(2)和扩压器轮盖(3)之间，所述的径向扩压器叶片(5)具有燕尾形前缘(6)和燕尾形尾缘(7)结构，其造型方法为：1)基于传统叶片式扩压器(13)，以扫描造型用二次曲线(8)沿扩压器叶片端壁型线(12)扫掠，然后与传统扩压器本体(13)进行布尔减法运算，得到具有燕尾形前缘(6)和燕尾形尾缘(7)结构的离心压气机叶片式扩压器；2)上述扫描造型用二次曲线(8)的端点分别为扩压器叶片前缘(9)与叶片根部截面的交点、叶片前缘(9)与叶片尖部截面的交点，扫描造型用二次曲线(8)所在平面垂直于扩压器的压力面(11)，曲线朝叶片吸力面(10)侧弯曲。

【技术特征摘要】
1.一种具有燕尾形前尾缘结构的离心压气机叶片式扩压器，其特征在于，包括轴向扩压器叶片(1)、扩压器轮盘(2)、扩压器轮盖(3)、扩压器联接螺栓(4)、径向扩压器叶片(5)，所述径向扩压器叶片(5)和轴向扩压器叶片(1)沿周向均匀地分布在扩压器轮盘(2)和扩压器轮盖(3)之间，所述的径向扩压器叶片(5)具有燕尾形前缘(6)和燕尾形尾缘(7)结构，其造型方法为：1)基于传统叶片式扩压器(13)，以扫描造型用二次曲线(8)沿扩压器叶片端壁型线(12)扫掠，然后与传统扩压器本体(13)进行布尔减法运算，得到具有燕尾形前缘(6)和燕尾形尾缘(7)结构的离心压气机叶片式扩压器；2)上述扫描造型用二次曲线(8)的端点分别为扩压器叶片前缘(9)与叶片根部截面的交点、叶片前缘(9)与叶片尖部截面的交点，扫描造型用二次曲线(8)所在平面垂直于扩压器的压力面(11)，曲线朝叶片吸力面(10)侧弯曲。2.如权利要求1所述的一种具有燕尾...

【专利技术属性】
技术研发人员：王毅，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43