一种新型燃气轮机压气机通流结构的制作方法

本发明属于透平机械技术领域，具体涉及一种新型燃气轮机压气机通流结构。

背景技术：

燃气轮机的三大核心部件分别为压气机，燃烧室和涡轮，而对于小流量的中小型和微型燃气轮机，采用离心压气机具有显著的气动和成本优势。目前国内单级离心压气机压比达到5以上，技术成熟的离心压气机压比在1.5-4之间，这表明采用两级离心压气机完全可以达到8-11的中小燃气轮机最佳循环增压比，而同等压比的轴流压气机则往往需要13级以上增压，这会造成生产成本的极大提升，也不利于整机尺寸的优化。我国的wz8涡轴发动机为代表的小型航发即采用了串联的双级离心压气机，这种布局具有显著的尺寸优势，极大缩短了轴向尺寸，适用于直升机等小型航空器。但是其确是双离心同向布局带来的高压比也造成了很大的轴向力，对推力轴承或平衡盘点要求很高。而在gtcp85辅助动力装置中运用了双吸离心压气机+单级离心压气机的布局，其中双吸离心压气机可以很好抵消自身的轴向力，但是其高压压气机的轴向力仍需要额外平衡。

但是反向布局的离心叶轮需要要求第二级压气机安装专门的进气蜗壳，这在结构上带来诸多不便，使压气机整机的尺寸增大，重量增加，且不利于压气机整机出口的气流均匀性，导致压比不均匀，压气机的总压损失极大，二级压气机的叶轮的进气效果极差，导致压气机整机的性能变低，效率下降，无法对压气机的效率提升，将会影响燃气机的总体效率。

技术实现要素：

本发明提供一种新型燃气轮机压气机通流结构，目的是将两级背对式压气机的总压提高、气流均匀性增强、及缩小结构使重量减轻。

为实现本发明的目的，本发明提供一种新型燃气轮机压气机通流结构，包括，一级分支通道，一级分支通道的数量为八等分，一级分支通道的汇合处设有环形通道，一级分支通道间的空隙处均匀的设有二级分支弯道，环形通道与二级分支弯道的进气端汇合对接；一级分支通道包括一级叶轮出口直径d1、一级扩压器进口直径d2、一级扩压器出口直径d3、一级扩压器出口角α1、一级圆切线角α21、一级分支边界直径d4、一级分支边界通道起点c1、一级分支边界通道临边点c2、一级通道宽度b1、一级大圆直径d5、一级扇形收缩通道α23、一级扇形收缩夹角α22；二级分支弯道包括二级最低进气直径d6、二级最高进气直径d7、二级扩压器出口角α4、二级圆切线角α31、二级分支边界通道起点c3、二级分支边界通道临边点c4、二级通道宽度b4。

