一种基于多对转交截面的无导叶对转压气机及应用制造技术

本发明专利技术属于燃气轮机制造技术领域，公开了一种基于多对转交截面的无导叶对转压气机及应用，包含两个以上的对转交截面，且每一个对转交截面对应的上下游转子的转动方向均相反，取消所有转子之间的静子叶片，以便上游转子为下游转子提供足够的气流反预旋，从而提升下游转子的进气相对速度和增压潜能。可以根据实际的增压需求，灵活设置级数和对转交截面的个数等，转子间的整流静子叶片全部取消，仅保留末级转子出口的整流静子叶片，可以最大限度地利用对转所来的气动预旋收益，并大幅减少多级压气机的叶排数，以克服传统无导叶对转压气机由于单一对转交截面所导致的气动收益受限且结构问题异常复杂的技术瓶颈。构问题异常复杂的技术瓶颈。构问题异常复杂的技术瓶颈。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多对转交截面的无导叶对转压气机及应用


[0001]本专利技术属于燃气轮机制造
，尤其涉及一种基于多对转交截面的无导叶对转压气机及应用。

技术介绍

[0002]对转技术，作为燃气轮机领域比较有潜在价值和应用前景的技术，得到了国内外学者的关注和应用研究。对转技术应用于航空发动机可有效改善发动机的陀螺力矩特性、减少旋转部件的长度和重量等，具有显著效果；对转技术应用于发动机的旋转部件(如风扇/压气机部件、涡轮部件)，则可以凭借其提供的气流反预旋有效改善转子叶片的负荷、匹配特性等。目前无导叶对转技术已经广泛应用于航空燃气涡轮发动机的涡轮部件。其中无导叶对转技术在风扇/压气机部件上的应用得到国内外学者的广泛研究，但实际工程应用及对应产品几几乎很少。借助于无导叶对转技术所带来的气流反预旋，后排转子在相对较低的圆周速度下即可获得相对可观的进口相对速度，在减少风扇/压气机级数的情况下，还能有效提升其级负荷，对燃气轮机尤其是航空燃气涡轮发动机的减级、减重具有重要意义。
[0003]然而，目前无导叶对转技术在风扇/压气机中的应用还存在较多的技术屏障制约其广泛应用，具体如下：
[0004](1)单一对转交截面所带来的气动收益非常有限，但是结构实现却较为复杂。目前无导叶对转结构主要通过发动机转动轴的双轴对转结构实现，且仅能实现单一无导叶对转交截面的布置，而结构上在取消转子间导叶后，会给发动机及压气机的支承结构、承力路线、内部管路布置、封严及转子动力学特性等带来较大的技术难度，甚至会造成得不偿失的最终结果，严重制约该技术的实际应用。目前基于单一对转交截面的无导叶对转技术已经在航空燃气涡轮发动机的涡轮部件上应用，例如美国现役的F119军用涡扇发动机用的1+1对转涡轮方案，美国的F135发动机则是采用的1级高压涡轮和2级低压涡轮对转的布局方案，美国的GE公司在其GEnx民用大涵道比涡扇发动机上采用了2级高压涡轮和7级低压涡轮的对转方案，英国的罗尔斯
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罗伊斯公司研制的三转子民用发动机遄达1000和遄达XWB的涡轮部件均采用了中压涡轮与高低压涡轮对转的方案。然而对转风扇/压气机的应用则相对较少。然而无导叶对转压气机技术在实际型号上的应用几乎很少。到目前为止，美国F119军用涡扇发动机的3级风扇和6级高压压气机采用双轴对转结构，但是对转交截面的上游风扇末级保留了出口静子叶片，该压缩部件仅是采用物理上的对转，并未利用无导叶对转带来的气动效益。而美国现役的F35B垂直起降的舰载型飞机的2级升力风扇则实际采用了基于单一对转交截面的无导叶对转风扇结构。而国内的中科院工程热物理研究所开展的2级无导叶对转激波增压压气机技术研究、西北工业大学开展的2级亚声速对转压气机技术研究等尚处于实验研究阶段，并未真正投入型号应用。国内中航发608所开展的对转发动机研究工作，其压气机最终采用了保留级间导叶的对转结构方案，并未有效利用对转带来的气动收益，且仅存在单一对转交截面。
[0005](2)基于多对转交截面的无导叶对转压气机内部流动机理尚不明确。目前国内外
广泛开展的对转压气机研究，主要针对单一对转交截面的无导叶对转压气机开展，如美国MIT在2000年左右开展的总压比3的两级无导叶对转吸附式压气机研究、国内的中科院工程热物理研究所所开展的两级无导叶对转超音速压气机研究以及西北工业大学开展的两级亚声速无导叶对转压气机的研究等。
[0006]一旦对转交截面增加至2个及2个以上，其风扇/压气机内部的级间载荷分配规律、沿程流动组织方法、级间流动匹配机理、变工况特性及调控方法等尚不清楚，亟待开展深入的机理和设计方法研究，同时基于多对转交截面的无导叶对转压气机的结构实现方式也相对较为困难，综合以上各种因素，直接导致国内外目前尚未出现基于多对转交截面的无导叶对转风扇/压气机技术。
[0007]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：目前国内外正在研究及已经应用的对转压气机技术，仅针对单一对转交截面的对转压气机技术方案，甚至保留了对转交截面附近的静子叶片，无法有效发挥对转所来带的气动收益。即便是目前所开展的无导叶对转压气机研究，也受制于单一对转交截面的布局方式，使得对转技术所来的气动收益非常有限，且会带来更多的结构设计的问题和挑战，最终严重制约无导叶对转压气机技术的发展和广泛应用。
[0008]解决以上问题及缺陷的意义为：本专利技术所提出的一种基于多对转交截面的无导叶对转压气机，拟从增压机制和气动/结构布局创新的角度，充分挖掘对转压气机技术的巨大增压潜力，在单一传动轴的情况下，结合行星齿轮变速或转动机匣悬垂转子叶片等方式，营造出2个或2个以上的无导叶对转交截面，使得每一个对转交截面对应的后排转子均可以充分利用气流反预旋，进而有效提升其进口相对气流速度，为转子叶片储备较大的增压潜能。该多个对转交截面的多级无导叶对转压气机在实现高增压的同时，其结构布局更加紧凑，由于全部取消了转子之间的整流静子叶片，可使压气机的叶排数较常规方案减少50％左右，大幅降低压气机的轴向长度、重量和级数。如果同时考虑对转所带来的压气机平均级负荷的提升，该新型结构布局的多级压气机的增压潜力更大，所产生的压缩系统减级数、减长度和减重量的收益也会更大。

