涡轴发动机多通道压气机引气循环装置及控制方法与流程

本发明涉及涡轴发动机离心压气机技术领域，特别涉及一种涡轴发动机多通道压气机引气循环装置。

背景技术：

离心压气机广泛应用于涡轴式航空发动机中，随着对发动机动力性能的要求越来越高，压气机的工作转速和压比随之提高，导致压气机工作范围更接近喘振边界，发动机容易发生喘振。现解决发动机喘振问题常用三种方法，第一种是改变进气导叶角度，改善气流在压气机叶片背部的气流分离现象，但由于进气导叶加工安装和角度控制较为复杂，成本较高，使用范围不广；第二种是采用多转子结构，发生喘振时允许压气机与动力涡轮不同步运转，使转速出现差值，消除喘振现象，但多转子的加工工艺极为复杂，难以实现；第三种是采用压气机放气，将高压空气排出发动机以消除喘振，此种方法也是最常用的方法，但此种方法会使发动机漏气，燃烧室进气量减少，发动机燃烧不充分，导致发动机工作效率降低，且污染物排放增加。

技术实现要素：

本发明的目的：本发明提供一种涡轴发动机多通道压气机引气循环装置及控制方法，可以提高涡轴发动机离心压气机在高压比和低压比状态下的喘振裕度和工作范围并提升发动机功率降低污染物排放。

本发明的技术方案：

涡轴发动机多通道压气机引气循环装置，包括压气机进气道1、压气机机匣2、压气机叶轮3、压气机排气蜗壳4、压气机主叶片5、压气机分流叶片6、压气机扩压器7、一通道抽气孔8、一通道回流管路9、一通道排气孔10、二通道抽气孔11、二通道回流管路12、二通道排气孔13、三通道抽气孔14、三通道回流管路15、三通道排气孔16，所述的压气机机匣2上设置有与燃烧室连通的压气机排气蜗壳4，压气机叶轮3设置在所述的压气机机匣2内部，所述的压气机叶轮3与压气机机匣2之间形成压气机进气道1，所述的压气机进气道1与压气机排气蜗壳4连通，所述的压气机主叶片5、压气机分流叶片6设置在所述的压气机进气道1内部，所述的压气机扩压器7设置在所述压气机排气蜗壳4进口处；

所述压气机主叶片5和压气机分流叶片6之间设置一通道抽气孔8，所述的压气机进气道1进口处的内侧壁上设置有一通道排气孔10，所述的一通道抽气孔8、一通道排气孔10均位于压气机机匣2上，且一通道排气孔10位于压气机主叶片5前端，所述的一通道回流管路9也设置在压气机机匣2内，并分别连通一通道抽气孔8、一通道排气孔10；

压气机叶轮3的出口与压气机扩压器7之间设置二通道抽气孔11，所述的压气机进气道1进口处的内侧壁上设置有二通道排气孔13，述的二通道抽气孔11、二通道排气孔13均位于压气机机匣2上，且二通道排气孔13位于压气机主叶片5前端，所述的二通道回流管路12也设置在压气机机匣2内，并分别连通二通道抽气孔11、二通道排气孔13；

所述的一通道抽气孔8与二通道抽气孔11之间设置三通道抽气孔14，所述的一通道排气孔10与二通道排气孔13之间设置三通道排气孔16，所述的三通道排气孔16位于压气机主叶片5前端，三通道回流管路15分别连通三通道抽气孔14、三通道排气孔16。

进一步，所述的一通道回流管路9、二通道回流管路12、三通道回流管路15直径为1～10cm。

进一步，所述的一通道回流管路9上设置有电控阀。

进一步，所述的二通道回流管路12上设置有电控阀。

进一步，所述的三通道回流管路15上设置有电控阀。

所述涡轴发动机多通道压气机引气循环装置的控制方法，当发动机处于高工况状态时，压气机叶轮3出口处空气速度及空气压力较高，此时，一通道回流管路9、三通道回流管路15上电控阀处于关闭状态，打开二通道回流管路12上电控阀，将压气机叶轮3出口处的空气通过二通道回流管路12和二通道排气孔13引回压气机进气道1，在高工况状态下提高压气机的工作范围和喘振裕度。

当发动机处于低工况状态时，压气机主叶片5前缘后端的处空气速度及空气压力较低，此时，二通道回流管路12、三通道回流管路15上电控阀处于关闭状态，打开一通道回流管路9上电控阀，将压气机主叶片5前缘后端的空气通过一通道回流管路9和一通道排气孔10引回压气机进气道1，在低工况状态下提高压气机的工作范围和喘振裕度。

当发动机处于部分负荷状态时，此时，二通道回流管路12、一通道回流管路9上电控阀处于关闭状态，打开三通道回流管路15上电控阀，将压气机分流叶片6后的空气通过三通道回流管路15和三通道排气孔16引回压气机进气道1，在部分负荷状态下提高压气机的工作范围和喘振裕度。

本发明的有益效果：

本发明提供一种涡轴发动机多通道压气机引气循环装置及控制方法，本发明通过使用多通道抽气再循环结构，可以有效拓宽涡轴发动机离心压气机低压比和高压比状态下的喘振裕度和工作范围，同时减少压气机放气量，提升发动机功率，降低油耗率和污染物排放。

