一种轴流压气机自循环机匣的加工方法及其结构

1.本发明属于压气机自循环机匣结构设计技术领域，特别涉及一种压气机自循环机匣的加工方法及其结构。


背景技术：

2.轴流式压气机自循环机匣结构主要包括：喷嘴通道、连接桥路和引气通道。当前，对于轴流压气机自循环机匣的研究大多停留在数值计算阶段。发明专利《一种轴向前移的压气机自循环机匣处理扩稳装置》，公开号：cn 110145497 a，国别：中国。作者在该专利中详细描述了自循环机匣喷嘴和引气通道型面的拟合过程，并且使用cfd软件对该模型进行了数值计算，结果表明该结构对压气机的稳定裕度有一定的提升。该专利存在一定的不足之处，由于自循环机匣加工困难，因此该专利只进行了数值计算，并没有相应的实验数据来检验其计算结果的有效性。自循环机匣的流道处于零件内部，且喷嘴通道和引气通道的流道型面曲线较为复杂，如果不对整体机匣结构进行合理的设计划分，几乎无法进行加工。


技术实现要素：

3.本发明解决的技术问题是：为了解决轴流压气机自循环机匣在加工和装配方面的技术难题，本发明提供一种压气机自循环机匣的加工方法及其结构。
4.本发明的技术方案是：一种压气机自循环机匣的加工方法，包括以下步骤：
5.步骤1：分部件进行加工，其中包括：
6.(1)在喷嘴主体表面上开有若干连接孔和定位孔，在和桥路连接的内环面上周向均匀开有若干限位槽，开槽方向为径向与周向，且限位槽内加工喷嘴吸力面型面并用于放置喷嘴部件，喷嘴主体和喷嘴部件2两者在径向构成喷嘴口；
7.(2)在引气主体表面上开有若干连接孔和定位孔，在和桥路连接的内环面上周向均匀开有若干限位槽，开槽方向为径向与周向，且限位槽内加工引气压力面型面；引气主体上的开槽数量与喷嘴主体上的开槽数量相同；在限位槽中放置引气部件，引气主体4和引气部件5两者在径向构成引气口；
8.(3)在桥路上内表面周向均布若干环形槽，开槽数量与喷嘴主体的限位槽数量相同，开槽方向为轴向；桥路表面上开有若干连接孔和定位孔；
9.步骤2：将喷嘴主体、桥路和引气主体相互连接定位，且连接后对应位置处的连接孔和对应位置处定位孔轴线重合；
10.喷嘴口、引气口和桥路上对应位置开有的环形通道相互贯通，最终形成机匣内部流道。
11.本发明进一步的技术方案是：所述定位孔中用于插入定位销进行定位。
12.本发明进一步的技术方案是：所述连接孔中用于插入连接螺杆进行连接。
13.本发明进一步的技术方案是：所述喷嘴吸力面型面和引气压力面型面均采用贝塞尔曲线拟合而成。
14.本发明进一步的技术方案是：所述步骤2中，将喷嘴主体、桥路和引气主体依次进行定位，定位后进行连接，连接后再进行焊接保证密封。
15.本发明进一步的技术方案是：一种压气机自循环机匣的加工方法的结构，包括喷嘴主体、桥路和引气主体，
16.所述喷嘴主体为环形，表面上开有若干定位孔和连接孔，和桥路相连接的环面上径向开有若干限位槽，且为周向均布；限位槽中用于放置喷嘴部件，且限位槽开口部型面为喷嘴吸力面型面；
17.所述桥路为环形，内环面周向均布若干环形槽，开槽方向为轴向；
18.所述引气主体为环形，表面上开有若干定位孔和连接孔，和桥路相连接的环面上径向开有若干限位槽，且为周向均布；限位槽中用于放置引气部件，且限位槽开口部型面为引气压力面型面。
19.本发明进一步的技术方案是：所述桥路中每个桥路流道跨度12
°
，两两之间间隔24
°
，流道下端距离圆环圆心154.94mm，通道宽3.75mm。螺纹孔、定位孔距离圆环圆心均为190mm，每个螺纹孔之间间隔72
°
。