技术实现思路

[0009]为克服相关技术中存在的问题，本专利技术公开实施例提供了一种基于多对转交截面的无导叶对转压气机。所述技术方案如下：
[0010]基于多对转交截面的无导叶对转压气机包含两个以上的对转交截面，且每一个对转交截面对应的上下游转子的转动方向均相反，取消所有对转转子之间的静子叶片，以便上游转子直接为下游转子提供足够的气流反预旋，从而提升下游转子的进气相对速度和增压潜能；仅设置末级转子叶片的出口导叶，对最终的出口气流进行轴向整流。
[0011]在一个实施例中，每一个对转交截面取消上下游转子之间的静子叶片，上游转子直接为对应的下游转子提供气流反预旋，提升下游转子的进气相对速度和进口增压潜能。
[0012]在一个实施例中，该基于多对转交截面的无导叶对转压气机采用单传动轴或者两端对置双传动轴驱动各级压气机转子叶片盘。
[0013]在一个实施例中，所述转子叶片盘的对旋转动方向和转速值通过不同尺寸和传动比的行星传动齿轮实现。
[0014]在一个实施例中，各级所述无导叶对转转子通过行星传动齿轮实现对旋旋转外，还能够实现所有顺时针旋转转子和所有逆时针旋转转子相同的转速值及转速存在的差异性设置。
[0015]在一个实施例中，通过调整每一级转子所在位置对应的行星传动齿轮的传动比，实现同一旋转方向的各个转子转速相同或者保持差异性的设置。
[0016]在一个实施例中，所述单传动轴或双传动轴由主传动轴传递至每一级转子的转轴，并带动转子叶片盘旋转做功压缩气体，通过每一级转子对应的行星传动齿轮实现转动方向和转速值的调整；
[0017]每一级转子对应的行星传动齿轮的传动比根据对应转子转速的实际需要进行设置，以实现转子预期的转速和级负荷。
[0018]在一个实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多对转交截面的无导叶对转压气机，其特征在于，所述基于多对转交截面的无导叶对转压气机包含两个以上的对转交截面，且每一个对转交截面对应的上下游转子的转动方向均相反，取消所有转子之间的静子叶片，以便上游转子为下游转子提供足够的气流反预旋，从而提升下游转子的进气相对速度和增压潜能；仅设置末级转子叶片的出口导叶，对最终的出口气流进行轴向整流。2.根据权利要求1所述的基于多对转交截面的无导叶对转压气机，其特征在于，每一个对转交截面的上下游转子之间取消静子叶片，上游转子直接为对应的下游转子提供气流反预旋，提升下游转子的进气相对速度和进口增压潜能。3.根据权利要求1所述的基于多对转交截面的无导叶对转压气机，其特征在于，该基于多对转交截面的无导叶对转压气机采用单传动轴或者两端对置双传动轴驱动各级压气机转子叶片盘。4.根据权利要求3所述的基于多对转交截面的无导叶对转压气机，其特征在于，所述转子叶片盘的对旋转动方向和转速值通过不同尺寸和传动比的行星传动齿轮实现。5.根据权利要求1所述的基于多对转交截面的无导叶对转压气机，其特征在于，各级所述无导叶对转转子通过行星传动齿轮实现对旋旋转外，还能够实现所有顺时针旋转转子和所有逆时针旋转转子相同的转...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔伟伟，张锴，姚飞，王兴鲁，王翠苹，杨来顺，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：