[发明专利]一种防止离心叶轮刮蹭的机匣波纹结构

说明书

本发明公开了一种防止离心叶轮刮蹭的离心机匣波纹结构，通过在离心机匣中部增加一波纹结构，可以有效控制离心机匣上段热变形对离心机匣下段的影响，既可以合理布置离心叶轮的叶顶间隙，同时能够兼顾气动性能和运行安全，当温度变化时，为离心机匣变形增加缓冲结构，从而能有效控制由于温度变化引起离心机匣的变化。

技术领域

本发明属于离心压气机领域，涉及一种离心压气机机匣结构，具体涉及一种应用于中小型航空发动机高压压气机中高负荷离心压气机的机匣结构。

背景技术

在当代先进的中小型航空发动机中，高压压气机多采用多级轴流+单级离心压气机结构、双级离心压气机结构，以及单级斜流+单级离心压气机结构，从中不难看出，离心压气机由于其单级压比高，结构简单而被广泛应用。

以某小型涡扇发动机为例，如图1、2所示，气流先经过风扇，后经分流机匣5分流后，内涵气流2进入高压压气机，高压压气机前面级为设置在转子轴心1上的多级轴流压气机(包括轴流叶轮3、轴流叶轮机匣6、轴流静子 7等部件)，后面级大多数情况下为离心式压气机(包括离心叶轮8、离心机匣14等部件)，离心式压气机的出口处通过紧固螺钉13固定连接扩压器12，经过加压后的气流进入燃烧室11，与燃油混合进行燃烧，产生高温高压气体，推动高压涡轮10做功。在这个过程中，离心叶轮外机匣14受热气流冲刷，温度变化，会产生热变形。同时，由于离心机匣上段通过螺钉13与扩压器 12相连接，扩压器12受气流冲刷及燃烧室辐射，零件温度升高，会产生热变形，由于发动机位于分流机匣5处的前支点固定，造成扩压器向后移动28，带动离心机匣14产生变形，最终使得离心叶轮8与离心外机匣下段之间间隙 15变小，从而容易引发离心叶轮叶尖刮蹭，增大发动机振动，严重时，造成零件损坏，发生事故。

增大离心叶轮叶顶间隙可以有效抑制上述故障的发生。但由于离心叶轮叶片高度尺寸小，叶顶间隙相对离心叶轮叶高的相对值偏大，因此，过度提高离心叶轮叶顶间隙会造成离心叶轮性能急剧下降。因此，为了保证离心叶轮的气动性能，离心叶轮叶顶间隙值通常较小。由以上分析可以得知，为了兼顾离心压气机气动性能和结构安全性，控制航空发动机工作状态下的有效叶顶间隙至关重要。

发明内容

针对现有先进中小型航空发动机中，高压压气机最后一级为离心式压气机的结构，由于温度变化，离心叶轮外机匣发生热变形易与离心叶轮发生刮蹭，而为了保证离心叶轮气动性能，叶顶间隙不能设置过大，针对这一设计矛盾，本发明提出了一种防止离心叶轮刮蹭的机匣波纹结构。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种防止离心叶轮刮蹭的离心机匣波纹结构，所述离心机匣包括离心机匣上段和离心机匣下段，所述离心机匣上段设置在所述离心机匣下段的下游，所述离心机匣上段通过连接件与径向扩压器部件机械连接，所述离心机匣下段内设置离心叶轮，所述离心机匣下段与离心叶轮叶顶之间具有间隙，其特征在于，

所述离心机匣上段和离心机匣下段之间设置一环状波纹结构，所述环状波纹结构用以实现所述离心机匣上段和离心机匣下段之间的连接并隔绝所述离心机匣上段的热变形对所述离心机匣下段的影响，其中，

所述离心机匣上段相对所述离心机匣下段具有一向外的轴向错位距离，

所述环状波纹结构包括一内缘平直段、一外缘倾斜段和一位于所述内缘平直段和外缘倾斜段之间的圆弧过渡段，其中，

所述内缘平直段与所述离心机匣下段的顶部相接，其半径为所述离心叶轮出口半径的1～1.01倍，其宽度为所述离心机匣下段宽度的0.1-0.25倍，

所述外缘倾斜段与所述离心机匣上段的底部相接，所述离心机匣上段的底部半径为所述内缘平直段半径的1.1～1.2倍，所述外缘倾斜段与所述离心机匣上段之间具有一不大于90°的倾角，

所述圆弧过渡段的两端分别与所述内缘平直段和外缘倾斜段相切。