20.本发明进一步的技术方案是：所述喷嘴部件为coanda喷嘴，喷嘴部件呈口字形，周向跨度24
°
，厚度10mm。
21.本发明进一步的技术方案是：所述引气主体上的限位槽呈u形，每个限位槽周向跨度为24
°
。
22.本发明进一步的技术方案是：所述引气部件呈口字形，周向跨度24
°
，厚度10mm。
23.发明效果
24.本发明的技术效果在于：
25.(1)可以根据需求调整所述桥路的长度，改变桥路流道的轴向长度，来实现对不同叶顶位置的气体抽吸与气体喷射；
26.(2)可以根据不同实验目的，分别对部件与主体的吸压力面型面进行修改；
27.(3)由于该技术方案将自循环机匣的整体结构分割为三个部分进行加工，同时又将喷嘴端、引气端的内部流道分为吸力面和压力面两部分进行加工，这样的结构解决了自循环机匣内部流道加工困难的技术难题，同时结构调整方便，为不同的技术要求、实验目的提供了解决方案，经济性较好。
附图说明
28.图1为本发明提供的压气机自循环机匣整体结构示意图；
29.图2为本发明提供的压气机自循环机匣内部流道示意图；
30.图3为本发明提供的压气机自循环机匣桥路结构示意图；
31.图4为本发明提供的压气机自循环机匣喷嘴主体(引气主体)结构示意图；
32.图5为本发明提供的压气机自循环机匣喷嘴部件(引气部件)结构示意图。
33.图中：1—喷嘴主体；2—喷嘴部件；3—桥路；4—引气主体；5—引气部件；6—连接螺杆；7—定位销；8—桥路流道；9—喷嘴口；10—引气口；11—吸力面；12—压力面。
具体实施方式
34.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
35.参见图1
‑
图5，本发明的技术方案是：
36.一方面提供一种压气机自循环机匣结构，包括：
37.喷嘴主体，呈环形，其上沿周向均部十个限位槽，在限位槽内部加工喷嘴压力面型面；喷嘴部件，呈口字形，下端弧线对应的直径、公差与喷嘴主体内径、公差保持一致，其余与喷嘴主体的限位槽大小对应，在部件下侧加工喷嘴吸力面型面；
38.喷嘴主体和喷嘴部件共同构成了喷组端。
39.桥路，呈环形，内径、公差与喷嘴主体保持一致，其上沿周向开环形通道，通道位置大小与喷嘴主体、喷嘴部件拼接后的进气口保持一致；
40.引气主体，呈环形，结构与喷嘴主体类似，其上沿周向均部十个限位槽，在限位槽内部加工引气压力面型面；引气部件，呈口字形，下端弧线对应的直径、公差与引气主体内径、公差保持一致，其余与引气主体的限位槽大小对应，在部件下侧加工喷嘴吸力面型面；
41.引气主体和引气部件共同构成了引气端。
42.根据本申请的至少一个实施例，桥路上具有多个沿周向分布的连接孔和多个沿周向分布的定位孔；
43.喷嘴主体上具有多个沿周向分布的连接孔和多个沿周向分布的定位孔，位置大小与桥路上保持一致；引气主体上具有多个沿周向分布的连接孔和多个沿周向分布的定位孔，位置大小与桥路上保持一致；
44.多个连接螺杆，每个所述连接螺杆对应穿过一个所述连接孔；多个定位销，每个所述定位销对应穿过一个所述定位孔。
45.在上述自循环机匣结构中，将各个喷嘴部件对应插入喷嘴主体上的各个限位槽中，并进行焊
46.接、磨平；将各个引气部件对应插入引气主体上的各个限位槽中，并进行焊接、磨平；将装配好的喷嘴端、引气端和桥路通过定位销进行周向定位，并用连接螺杆进行轴向紧固。
47.本实施例是一种压气机自循环机匣结构。
48.参照图1，本实施例压气机自循环机匣的结构，由喷嘴端(1、2)、桥路3和引气端(4、5)构成，喷组端由喷嘴主体1和10个喷气部件2组成，引气端由引气主体4和10个引气主体5组成。喷嘴端、桥路、引气端三者通过三根直径10mm的定位销7进行周向定位，再使用5根直径8mm的螺杆6进行轴向紧固。
