基于激波壓縮技術的中空軸旋轉沖壓壓縮轉子的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及燃氣輪機領域，特別涉及一種應用于各種燃氣輪機中的基于超燃沖壓 發(fā)動機進氣流道壓縮技術的沖壓壓縮轉子。
【背景技術】
[0002] 壓縮系統(tǒng)即壓氣機是燃氣輪機的三大部件之一，其作用是對進入發(fā)動機的氣流進 行壓縮，以獲得合適溫度和壓力的空氣。壓氣機壓比的大小和壓縮效率的高低將直接決定 著燃氣輪機的循環(huán)效率和功率，而其體積和重量又在很大程度上影響燃氣輪機的功率重量 比。目前，燃氣輪機中常用的氣流壓縮方式主要有軸流式壓縮、離心式壓縮和混合壓縮。軸 流式壓縮單級壓縮效率高、應用廣泛、技術成熟，但是其單級壓比低、達到高壓比需要多級 壓縮、壓縮系統(tǒng)體積和重量大、總壓縮效率降低;離心式壓縮單級壓比較高、性能比較穩(wěn)定， 但是它的效率較低。上述兩種氣流壓縮方式也可以混合進行使用，但對提高燃氣輪機的功 率重量比沒有本質影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明針對上述技術問題，提出一種基于超燃沖壓發(fā)動機進氣流道壓縮技術的沖 壓壓縮轉子，其具有增壓比高、壓縮效率高、結構簡單緊湊、體積小、重量輕、制造成本低、拆 裝方便、易于維護、可靠性高等優(yōu)點。
[0004] 為達到以上目的，通過以下技術方案實現(xiàn)的：
[0005] 基于激波壓縮技術的中空軸旋轉沖壓壓縮轉子，包括：中空軸，與中空軸同步轉動 裝配的輪盤組件和罩置于輪盤組件外部的外機匣；
[0006] 其中，輪盤組件的輪盤外緣外壁表面均勻分布有多個螺旋形隔板，且每一個螺旋 形隔板的安裝角度相同；
[0007] 每相鄰兩個螺旋形隔板之間的間隙形成一條進氣流道，每條進氣流道由入口端致 出口端依次設置有氣流壓縮段、喉部隔離段和三角形出口延伸段；
[0008] 其中，氣流壓縮段為徑向間隙逐漸縮小的壓縮氣道;喉部隔離段為徑向間隙保持 不變的等面積通道;三角形出口延伸段為徑向間隙保持不變，且周向柱面內(nèi)為三角形的氣 道；
[0009] 作為優(yōu)選結構，氣流壓縮段和喉部隔離段位于相鄰兩個螺旋形隔板的重疊區(qū)域 內(nèi)。
[0010] 作為優(yōu)選結構，輪盤組件包括:套筒、腹板和輪轂;套筒與中空軸同步轉動裝配，輪 轂通過腹板與套筒同步轉動裝配固定;其中，輪盤外緣為輪轂周向外壁。
[0011] 作為優(yōu)選結構，套筒和輪轂軸向兩側邊緣為軸向轉動密封位，且密封形式采用篦 齒密封或刷式密封。
[0012] 作為優(yōu)選結構，氣流壓縮段上或喉部隔離段中設置有附面層泄除裝置、附面層吹 除或抽吸裝置。
[0013] 作為優(yōu)選結構，氣流壓縮段和喉部隔離段的總長度小于等于相鄰兩個螺旋形隔板 重疊的長度。
[0014] 作為優(yōu)選結構，螺旋形隔板與外機匣之間的間隙控制根據(jù)需要采用主動或被動間 隙控制技術。
[0015] 作為優(yōu)選結構，外機匣的內(nèi)壁涂上一層易磨涂層，在螺旋形隔板頂部附以耐磨材 料來控制外機匣與螺旋形隔板頂部之間的泄漏損失，在螺旋形隔板的頂部設置葉冠以封閉 壓縮轉子的進氣流道，葉冠與外機匣之間根據(jù)需要留有間隙。
[0016] 采用上述技術方案的本發(fā)明，通過如下技術方案和空氣動力學理論來實現(xiàn)：