附图说明

图1本发明结构示意图；

其中：1、压气机进气道，2、压气机机匣，3、压气机叶轮，4、压气机排气蜗壳，5、压气机主叶片，6、压气机分流叶片，7、压气机扩压器，8、一通道抽气孔，9、一通道回流管路，10、一通道排气孔，11、二通道抽气孔，12、二通道回流管路，13、二通道排气孔，14、三通道抽气孔，15、三通道回流管路，16、三通道排气孔。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解：

如图1所示，涡轴发动机多通道压气机引气循环装置，包括压气机进气道1、压气机机匣2、压气机叶轮3、压气机排气蜗壳4、压气机主叶片5、压气机分流叶片6、压气机扩压器7、一通道抽气孔8、一通道回流管路9、一通道排气孔10、二通道抽气孔11、二通道回流管路12、二通道排气孔13、三通道抽气孔14、三通道回流管路15、三通道排气孔16；

所述的压气机叶轮3设置在压气机机匣2内部，压气机叶轮3设置在所述的压气机机匣2内部，所述的压气机机匣2上设置有与燃烧室连通的压气机排气蜗壳4，所述的压气机叶轮3与压气机机匣2内壁面之间形成压气机进气道1，压气机进气道1开口处口径大，往排气蜗壳的延伸口径逐渐减小，所述的进气道1与压气机排气蜗壳4连通，所述的压气机主叶片5、压气机分流叶片6设置在所述的压气机进气道1内部，压气机主叶片5位于压气机分流叶片6前端，所述的压气机扩压器7设置在所述压气机排气蜗壳4进口处，用于增大从压气机进气道1流入压气机排气蜗壳4内的气流压力。

如图1，压气机主叶片5和分流叶片6之间设置一通道抽气孔8，所述的压气机进气道1进口处的内侧壁上设置有一通道排气孔10，所述的一通道抽气孔8、一通道排气孔10均位于压气机机匣2上，且一通道排气孔10位于压气机主叶片5前端，所述的一通道回流管路9也设置在压气机机匣2内，并分别连通一通道抽气孔8、一通道排气孔10。

叶轮3的出口与压气机扩压器7之间设置二通道抽气孔11，所述的压气机进气道1进口处的内侧壁上设置有二通道排气孔13，述的二通道抽气孔11、二通道排气孔13均位于压气机机匣2上，且二通道排气孔13位于压气机主叶片5前端，所述的二通道回流管路12也设置在压气机机匣2内，并分别连通二通道抽气孔11、二通道排气孔13。

一通道抽气孔8与二通道抽气孔11之间设置三通道抽气孔14，所述的一通道排气孔10与二通道排气孔13之间设置三通道排气孔16，所述的三通道排气孔16位于压气机主叶片5前端，三通道回流管路15分别连通三通道抽气孔14、三通道排气孔16。

其中，一通道回流管路9、二通道回流管路12、三通道回流管路15直径为1～10cm，可以满足气体流量需求，同时，一通道回流管路9、二通道回流管路12、三通道回流管路15上设置有电控阀，用于控制三个管路中气流的通断。

涡轴发动机多通道压气机引气循环装置的控制方法，

当发动机处于高工况状态时，压气机叶轮3出口处空气速度及空气压力较高，此时，一通道回流管路9、三通道回流管路15上电控阀处于关闭状态，打开二通道回流管路12上电控阀，将压气机叶轮3出口处的空气通过二通道回流管路12和二通道排气孔13引回压气机进气道1，在高工况状态下提高压气机的工作范围和喘振裕度。

当发动机处于低工况状态时，压气机主叶片5前缘后端的处空气速度及空气压力较低，此时，二通道回流管路12、三通道回流管路15上电控阀处于关闭状态，打开一通道回流管路9上电控阀，将压气机主叶片5前缘后端的空气通过一通道回流管路9和一通道排气孔10引回压气机进气道1，在低工况状态下提高压气机的工作范围和喘振裕度。

当发动机处于部分负荷状态时，此时，二通道回流管路12、一通道回流管路9上电控阀处于关闭状态，打开三通道回流管路15上电控阀，将分流叶片6后的空气通过三通道回流管路15和三通道排气孔16引回压气机进气道1，在部分负荷状态下提高压气机的工作范围和喘振裕度。

本发明主要的特征在于在压气机主叶片前缘5和压气机分流叶片前缘6之间设置一通道抽气孔8，可以将此处的空气通过一通道回流管路9和一通道排气孔10引回压气机进气道1，由于是在压气机主叶片5和压气机分流叶片6处进行抽气，所抽取的空气压力及速度较低，可在低转速和中间转速状态提高压气机的工作范围和喘振裕度，但是在高转速时对工作范围的提升效果一般。

而在压气机叶轮3的出口与扩压器7之间设置二通道抽气孔11，可以将此处的空气通过二通道回流管路12和二通道排气孔13引回压气机进气道，此处空气经过叶轮压缩，空气压力及速度较高，可在高转速状态提高压气机的工作范围和喘振裕度，而在低转速和中间转速状态的提升效果一般。

最后在一通道和二通道之间设置三通道抽气孔14、三通道回流管路15、三通道排气孔16，原理与一、二通道类似，通过三通道抽气设计，拓宽了压气机在低、中、高转速下(低工况、部分负荷状态、高工况)都可以拓宽工作范围和喘振裕度。同时由于将压缩空气进行了循环，减少了因发动机喘振导致的压气机后空气放气，使压气机后空气得到充分利用，增压比升高，提升了燃烧效率，发动机功率升高、油耗率及污染物排放降低。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。