压气机引气防冰装置和发动机的制作方法

本公开涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种压气机引气防冰装置和发动机。

背景技术：

目前，在航空发动机技术领域，通常采用的是单个位置引气防冰装置和双位置切换的引气防冰装置。其中，单个位置引气防冰装置由于引气位置在压气机上是固定的，从而会造成引气温度偏低或者引起温度偏高的问题，同时还有可能导致发动机震动，影响发动机的安全；双位置切换的引气防冰装置由于需要设置多个控制功能阀门，从而使得发动机重量增大，影响飞机的载重。同时由于双位置切换的引气防冰装置的引气位置是固定的，从而无法调节进入进气装置的引气温度，从而造成该双位置切换的引气防冰装置的适应性较低。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本公开的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种压气机引气防冰装置和发动机，能够控制混合气体的温度和流量，为进气装置提供温度和流量适中的混合气体。

本公开提供了一种压气机引气防冰装置，所述压气机具有进气装置、第一引气口和第二引气口，其中，所述第一引气口引出气体的温度和压力高于所述第二引气口引出气体的温度和压力，所述压气机引气防冰装置包括：

第一引气支路，包括第一进气口和第一出气口，所述第一进气口与所述第一引气口连接；

第二引气支路，包括第二进气口和第二出气口，所述第二进气口与所述第二引气口连接；

混合气体支路，包括流量调节装置、第三进气口和第三出气口，所述第三进气口与所述第一出气口和所述第二出气口连接，所述第三出气口与所述进气装置连接，所述流量调节装置位于所述第三进气口与所述第三出气口之间。

在本公开的一种示例性实施例中，所述压气机引气防冰装置还包括：

掺混管，所述掺混管的一端与所述第二出气口相连，所述掺混管的另一端与所述第三进气口相连；所述掺混管具有节流孔，所述节流孔位于所述掺混管的管壁上，且所述节流孔与所述第一出气口连接。

在本公开的一种示例性实施例中，所述节流孔的深度在第一方向上逐渐增大，所述第一方向由所述第二出气口指向所述第三进气口。

在本公开的一种示例性实施例中，所述压气机引气防冰装置还包括：

容纳腔，包覆所述掺混管，所述容纳腔具有腔室和腔壁，且所述腔壁具有通孔，其中，

所述腔室位于所述腔壁与所述掺混管的外周面之间，所述第一出气口与所述通孔连接。

在本公开的一种示例性实施例中，所述掺混管具有多个节流孔，且多个所述节流孔沿所述掺混管的外周面均匀分布。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第二引气支路还包括：

单向阀，包括第一进气端和第一出气端，所述第一进气端与所述第二进气口连接，所述第一出气端与所述第二出气口连接。

在本公开的一种示例性实施例中，所述流量调节装置具有流通腔，

所述流通腔具有第二进气端和第二出气端，所述第二进气端与第三进气口连接，所述第二出气端与所述第三出气口连接。

在本公开的一种示例性实施例中，所述混合气体支路还包括：

开关装置，具有第三进气端和第三出气端，所述第三进气端与所述第三进气口连接，所述第三出气端与所述第二进气端连接。

在本公开的一种示例性实施例中，所述流通腔的最大横截面积为所述节流孔的最大横截面积的3至10倍。

在本公开的另一实施例中，提供一种发动机，包括：

压气机和上述任意一项所述的压气机引气防冰装置。

本公开提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本公开所提供的压气机引气防冰装置包括第一引气支路、第二引气支路和混合气体支路。其中，第一引气支路的第一进气口与压气机的第一引气口连接；第二引气支路的第二进气口与压气机的第二引气口连接；混合气体支路的第三进气口与第一引气支路的第一出气口和第二引气支路的第二出气口连接，从而使得高温高压的气体和低温低压的气体进入气体混合支路进行混合，得到温度和压力适中混合气体供给给进气装置，从而防止压气机结冰。又由于混合气体支路中包括流量调节装置，该流量调节装置能够根据混合气体的温度来实时控制进入进气装置的混合气体的流量，从而能够根据压气机实际工况条件，为进气装置提供在该工况条件下温度和流量最适宜的混合气体。并且通过该流量调节装置能够使得混合气体的温度和流量随实际工况的改变缓慢变化，从而防止出现混合气体温度、流量发生突然阶跃的现象，进而能够防止压气机的发生损坏。同时该压气机引气防冰装置为双支路引气，从而不会出现振动的现象，进而保证了发动机的安全。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据现有技术单个位置引气的防冰装置的结构示意图；