[0017] 超燃沖壓發(fā)動機工作時，其進氣流道擔負了使高速來流氣體減速增壓的作用，而 該進氣流道的主要工作原理是靠飛行器高速飛行時，空氣與飛行器保持較高的相對速度， 該速度往往幾倍于聲速，超聲速氣流進入進氣流道后，經(jīng)過氣流壓縮段，方向發(fā)生折轉，從 而產(chǎn)生多道斜激波或由等熵壓縮使得高速氣流減至低超聲速，其壓強和溫度升高，通過喉 部隔離段穩(wěn)定流動后，從進氣流道出口排出壓縮后的超聲速氣體，由此氣體動能轉化為壓 力勢能。通過合理設計進氣流道氣流壓縮段的形狀，就能使進氣流道保持較好的性能。
[0018] 本發(fā)明融合了超然沖壓發(fā)動機進氣流道的壓縮技術與傳統(tǒng)軸流式和離心式壓氣 機的設計技術，其工作原理是：當壓縮轉子開始旋轉時，進氣端外部的氣流隨之被吸入壓縮 轉子輪盤組件的進氣流道中。由于壓縮轉子高速旋轉，輪盤外緣的氣流相對輪盤組件速度 達到超聲速條件，氣流經(jīng)過氣流壓縮段，方向發(fā)生折轉，進氣流道中出現(xiàn)曲線激波系，使得 入口相對高速氣流減至相對輪盤低超聲速，其壓強和溫度升高;通過喉部隔離段穩(wěn)定流動 后，從壓縮轉子出口排出壓縮后的相對輪盤超聲速氣體，由此氣體動能轉化為壓力勢能。通 過合理控制壓縮轉子出口相對速度在一定的超聲速范圍內(nèi)，與輪盤圓周速度合成之后，能 使出口絕對速度為亞聲速，同時增大出口氣流與周向夾角。由于流體通過曲線激波系壓縮， 壓縮轉子具有較高單級壓比（5~15)，且流道中不存在正激波及較強的激波附面層干擾，壓 縮轉子流道中流動穩(wěn)定，損失非常小，因而壓縮轉子又具有較高的效率。
[0019]綜上，本發(fā)明的有益效果如下：采用超聲速進氣道中的激波壓縮技術，增壓比高、 壓縮效率高；采用中空軸設計，可在中空軸內(nèi)安裝其它設備，使壓縮轉子整體結構簡單緊 湊、體積小、重量輕;輪盤與中空軸做成一體，或者通過連接鍵或軸承與中空軸相連接，拆裝 方便、易于維護、可靠性高。
[0020] 上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段， 而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠 更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。
【附圖說明】
[0021] 本發(fā)明共4幅附圖，其中：
[0022]圖1為本發(fā)明的整體結構示意圖。
[0023] 圖2為本發(fā)明的輪盤組件部分結構示意圖。
[0024] 圖3為本發(fā)明的從超然沖壓發(fā)動機進氣道衍變成壓縮轉子的流道轉變示意圖。
[0025] 圖4為本發(fā)明的腹板結構采用輪輻式時結構示意圖。
[0026] 圖中：11、中空軸，12、軸向轉動密封位，13、輪盤外緣，14、螺旋形隔板，15、氣流壓 縮段，16、喉部隔離段，17、角形出□延伸段，18、輪轂，19、套筒，20、外機匣，21、腹板。
【具體實施方式】
[0027] 如圖1和圖2所示的基于激波壓縮技術的中空軸旋轉沖壓壓縮轉子，包括：中空軸 11，與中空軸11同步轉動裝配的輪盤組件和罩置于輪盤組件外部的外機匣20;
[0028] 其中，輪盤組件的輪盤外緣13外壁表面均勻分布有多個螺旋形隔板14,且每一個 螺旋形隔板14的安裝角度相同；
[0029] 每相鄰兩個螺旋形隔板14之間的間隙形成一條進氣流道，每條進氣流道由入口端 致出口端依次設置有氣流壓縮段15、喉部隔離段16和三角形出口延伸段17;
[0030] 其中，氣流壓縮段15為徑向間隙逐漸縮小的壓縮氣道;喉部隔離段16為徑向間隙 保持不變的等面積通道;三角形出口延伸段17為徑向間隙保持不變，且周向柱面內(nèi)為三角 形的氣道；
[0031] 作為優(yōu)選結構，氣流壓縮段15和喉部隔離段16位于相鄰兩個螺旋形隔板14的重疊 區(qū)域內(nèi)。
[0032] 作為優(yōu)選結構，輪盤組件