进一步的，所述一级分支通道与二级分支弯道均匀的交叉分布并在进气端联通。

进一步的，所述一级圆切线角α21的角度等于一级扩压器出口角α1的角度。

进一步的，所述二级圆切线角α31的角度等于二级扩压器出口角α4的角度。

进一步的，所述一级分支边界直径d4小于或等于一级扩压器出口直径d3的1.02倍。

进一步的，所述一级通道宽度b1等于一级分支边界直径d4乘以sin（一级圆切线角α21+22.5）。

进一步的，所述一级扇形收缩通道α23的扇面夹角为10°。

进一步的，所述一级扇形收缩夹角α22为一级扇形收缩通道α23的中心线与对应圆中心线夹角，一级扇形收缩夹角α22∈（0，6°）。

进一步的，所述一级分支通道与二级分支弯道的弯道的各喉部面积相等。

进一步的，所述二级最高进气直径d7小于或等于一级大圆直径d5的0.8倍。

本发明的有益效果是：本发明通过双级离心压气机旁路的弯道反向布局一级分支通道和二级分支弯道，通过旁路的弯道结构进行通流布局，使两级间均可以反向进气，背对背的方式以抵消离心叶轮的轴向力，平衡性好，降低对推力轴承或平衡盘的需求，增加长期运行的稳定性，可以使推力轴承或平衡盘的使用寿命极大的延长，这种结构保证两级离心叶轮反向布局能互相抵消轴向推力，可以大幅降低对推力轴承的要求，从而降低成本，且具有更好的力学性能；反向布局的一级分支通道和二级分支弯道，通过各自的8条分支相互进行串联，参照等环量原则设计，一级分支通道在二级分支弯道进口前汇合联通成为完整环形通道，与二级分支弯道进气端对接，使二级分支弯道的进气均匀，进气量均衡，本发明结构简单，减小压气机的通流结构体积，二级分支弯道进气不依赖蜗壳，可以减轻结构的重量，均衡的进气可以得到最大的压力回复系数，压比均匀，进气效果极佳，总压损失小，提高整机性能。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图；

图2是本发明的右视示意图；

图3是本发明的一级分支通道的前部局部剖视示意图；

图4是本发明的一级分支通道的后部局部剖视示意图；

图5是本发明的通流子午面的示意图；

图6是本发明的左视示意图。

具体实施方式

以下，将结合附图对本发明作进一步说明:

图中：1一级分支通道，11环形通道，2二级分支弯道。

结合图1、图2、图3、图4、和图5所示，本发明所公开的一种新型燃气轮机压气机通流结构，包括，一级分支通道1，一级分支通道1的数量为八件均匀分布，一级分支通道1的汇合处设有环形通道11，一级分支通道1间的空隙处均匀的设有二级分支弯道2，环形通道11与二级分支弯道2的进气端汇合对接；一级分支通道1包括一级叶轮出口直径d1、一级扩压器进口直径d2、一级扩压器出口直径d3、一级扩压器出口角α1、一级圆切线角α21、一级分支边界直径d4、一级分支边界通道起点c1、一级分支边界通道临边点c2、一级通道宽度b1、一级大圆直径d5、一级扇形收缩通道α23、一级扇形收缩夹角α22；二级分支弯道2包括二级最低进气直径d6、二级最高进气直径d7、二级扩压器出口角α4、二级圆切线角α31、二级分支边界通道起点c3、二级分支边界通道临边点c4、二级通道宽度b4；一级分支通道1与二级分支弯道2均匀的交叉分布并在进气端联通，一级圆切线角α21的角度等于一级扩压器出口角α1的角度，二级圆切线角α31的角度等于二级扩压器出口角α4的角度，一级分支边界直径d4小于或等于一级扩压器出口直径d3的1.02倍，一级通道宽度b1等于一级分支边界直径d4乘以sin（一级圆切线角α21+22.5），一级扇形收缩通道α23的扇面夹角为10°，一级扇形收缩夹角α22为一级扇形收缩通道α23的中心线与对应圆中心线夹角，一级扇形收缩夹角α22∈（0，6°），一级分支通道与二级分支弯道的弯道的各喉部面积相等，二级最高进气直径d7小于或等于一级大圆直径d5的0.8倍。

实施例一：

反向布局的离心压气机通过多个一级分支通道1与二级分支弯道2进行串联，第一级压气机扩压器出口连接8条一级分支通道1，通道参照等环量原则设计，在扩压器后方形成空隙，以供二级分支弯道2通过，一级分支通道1在二级分支弯道2进口前汇合成为完整环形通道。

第二级压气机出口弯道同样用8条二级分支弯道2引出，通道设计方式与第一相同，通道穿过第一级弯道分支之间的间隙（交错开），然后在集气室中完成汇合，进入下一单元。两级离心叶轮反向进气，背对背局部以抵消轴向力。本发明允许对一级分支通道1的弯道部分进行调整，将弯道改为换热器通道，从而在两级压气机之间引入级间冷却系统，提高压气机整机效率。

实施例二：

两级离心压气机采用反向背靠背布局，参照图2、图3、图4和图5所示，一级叶轮出口直径d1处的通道的截面的宽度、一级扩压器进口直径d2处的通道的截面的宽度和一级扩压器出口直径d3处的通道的截面的宽度相等；环形通道11内部的扩压器形成一级扩压器出口角α1；扩压器在第二级处形成二级扩压器出口角α4；