49.图2为本实施例中的自循环机匣内部流道的示意图，可以看到，喷嘴端(1、2)、桥路3和引气端(4、5)共同组成该机匣的内部流道。该自循环机匣结构作用于压气机上时，高压气体由引气口10进入机匣内部，通过桥路流道8的运输，由喷嘴口9高速喷出。可以改善压气机叶顶区域的流场，扩大压气机的稳定裕度。
50.图3为本实施例中的桥路3结构，其厚度25.76mm，外径400mm，内径298mm，周向均匀分布十个弧形通道，即桥路流道。每个桥路流道跨度12
°
，两两之间间隔24
°
，流道下端距离圆环圆心154.94mm，通道宽3.75mm。螺纹孔、定位孔距离圆环圆心均为190mm，每个螺纹孔之间间隔72
°
。本实施例中，定位孔未周向均匀分布，领域内的技术人员可根据需要规划定位孔的位置。
51.参照图4，图5，由于喷嘴端和引气端的结构相似，只是在喷嘴和引气的形状上，以及整体厚度上存在不同，因此附图中只给出了喷嘴、引气中的一个。
52.本实施例中，喷嘴端由喷嘴主体1和10个喷嘴部件2构成，喷嘴主体1厚度为33.44mm，其上的螺纹孔、定位孔的位置、大小与桥路3上的保持一致。在喷嘴主体1上加工限位槽，限位槽呈u形，周向均布10个，每个限位槽周向跨度为24
°
，上端距离圆环圆心174mm，厚度为10mm，在限位槽中间加工压力面型面12。喷嘴部件2呈口字形，周向跨度24
°
，厚度10mm，在口字形的下端加工吸力面型面11。吸压力面二维型线均由贝塞尔曲线拟合而成。将喷嘴部件2插入喷嘴主体的限位槽中，通过焊接连接在一起，并磨平。喷嘴主体1和喷嘴部件2两者在径向构成喷嘴口，在轴向构成桥路流道，轴向口的位置大小与桥路3中的桥路流道相同。由于喷嘴处要求气流速度较高，此处的喷嘴结构采用coanda喷嘴。
53.本实施例中，引气端由喷嘴主体4和10个引气部件5构成，引气主体4厚度为40.8mm，其上的螺纹孔、定位孔的位置、大小与桥路3上的保持一致。在引气主体4上加工限位槽，限位槽呈u形，周向均布10个，每个限位槽周向跨度为24
°
，上端距离圆环圆心174mm，厚度为10mm，在限位槽中间加工压力面型面12。引气部件5呈口字形，周向跨度24
°
，厚度10mm，在口字形的下端加工吸力面型面11。吸压力面二维型线均由贝塞尔曲线拟合而成。将引气部件5插入引气主体的限位槽中，通过焊接连接在一起，并磨平。引气主体4和引气部件5两者在径向构成引气，在轴向构成桥路流道，轴向口的位置大小与桥路3中的桥路流道相同。在限位槽内设置部件与主体的连接，能够有效降低装配误差和零件的磨损。
54.本实施例将自循环机匣的整体结构分割为三个部分进行加工，同时又将喷嘴端、引气端的内部流道分为吸力面和压力面两部分进行加工，这样的结构解决了自循环机匣内部流道加工困难的技术难题。
55.本实施例的装配过程：
56.(1)将各个喷嘴部件2对应插入喷嘴主体1上的限位槽中，并进行焊接；
57.(2)将各个引气部件5对应插入引气主体4上的限位槽中，并进行焊接；
58.(3)将装配好的喷嘴端、引气端和桥路通过定位销7进行周向定位；
59.(4)用连接螺杆6将定位完成的三部分进行轴向紧固。
60.技术人员可以根据需求调整所述桥路3的长度，改变桥路流道的轴向长度，来实现对不同叶顶位置的气体抽吸与气体喷射；
61.技术人员可以根据不同实验目的，分别对部件与主体的吸压力面型面进行修改，来实现不同程度的机匣扩稳效果。