[發明專利]開槽寬度為圓弧分布的離心壓氣機非對稱自循環處理機匣

有效

• 申請號: 201010110273.3
• 申請日: 2010-02-09
• 公開（公告）號: CN101761513A
• 公開（公告）日: 2010-06-30
• 發明（設計）人: 鄭新前;張揚軍;楊名洋;馬場隆弘;玉木秀明;林韻
• 申請（專利權）人: 清華大學;株式會社IHI
• 主分類號: F04D29/42
• 分類號: F04D29/42
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本發明涉及一種離心式壓氣機處理機匣，屬于葉輪機械技術領域。可用于各種用途的增壓器離心壓氣機、工業用離心壓氣機以及航空離心壓氣機等葉輪機械。

背景技術

離心式壓氣機等葉輪式壓氣機相對于往復式壓氣機，具有效率高、體積重量輕、運轉平穩等優勢，但其工況范圍有限。離心式壓氣機低流量工況下內部流場出現大尺度流動分離等現象，出現不穩定工作現象、造成失速甚至喘振，直接導致壓氣機效率和壓比急劇下降，壽命嚴重縮短，甚至短時間內直接損壞。因此人們采取了很多方法來推遲壓氣機失速等不穩定現象的發生，以擴大其穩定工作范圍。

目前普遍認為處理機匣是提高壓氣機穩定工作范圍的有效方法。但是傳統的處理機匣結構一股為軸對稱結構。而當壓氣機處于非設計工況時，由于離心壓氣機渦殼的軸向非對稱性導致了葉輪出口流動的周向畸變，從而影響上游的流動參數，導致壓氣機葉輪及無葉擴壓器內部的周向流動參數呈現非軸對稱性。傳統的軸對稱處理機匣結構無法考慮壓氣機內部流場的非軸對稱的特點，因此無法使處理機匣實現全周向上的最優擴穩效果。因此需要采用非軸對稱的自循環處理機匣，以實現在全周向上的最優擴穩效果。

如圖1所示，非軸對稱的自循環處理機匣一股包含抽吸環槽1、導流環槽2和回流環槽3，其主要結構參數有：抽吸環槽相對于主流葉片前緣4位置S_r，抽吸環槽寬度b_r，氣體回流引入位置S_f，氣體回流引入寬度b_f，旁通高度h_b，旁通寬度b_b等。研究表明，抽吸環槽寬度b_r對擴穩效果有較大的影響。因此設計合適的圓周方向上抽吸環槽寬度b_r值的分布，是非軸對稱自循環處理機匣結構實現最優擴穩效果的關鍵。

發明內容：

本發明目的在于，通過設計一種非對稱自循環處理機匣結構的抽吸環槽寬度b_r值在圓周方向上的分布，以優化非對稱自循環處理機匣對離心壓氣機的擴穩效果。

本發明的技術方案如下：

開槽寬度為圓弧分布的離心壓氣機非對稱自循環處理機匣，含有壓氣機渦殼，在所述的壓氣機渦殼壁面上設有抽吸環槽、導流環槽和回流環槽，所述的抽吸環槽、導流環槽和回流環槽形成自循環通道，其特征在于：所述的抽吸環槽的寬度b_r在圓周方向上為圓弧分布，圓弧段的圓心角為α，其取值范圍為：0＜α≤30°；圓弧段的半徑為R，根據離心壓氣機的葉輪直徑D確定R的取值范圍為：

上述技術方案中，所述的壓氣機渦殼由外殼和內嵌套組成，所述的抽吸環槽設置在內嵌套的壁面上，外殼的內壁面和內嵌套的外壁面形成所述的導流環槽和回流環槽。

本發明與現有技術相比，具有以下優點及突出性效果：采用本發明所提出的開槽寬度為圓弧分布的離心壓氣機非對稱自循環處理機匣，相比于開槽寬度在圓周方向上一致的軸對稱自循環處理機匣可以較大地提高離心式壓氣機的穩定工作范圍，同時維持效率基本不變。

附圖說明：

圖1是自循環通道示意圖。

圖2是外殼結構示意圖。

圖3是內嵌套結構示意圖。

圖4是壓氣機渦殼示意圖。

圖5是所設計抽吸環槽形式對應不同初始角度θ₀的b_r值在圓周方向上分布示意圖。

圖6是內嵌套上抽吸環槽示意圖。

圖7是實例中b_r值分布示意圖。

圖8是實例中初始角度θ₀位置示意圖。

圖9a和圖9b是采用開槽寬度為圓弧分布的非對稱自循環處理機匣與采用軸對稱自循環處理機匣以及無機匣處理時的壓氣機性能對比圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的原理、結構和工作過程作進一步的說明。

開槽寬度為圓弧分布的離心壓氣機非對稱自循環處理機匣，含有壓氣機渦殼，在所述的壓氣機渦殼壁面上設有抽吸環槽1、導流環槽2和回流環槽3，所述的抽吸環槽、導流環槽和回流環槽形成自循環通道，其特征在于：所述的抽吸環槽的寬度b_r在圓周方向上為圓弧分布，圓弧段的圓心角為α，其取值范圍為：0＜α≤30°；圓弧段的半徑為R，根據離心壓氣機的葉輪直徑D確定R的取值范圍為：

所述的壓氣機渦殼由外殼5和內嵌套6組成，所述的抽吸環槽1設置在內嵌套6的壁面上，外殼的內壁面和內嵌套的外壁面形成所述的導流環槽2和回流環槽3。