图2示出了根据现有技术双位置切换引气的防冰装置结构示意图；

图3示出了根据本公开一示例性实施例的压气机引气防冰装置的模块化示意图；

图4示出了根据本公开一示例性实施例的压气机引气防冰装置的局部结构示意图；

图5示出了根据本公开一示例性实施例的图4的a-a截面的结构示意图；

图6示出了根据本公开一示例性实施例的图4的b方向视角的结构示意图。

附图标记说明：

001、压气机引气防冰装置；1、单个位置引气的防冰装置；2、第一引气支路；3、第二引气支路；4、混合气体支路；5、掺混管；6、容纳腔；7、第一引气口；8、第二引气口；9、进气装置；10、阀门；31、单向阀；41、流量调节装置；42、开关装置；51、节流孔；61、腔室；62、腔壁；621、通孔。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。

用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。

需要说明的是，虽然术语“第一”、“第二”等可以在此用于描述各种部件、构件、元件和/或部分，但是这些部件、构件、元件和/或部分不应受到这些术语限制。而是，这些术语用于将一个部件、构件、元件和/或部分与另一个相区分。

目前，在航空发动机技术领域中，通常具有两种形式的压气机，分别为组合式压气机和全轴流式压气机，如图1所示，在组合式压气机中通常采用的是单个位置引气的防冰装置1。但是单个位置引气时，受引气位置的影响，当引气位置位于离心叶轮出口处时，会产生引起温度偏高的问题，该温度可能会超出进气装置的材料承受温度，造成进气装置发生损坏；当引气位置放置在离心叶轮进气位置之前时，又会造成引气温度偏低从而无法实现防冰的问题。同时单个位置引气的防冰装置1还有可能会造成发动机的振动，影响发动机的安全。

如图2所示，在全轴流式压气机中，通常采用双位置切换引气的防冰装置，由于该防冰装置需要通过多个阀门10来切换两个位置的引气，从而增加了压气机的重量，影响飞机的安全性。同时，该双位置切换引气的防冰装置不能够根据发动机的工况实时改变引气的温度，从而造成该防冰装置的适应性较低的问题。

为了解决上述问题，如图3所示，本公开首先提供了一种压气机引气防冰装置001，该压气机引气防冰装置001可以包括：第一引气支路2、第二引气支路3和混合气体支路4。该压气机引气防冰装置001能够控制混合气体的温度和流量，为进气装置9提供温度和流量适中的混合气体。

详细说明，压气机为航空发动机中的重要组成部分，其可以具有进气装置9、第一引气口7和第二引气口8。其中，进气装置9可以位于压气机的前端，用来将外界的空气吸入压气机中；第一引气口7和第二引气口8可以用来给引气防冰装置提供气体，且第一引气口7引出气体的温度和压力可以高于第二引气口8引出气体的温度和压力。

在本公开的一个实施例中，该压气机可以为组合式压气机，可以理解的是，该组合式压气机可以为由三级轴流压气机和单级离心叶轮压气机组合而成的压气机，但不限于此，也可以为其他形式组合的压气机，均在本公开的保护范围之内。当压气机为组合式压气机时，第一引气口7可以位于离心叶轮出口或者离心叶轮出口偏向于压气机尾端的位置。可以理解的是，从离心叶轮出口或者离心叶轮出口偏向于压气机尾端的位置引出的气体温度较高、压力较大。第二引气口8可以位于离心叶轮进口之前、轴流压气机出口之后的位置。可以理解的是从离心叶轮进口之前、轴流压气机出口之后的位置引出的气体温度较低，压力较小。

