一种用于等半径预旋供气系统的过预旋叶型接受孔技术方案

一种用于等半径预旋供气系统的过预旋叶型接受孔，多个过预旋叶型接受孔均布在预旋供气系统中盖板盘的表面。各过预旋叶型接受孔的入口至出口为在圆周方向上偏转弯曲的曲面，并由该曲面中一侧的凸曲面形成了叶型压力面，另一侧的凹曲面形成了叶型吸力面；两个侧表面的曲面呈收缩状，使各所述过预旋叶型接受孔横截面的面积逐渐减小。本发明专利技术气流流动损失小、使气流能够在经过预旋喷嘴偏转加速后直接进入接受孔，消除了突扩、突缩的型面损失，提高了等半径预旋供气系统的温降效果，并使喷嘴出口旋转比增大、系统温降提高，增加涡轮转子叶片的寿命，适于预旋喷嘴与叶片供气孔半径位置比为1的等半径预旋供气系统。

【技术实现步骤摘要】
一种用于等半径预旋供气系统的过预旋叶型接受孔
本专利技术涉及航空发动机预旋供气系统应用领域，具体是一种用于等半径预旋供气系统的过预旋叶型接受孔。
技术介绍
作为航空发动机空气系统极其重要的一个组成部分，预旋供气系统是为高速转动的涡轮转子叶片提供满足供气压力和供气流量需求的系统。同时，该预旋供气系统可以尽可能的降低供气的相对总温，一个设计合理的预旋供气系统可使冷气相对总温降低100K左右，能够大大增加航空发动机的运行安全性，延长发动机的工作寿命。等半径预旋供气系统指的是预旋喷嘴和叶片供气孔半径位置比为1的预旋供气系统。在图1中，发动机主流4依次经过燃烧室1、涡轮导叶2和涡轮动叶3。等半径预旋供气系统位于燃烧室内环和第一级涡轮动叶之间，属于航空发动机的二次流系统。该系统由预旋喷嘴盘6、盖板盘9、涡轮盘12，和分别加工在各盘上的预旋喷嘴7、接受孔10、叶片供气孔13，以及预旋喷嘴盘6和盖板盘9之间围成的预旋腔8，和盖板盘9和涡轮盘12之间围成的盖板腔11组成。在等半径预旋供气系统中，发动机内的冷却气流5流经预旋喷嘴7偏转加速，然后进入预旋腔8，随后经过接受孔10、盖板腔11和叶片供气孔13进入涡轮盘12，最终进入涡轮动叶3。预旋喷嘴盘6是静盘，盖板盘9和涡轮盘12是转盘，图中打剖面线的转盘即为盖板盘9。从图中可以看出，预旋喷嘴7、接受孔10和叶片供气孔13的所在半径相等，这是等半径预旋供气系统的最主要特征。等半径预旋供气系统能够产生温降的主要原理是通过预旋喷嘴7加速气流并形成与转盘转动方向相同的周向速度分量，降低气流静温，从而达到降低气流相对总温的目的。等半径预旋供气系统中影响喷嘴下游流动损失及预旋温降的重要元件是转动的接受孔10。接受孔的主要功能是接收经过预旋喷嘴7偏转的气流并输送到盖板腔11中。现有技术中的接受孔结构多为轴向直通跑道型接受孔，这种接受孔的进口及出口呈跑道型，其几何中心与预旋喷嘴出口的几何中心位于相同的半径位置，但进口及出口的径向尺寸不与预旋喷嘴出口的叶高相对应。图2是加工有轴向直通跑道型接受孔14的盖板盘15示意图。可以看出跑道型接受孔沿周向均匀分布在盖板盘15上。为了便于观察接受孔14的具体结构，选取一处A进行放大观察，能够看到每个接受孔14都有倒角16。等半径预旋供气系统中影响流动损失及预旋温降的另一个重要元件是盖板腔11。由于现有技术中的轴向直通跑道型接受孔14与叶片供气孔13的形状并不相同，故气流在从接受孔流至叶片供气孔的过程中，需要在盖板盘和涡轮盘之间围成一个转转盘腔作为中转，承接流出接受孔14的气流，再将气流输送至叶片供气孔13内，这个转转盘腔就是盖板腔11。图4是加工有现有技术中的轴向直通跑道型接受孔14的盖板盘15与涡轮盘12的装配图。该盖板盘15通过沉头螺栓紧固在涡轮盘12上，两盘之间围成了盖板腔11。选取一处B放大观察，可以看到盖板腔11的轴向位置在轴向直通跑道型接受孔14和叶片供气孔13之间。为了更好地展示接受孔14、盖板盘15、盖板腔11、涡轮盘12及叶片供气孔13的相对位置关系，给出了该装配图在接受孔出口的几何中心所在半径处的向下剖视图，在该剖视图中还标出了轴向方向、圆周方向和冷却气流5的大致流向。冷却气流5流经接受孔14后，进入盖板盘15和涡轮盘12之间的盖板腔11，随后进入涡轮盘12上的叶片供气孔13。可以看到冷却气流5在流入接受孔14前，其攻角方向与接受孔进口有较大的夹角，这必然使得气流在接受孔压力面形成漩涡，造成很大的流动损失。冷却气流5在流过接受孔14后，先进行突扩进入盖板腔11，再进行突缩进入叶片供气孔13，并最终扭转气流方向至与叶片供气孔周向倾角相等，气流的突扩-突缩损失以及气流方向的强行扭转使得冷却气流5在此处的流动损失很大。公开号为CN107313860的专利技术创造中公开了一种应用于预旋供气系统的叶型接受孔结构。该专利技术的叶型接受孔结构使得气流的周向速度沿孔不断增加，并减小气流在孔中的流动损失，但在工程应用上不适于等半径预旋供气系统，也不能减小气流在盖板腔内的突扩突缩损失。公开号CN110552788A公开了一种用于预旋供气系统的带有径向跑道斜孔式接受孔的盖板盘，该盖板盘中接受孔的设计可以减小盖板盘的开孔率，提高盖板盘的结构强度，但不能引导气流方向在孔中偏转，不能减小气流在接受孔中及盖板腔内的流动损失。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的轴向直通跑道型接受孔和盖板腔中气流流动损失大、预旋供气系统温降低的缺点，减小转动部分流动损失，提高系统温降特性，本专利技术提出了一种用于等半径预旋供气系统的过预旋叶型接受孔。