[发明专利]具有包容结构的负载压气机

说明书

本发明公开了一种具有包容结构的负载压气机，包括旋转轴、离心叶轮和集气机匣，离心叶轮设于旋转轴上，旋转轴通过轴承支承在集气机匣内，负载压气机还包括连接在集气机匣上并与集气机匣组合构成包容于离心叶轮外的包容结构，包容结构构成离心叶轮外的多级缓冲结构并通过沿轴向和/或径向的弹性形变以吸收离心叶轮破碎的撞击能量防止破碎的离心叶轮形成向外激射的高能碎片。本发明的技术方案，在压气机结构上设计有多重包容结构，不仅防止破碎后的离心叶轮飞出，还减轻了负载压气机的重量，从而减少了燃气涡轮机的运行成本。

技术领域

本发明涉及燃气涡轮辅助动力装置技术领域，特别地，涉及一种具有包容结构的负载压气机。

背景技术

负载压气机是通过离心叶轮将气流压缩，通过径向扩压器增压后，将气流收集在集气机匣的集气腔室内，这些高压气体用于启动飞机的主发动机和飞机的空调系统使用。负载压气机是燃气涡轮辅助动力装置(APU)的其中一个重要部件，需要满足包容性要求。根据中国民用航空技术标准规定(CTSO-C77B)中5.9节转子包容性要求：如果轮毂失效，压气机部件(同时也包括涡轮部件)需要保证不会击穿机匣，释放危害飞机的高能碎片。

目前，主要是通过加厚机匣将高能碎片进行包容，提高负载压气机的包容性，虽然这一类包容设计结构较为简单，包容成功率较高，但是由于较厚的机匣会增加负载压气机的重量，从而影响燃气涡轮机的工作效率，增大了燃气涡轮机的运行成本。

发明内容

本发明提供了一种具有包容结构的负载压气机，以解决现有的通过加厚机匣的方式提高负载压气机的包容性，从而影响燃气涡轮机的工作效率，增大了燃气涡轮机的运行成本的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种具有包容结构的负载压气机，包括旋转轴、离心叶轮和集气机匣，离心叶轮设于旋转轴上，旋转轴通过轴承支承在集气机匣内，负载压气机还包括连接在集气机匣上并与集气机匣组合构成包容于离心叶轮外的包容结构，包容结构构成离心叶轮外的多级缓冲结构并通过沿轴向和/或径向的弹性形变以吸收离心叶轮破碎的撞击能量防止破碎的离心叶轮形成向外激射的高能碎片。

进一步地，包容结构包括进气机匣、叶轮外罩和径向扩压器，进气机匣、叶轮外罩、径向扩压器、以及集气机匣沿旋转轴的轴向依次排布并固定连接为整体，叶轮外罩通过沿轴向和/或径向发生弹性形变以吸收离心叶轮破碎的撞击能量，进气机匣沿轴向和/或径向发生弹性形变以辅助叶轮外罩吸收离心叶轮破碎的撞击能量。

进一步地，叶轮外罩包括依次布设的弧形厚壁环、圆弧薄壁环以及第一固定环，叶轮外罩通过第一固定环固定设置在进气机匣和径向扩压器之间，弧形厚壁环的圆弧曲面朝向进气机匣弯曲，圆弧薄壁环利用弧形曲面形成弧形支撑并构成弹性缓冲结构，圆弧薄壁环的弧形曲面朝向径向扩压器弯曲，圆弧薄壁环为多曲圆弧结构。

进一步地，进气机匣包括依次布设的机匣支板、弓形薄壁环和第二固定环，进气机匣通过第二固定环设置在叶轮外罩远离径向扩压器的一侧，弓形薄壁环的弓形弯折面朝向背离圆弧薄壁环的方向弯折，弓形薄壁环与圆弧薄壁环相邻地设置。

进一步地，集气机匣远离旋转轴的一侧设有由厚壁结构包容形成的集气腔室，集气机匣的集气腔室沿轴向往离心叶轮的方向偏置设置。

进一步地，负载压气机还包括弹性细腰螺栓，弹性细腰螺栓沿轴向依次穿过第二固定环、第一固定环、径向扩压器以及集气机匣并与螺母配合固定。

进一步地，叶轮外罩和径向扩压器之间设有卡扣连接的轴向辅助固定装置以防止弹性细腰螺栓沿轴向受损导致叶轮外罩和径向扩压器沿轴向分离。

进一步地，固定装置包括叶片和卡板，叶片设于径向扩压器靠近叶轮外罩的侧壁上，叶片远离旋转轴的顶面上凹设有卡槽，卡板对应地设于叶轮外罩靠近径向扩压器的侧壁上，叶轮外罩与径向扩压器通过卡板和卡槽卡扣配合地设置。