在本公开的一实施例中，该压气机可以为全轴流式压气机，可以理解的是，该全轴流式压气机可以由多级同轴的叶轮组成，即多个同轴的叶轮组成，本公开对全轴流式压气机的级数不做限制，均在本公开的保护范围之内。当压气机为全轴流式压气机时，第一引气口7可以位于全轴流式压气机总级数的70％～100％级数的位置上。举例说明，当全轴流式压气机总级数为10级时，该第一引气口7可以位于第7级至第10级中的任意位置。从全轴流式压气机总级数的70％～100％级数的位置上引出的气体的温度较高、压力较大。第二引气口8可以位于全轴流式压气机总级数的40％～70％级数的位置上。举例说明，当全轴流式压气机总级数为10级时，该第二引气口8可以位于第4级至第7级中的任意位置。从全轴流式压气机总级数的40％～70％级数的位置上引出的气体的温度较低、压力较小。

需要说明的是，本公开对第一引气口7和第二引气口8的位置不做限定，第一引气口7还可以设置在压气机总级数50％～70％级数的位置上，第二引气口8还可以设置在0％～40％级数的位置上，只要保证第一引气口7引出气体的温度和压力高于第二引气口8引出气体的温度和压力即可，均在本公开的保护范围之内。

上述第一引气支路2可以包括第一进气口和第一出气口，其中第一进气口可以与第一引气口7连接，用于接收从第一引气口7引出的高温高压的气体。第二引气支路3可以包括第二进气口和第二出气口，其中第二进气口可以与第二引气口8连接，以用于接收从第二引气口8引出的低温低压的气体。

混合气体支路4可以包括流量调节装置41、第三进气口和第三出气口，其中第三进气口可以与第一出气口和第二出气口连接，以用于使第一出气口和第二出气口流出的气体进入混合气体支路4，并使得高温气体与低温气体在混合气体支路4中混合为混合气体，从而该混合气体的温度可以介于高温气体与低温气体的温度之间。第三出气口可以与压气机进气装置9连接，以用于将混合气体输送给进气装置9，从而防止进气装置9结冰。由于混合气体的温度介于高温气体和低温气体的温度之间，从而解决了由于温度偏高而造成进气装置9损坏或者由于温度偏低造成防冰效果不好的问题。同时，由于本公开所提供的压气机引气防冰装置001具有两个引气支路，从而不会造成发动机的振动，也就不会影响发动机的安全。

流量调节装置41可以位于第三进气口和第三出气口之间，以用于根据混合气体的温度实时调整混合气体的流量，由于混合气体流量发生改变，即可控制混合气体的温度。由于压气机的功率和工况处于不断变化的过程中，从而该流量调节装置41能够根据压气机所处的功率和工况实时改变混合气体的温度和流量，进而将该功率和工况下温度和流量最适宜的混合气体送入进气装置9中，使得进气装置9在该功率和工况下的防冰效果最好。

在本公开的一实施例中，该流量调节装置41可以具有流通腔，该流通腔可以具有第二进气端和第二出气端，其中第二进气端可以与第三进气口连接，以用于接收混合气体。第二出气端可以与第三出气口连接，以用于排出调整后的混合气体。但不限于此，该流量调节装置41也可以不具有流通腔，例如：温控挡板等，均在本公开的保护范围之内。

进一步的，该流量调节装置41可以为双合金调节装置，该双合金调节装置具有热膨胀率不同的两种合金，可以自动感知进入双合金调节装置的气体的温度，并根据温度自动调整流通腔的流通面积。可以理解的是，该双合金调节装置中流通腔的流通面积与混合气体的温度呈线性反比关系，即：当混合气体温度高时，该双合金调节装置可以自动减少流通腔的流通面积；当混合气体温度低时，该双合金调节装置可以自动增加流通腔的流通面积。同时，该双合金调节装置的结构简单可靠、重量轻，从而能够大量减小该压气机引气防冰装置001的重量。