所述预旋供气系统包括盖板盘和涡轮盘；所述盖板盘的内表面与该涡轮盘的内表面之间贴合，并使位于盖板盘上的过预旋叶型接受孔与位于涡轮盘上的叶片供气孔一一对应；所述过预旋叶型接受孔有多个，均布在预旋供气系统中的盖板盘的表面；各所述过预旋叶型接受孔均为贯通孔，并且各过预旋叶型接受孔的进口位于该盖板盘靠近预旋喷嘴盘一侧的表面上，该过预旋叶型接受孔的出口位于该盖板盘靠近涡轮盘一侧的表面上；其特征在于：所述过预旋叶型接受孔为斜孔，并且该斜孔自入口至出口在圆周方向上偏转弯曲，使该过预旋叶型接受孔内的两个侧表面均为曲面，并由该曲面中一侧的凸曲面形成了所述过预旋叶型接受孔的叶型压力面，另一侧的凹曲面形成了所述过预旋叶型接受孔的叶型吸力面；两个侧表面的曲面呈收缩状，使各所述过预旋叶型接受孔横截面的面积逐渐减小；由于叶型吸力面与叶型压力面在周向上的偏转弯曲，故所述过预旋叶型接受孔在进口处有进口结构角α1，在出口有出口结构角α2；进口结构角α1与气流在进口处的攻角δ1相等；攻角大小根据具体的气动参数确定；出口结构角α2与叶片供气孔的周向倾角σ相等；所述过预旋叶型接受孔内的上表面与下表面均为旋转曲面。所述过预旋叶型接受孔内上表面的形成方式是在叶型接受孔进口处的上弧边所在圆周上任取一点作为第一点，在出口处的上弧边所在圆周上取相对应的一点作为第二点，使得第二点在第一点与该第一点所在圆周的旋转轴共同构成的平面上；将第一点和第二点直线相连，并将该直线沿第一点所在圆周的旋转轴旋转一周，即得到叶型接受孔的上表面；所述过预旋叶型接受孔内下表面的形成方式是在叶型接受孔进口处的下弧边所在圆周上任取一点作为第一点，在出口处的下弧边所在圆周上取相对应的一点作为第二点，使得第二点在第一点与该第一点所在圆周的旋转轴共同构成的平面上；将所述第一点和第二点直线相连，并将该直线沿第一点所在圆周的旋转轴旋转一周，即得到叶型接受孔的下表面。所述进口呈矩形，并使该进口的两个长边为与该盖板盘同轴的弧形边，进口的两弧形边中的上弧边半径与预旋喷嘴出口上弧边的半径相等；两弧形边中的下弧边半径与预旋喷嘴出口下弧边的半径相等；上弧边两端与该上弧边圆心之间有夹角λ，使得在盖板盘上，各所述叶型接受孔的进口的上弧边的弧长之和占所在圆的周长的70％以上；进口的两个短边之间有夹角ε1，夹角ε1的大小与涡轮盘上叶片供气孔的两侧边夹角η相等。所述出口呈梯形，并使该出口的上底边与下底边均为与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于等半径预旋供气系统的过预旋叶型接受孔，所述预旋供气系统包括盖板盘和涡轮盘；所述盖板盘的内表面与该涡轮盘的内表面之间贴合，并使位于盖板盘上的过预旋叶型接受孔与位于涡轮盘上的叶片供气孔一一对应；所述过预旋叶型接受孔有多个，均布在预旋供气系统中的盖板盘的表面；各所述过预旋叶型接受孔均为贯通孔，并且各过预旋叶型接受孔的进口位于该盖板盘靠近预旋喷嘴盘一侧的表面上，该过预旋叶型接受孔的出口位于该盖板盘靠近涡轮盘一侧的表面上；其特征在于：/n所述过预旋叶型接受孔为斜孔，并且该斜孔自入口至出口在圆周方向上偏转弯曲，使该过预旋叶型接受孔内的两个侧表面均为曲面，并由该曲面中一侧的凸曲面形成了所述过预旋叶型接受孔的叶型压力面，另一侧的凹曲面形成了所述过预旋叶型接受孔的叶型吸力面；两个侧表面的曲面呈收缩状，使各所述过预旋叶型接受孔横截面的面积逐渐减小；由于叶型吸力面与叶型压力面在周向上的偏转弯曲，故所述过预旋叶型接受孔在进口处有进口结构角α1，在出口有出口结构角α2；进口结构角α1与气流在进口处的攻角δ1相等；攻角大小根据具体的气动参数确定；出口结构角α2与叶片供气孔的周向倾角σ相等；/n所述过预旋叶型接受孔内的上表面与下表面均为旋转曲面。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于等半径预旋供气系统的过预旋叶型接受孔，所述预旋供气系统包括盖板盘和涡轮盘；所述盖板盘的内表面与该涡轮盘的内表面之间贴合，并使位于盖板盘上的过预旋叶型接受孔与位于涡轮盘上的叶片供气孔一一对应；所述过预旋叶型接受孔有多个，均布在预旋供气系统中的盖板盘的表面；各所述过预旋叶型接受孔均为贯通孔，并且各过预旋叶型接受孔的进口位于该盖板盘靠近预旋喷嘴盘一侧的表面上，该过预旋叶型接受孔的出口位于该盖板盘靠近涡轮盘一侧的表面上；其特征在于：
所述过预旋叶型接受孔为斜孔，并且该斜孔自入口至出口在圆周方向上偏转弯曲，使该过预旋叶型接受孔内的两个侧表面均为曲面，并由该曲面中一侧的凸曲面形成了所述过预旋叶型接受孔的叶型压力面，另一侧的凹曲面形成了所述过预旋叶型接受孔的叶型吸力面；两个侧表面的曲面呈收缩状，使各所述过预旋叶型接受孔横截面的面积逐渐减小；由于叶型吸力面与叶型压力面在周向上的偏转弯曲，故所述过预旋叶型接受孔在进口处有进口结构角α1，在出口有出口结构角α2；进口结构角α1与气流在进口处的攻角δ1相等；攻角大小根据具体的气动参数确定；出口结构角α2与叶片供气孔的周向倾角σ相等；
所述过预旋叶型接受孔内的上表面与下表面均为旋转曲面。