根据第一级压气机扩压器叶片出口角为一级扩压器出口角α1来确定第一级弯道边界同所在圆切线的夹角为一级圆切线角α21，要求α21=α1。分支通道进口直径的一级分支边界直径d4与一级扩压器出口直径d3的对比为d4≤1.02d3。取d4处任意一点做为第一条分支通道边界起点，该点为一级分支边界通道起点c1，圆周阵列8等分，之后取相邻边作为一级分支边界通道临边点c2的起点，要求c2与c1平行，此时可确定一级通道宽度b1=d4×sin（α21+22.5）。

第一级压气机弯道径向延伸至一级大圆直径d5处，然后进入弯道部分，弯道部分开始发生偏转，弯道后半部分至第二级压气机叶轮进口前汇合处，为扇形收缩通道，扇形收缩通道的角一级扇形收缩通道α23=10°，通道中心线与对应圆中心线形成的夹角为一级扇形收缩夹角α22，一级扇形收缩夹角α22∈（0，6°），可以根据离心压气机转速和直径截面处的气流圆周速度来确定α22取值，但不应大于6°，分支通道汇合处应倒圆角r2，r2∈（1,5）。

叶轮出口至180°弯道进口前的一级叶轮出口直径d1处的通道的截面的宽度、一级扩压器进口直径d2处的通道的截面的宽度、一级扩压器出口直径d3处的通道的截面的宽度、一级分支边界直径d4处的通道的截面的宽度均可以根据压气机设计情况设定，180°弯道前后的一级分支边界直径d4处的通道的截面的宽度与一级大圆直径d5处的通道的截面的宽度相等，其中一级大圆直径d5处的通道的截面的宽度为弯道后扇形收缩通道的截面的宽度。从180°弯道出口到扇形通道汇合进口前，一级大圆直径d5处的通道的截面的宽度与二级最低进气直径d6处的通道的截面的宽度之间应可以满足（d5处的其截面通道宽度×d5=d6处的其截面通道宽度×d6），这样保证了通流的喉部面积，使进气的量均衡。

二级压气机的二级分支弯道2的弯道部分设计与第一级相同，可分别确定二级圆切线角α31、二级分支边界通道起点c3、二级分支边界通道临边点c4、二级通道宽度b4等二级压气机弯道在180°弯管后与集气室或蜗壳等汇合，然后排出压气机。可以将180°弯道的最高点的二级最高进气直径d7≤0.8d5进行设计，且此处宽度应小于一级弯道分支的间隙。八等分进气通流结构避免了传统的依赖进气蜗壳进气，简化了整体的结构，有效的保证了进气的均匀性，在通过等量设计的两级离心压气机的背对背的设计，两端进气的均匀及平稳使相反方向的的轴向力完全抵消，可对轴向的润滑器件的使用寿命得到增长，保证了转轴平稳高效的运行，同时避免了喘振现象的发生，使压气机的总压比的到提升，较合理的结构设计减小了外形尺寸，对重量也有相应的减轻，保证了本发明在中小型燃气轮机上可以启到极大的显著的效果，攻克了传统的技术壁垒，带来极高的实质性效果。

本发明通过双级离心压气机旁路的弯道反向布局一级分支通道1和二级分支弯道2，通过旁路的弯道结构进行通流布局，使两级间均可以反向进气，背对背的方式以抵消离心叶轮的轴向力，平衡性好，降低对推力轴承或平衡盘的需求，增加长期运行的稳定性，可以使推力轴承或平衡盘的使用寿命极大的延长，这种结构保证两级离心叶轮反向布局能互相抵消轴向推力，可以大幅降低对推力轴承的要求，从而降低成本，且具有更好的力学性能；反向布局的一级分支通道1和二级分支弯道2，通过各自的8条分支相互进行串联，参照等环量原则设计，一级分支通道1在二级分支弯道2进口前汇合联通成为完整环形通道，与二级分支弯道2进气端对接，使二级分支弯道2的进气均匀，进气量均衡，本发明结构简单，减小压气机的通流结构体积，二级分支弯道2进气不依赖蜗壳，可以减轻结构的重量，均衡的进气可以得到最大的压力回复系数，压比均匀，进气效果极佳，总压损失小，提高整机性能。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。