在本公开的一实施例中，如图5所示，该压气机引气防冰装置001还可以包括掺混管5，该掺混管5的一端可以与第二出气口相连，另一端可以与第三进气口相连。该掺混管5的与第二出气口连接的一端的管径与第二出气口的口径可以相同；掺混管5的与第三进气口连接的一端的管径可以与第三进气口的口径相同。

进一步的，该掺混管5可以具有节流孔51，该节流孔51可以位于掺混管5的管壁上并穿过管壁，并与第一出气口连接，以使第一引气支路2中的气体通过该节流孔51进入掺混管5中，并与第二引气支路3排出的低温低压气体掺混。掺混后的混合气体可以进入混合气体支路4中。由于节流孔51的孔径较小，单个节流孔51的孔径可以在1～5mm之间。所以节流孔51能够将其两侧的气流压力比控制在临界压力比上，从而能够减小高温高压气体通过节流孔51后的压力，并使得高温高压气体通过节流孔51的流量不会受第一引气口7引出气体压力的影响，可以理解的是，无论第一引气口7引出的高温高压气体的压力多大，通过节流口的气体流量均保持稳定。其中，临界比可以为1.9，但不限于此，也可以为其他数值。需要说明的是，第二出气口和第三进气口不与节流孔51连接。

更进一步地，该节流孔51的深度可以在第一方向上逐渐增大，即节流孔51可以为向第三进气口方向倾斜的斜孔，其中第一方向x可以为由第二出气口指向第三进气口。将该节流孔51设置为斜孔能够使得从第一出气口排出的气体顺着第二出气口排出气体的流向进入混合气体支路4。因此，该节流孔51能够使得气体流通更加顺畅，并防止高温高压气体逆向进入第二引气口8中，造成压气机的损坏。

在本公开一个实施例中，如图4至图6所示，压气机引气防冰装置001还可以包括容纳腔6，该容纳腔6可以包覆上述掺混管5，且该容纳腔6可以具有腔室61和腔壁62。其中，腔室61可以位于腔壁62与掺混管5的外周面之间，用以容纳由第一引气口7引出的高温高压气体。腔壁62上可以具有通孔621，并且该通孔621可以与第一出气口连接，以用于将第一引气口7引出的高温高压气体引入腔室61中，并通过腔室61进入节流孔51中，从而能够使得高温高压气体在容纳腔6中可以进行缓冲，防止气体压力过大损坏该压气机引气防冰装置001。如图3中的压气机引气防冰装置001中的虚线所示，为从第一出气口中排出的高温高压气体与从第二出气口中排出的低温低压气体的流经路径。如图3所示，高温高压气体先进入容纳腔6中，再从容纳腔6中进入节流孔51，最后通过节流孔51后进入掺混管5中。低温低压气体从掺混管5的一端直接进入掺混管5中，与高温高压气体掺混，掺混后进入混合气体支路4。

该容纳腔6可以通过焊接的方式焊接在掺混管5上或者焊接在混合气体支路4或者第二引气支路3上，只要能够使得容纳腔6包覆掺混管5，并使得容纳腔6密封即可。本公开对容纳腔6上的通孔621位置和容纳腔6的连接方式不做限定，可以根据具体需要设置，均在本公开的保护范围之内。

在本公开一实施例中，如图5所示，掺混管5可以具有多个上述节流孔51，并且该多个节流孔51可以沿掺混管5的外周面均匀分布，以用于使容纳腔6中的高温高压气体均匀进入掺混管5内并增加掺混管5的流通性。

在本公开一实施例中，如图3所示，上述第二引气支路3还可以包括单向阀31，该单向阀31可以包括第一进气端和第一出气端，其中第一进气端可以与第二进气口连接，第一出气端可以与第二出气口连接。该单向阀31能够使得低温低压气体仅仅能够从第二进气口流向第二出气口，而不能从第二出气口流向第二进气口，从而防止由于从第一出气口排出的气体以及混合气体的压力过大，导致高温高压气体或者混合气体进入第二引气支路3造成压气机损坏的问题。