2.如权利要求1所述用于等半径预旋供气系统的过预旋叶型接受孔，其特征在于，所述过预旋叶型接受孔内上表面的形成方式是在叶型接受孔进口处的上弧边所在圆周上任取一点作为第一点，在出口处的上弧边所在圆周上取相对应的一点作为第二点，使得第二点在第一点与该第一点所在圆周的旋转轴共同构成的平面上；将第一点和第二点直线相连，并将该直线沿第一点所在圆周的旋转轴旋转一周，即得到叶型接受孔的上表面；所述过预旋叶型接受孔内下表面的形成方式是在叶型接受孔进口处的下弧边所在圆周上任取一点作为第一点，在出口处的下弧边所在圆周上取相对应的一点作为第二点，使得第二点在第一点与该第一点所在圆周的旋转轴共同构成的平面上；将所述第一点和第二点直线相连，并将该直线沿第一点所在圆周的旋转轴旋转一周，即得到叶型接受孔的下表面。


3.如权利要求1所述用于等半径预旋供气系统的过预旋叶型接受孔，其特征在于，所述进口呈矩形，并使该进口的两个长边为与该盖板盘同轴的弧形边，进口的两弧形边中的上弧边半径与预旋喷嘴出口上弧边的半径相等；两弧形边中的下弧边半径与预旋喷嘴出口下弧边的半径相等；上弧边两端与该上弧边圆心之间有夹角λ，使得在盖板盘上，各所述叶型接受孔的进口的上弧边的弧长之和占所在圆的周长的70％以上；进口的两个短边之间有夹角ε1，夹角ε1的大小与涡轮盘上叶片供气孔的两侧边夹角η相等。


4.如权利要求1所述用于等半径预旋供气系统的过预旋叶型接受孔，其特征在于，所述出口呈梯形，并使该出口的上底边与下底边均为与该盖板盘同轴的弧形...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘高文，李金泽，郭昆，雷昭，
申请(专利权)人：西北工业大学，北京市动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61