在本公开一实施例中，混合气体支路4还可以包括开关装置42，该开关装置42可以具有第三进气端和第三出气端，其中第三进气端可以与第三进气口连接，第三出气端可以与第二进气端连接，以用于控制整个发动机引气防冰装置001的开启和关闭。该开关装置42可以为电动蝶阀、电动球阀、电磁阀等，但不限于此，也可以为其他具有开关功能的阀门。本公开将开关装置42放置在第三进气口与流量调节装置41之间，能够防止在压气机引气防冰装置001关闭时，混合气体损坏流量调节装置41，但不限于此，也可以将开关装置42放置在流量调节装置41与第三出气口之间，这均在本公开的保护范围内。

当需要开启该压气机引气防冰装置001时，只需要将开关装置42处于开启状态即可。当需要关闭该压气机引气防冰装置001时，只需要将开关装置42处于关闭状态，此时第一出气口的压力和第三进气口的压力均大于第二进气口的压力，从而使得单向阀31也处于关闭状态，此时也就没有气流进入进气装置9。

进一步的，为了确保第二引气支路3处于正向流通状态，可以使得流量调节装置41的流通腔的最大横截面积为节流孔51的最大横截面积的3至10倍，以将第二出气口处的压力降低，从而保证第二引气支路3一直处于正向流通状态。

更进一步地，为了更好地保证第二引气支路3处于正向流通状态并保证压气机引气防冰装置001的气体流通性，可以使得第一引气支路2的最大流通面积是节流孔51的最大横截面积的1至5倍；第二引气支路3的最大流通面积是节流孔51的最大横截面积的3至10倍；混合气体支路4的最大流通面积是节流孔51的最大横截面积的5～15倍；单向阀31的最大流通面积是节流孔51的最大横截面积的2～10倍；开关装置42的最大流通面积是节流孔51的最大横截面积的5～10倍。

需要说明的是，当掺混管5具有多个节流孔51时，流量调节装置41的流通腔的最大横截面积可以为多个节流孔51的最大横截面积之和的3至10倍；第一引气支路2的最大流通面积可以是多个节流孔51的最大横截面积之和的1至5倍；第二引气支路3的最大流通面积可以是多个节流孔51的最大横截面积之和的3至10倍；混合气体支路4的最大流通面积可以是多个节流孔51的最大横截面积之和的5～15倍；单向阀31的最大流通面积可以是多个节流孔51的最大横截面积之和的2～10倍；开关装置42的最大流通面积可以是多个节流孔51的最大横截面积之和的5～10倍。但是本公开对第一引气支路2的最大流通面积、第二引气支路3的最大流通面积、第二引气支路3的最大流通面积、单向阀31的最大流通面积、开关装置42的最大流通面积和流量调节装置41的流通腔的最大横截面积不做限定，只要大于节流孔51的最大横截面积即可，均在本公开的保护范围内。

本公开所提供的压气机引气防冰装置001没有设置复杂的控制、执行机构，均为结构简单的装置，从而使得该压气机引气防冰装置001整体结构简单、重量轻、安全可靠，进而保证了压气机的安全可靠，也就保证了发动机的安全和可靠性。同时，该压气机引气防冰装置001的气体流通量随压气机功率和工况变化较为平缓，从而不会出现进入进气装置9的混合气体温度、流量在压气机某一功率或者工况下发生瞬间阶跃的情况。

本公开的另一方面，提供了一种发动机，该发动机可以包括压气机和上述所述的压气机引气防冰装置001，该发动机结构简单，重量轻，并且动机能够实时控制进入压气机进气装置9的混合气体的温度和流量，为进气装置9提供温度适中的混合气体，从而防止进气装置9结冰。同时，该发动机中的压气机引气防冰装置001的气体流通量随压气机功率和工况变化较为平缓，从而不会出现进入进气装置9的混合气体温度、流量在压气机某一功率或者工况下发生瞬间阶跃的情况，保证了发动机的结构安全。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。