[發(fā)明專利]一種葉片式壓氣機的微分導葉切片及可調導葉裝置

無效

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• 申請日: 2010-09-30
• 公開（公告）號: CN101975190A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發(fā)明（設計）人: 祁明旭;馬朝臣;張弦
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: F04D29/32
• 分類號: F04D29/32;F04D29/36
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高燕燕;郭德忠

技術領域

本發(fā)明涉及一種葉片式壓氣機的微分導葉切片及可調導葉裝置，用于改善壓氣機導葉與下游轉輪之間氣流角匹配特性，達到大幅拓寬壓氣機流量范圍且改善壓氣機工況適應性的目的。屬于流體機械領域。

背景技術

葉片式壓氣機是用于實現(xiàn)氣體增壓的裝置，廣泛應用于航空、航天、汽車、化工、電力行業(yè)。其核心部件為可高速轉動的葉片式葉輪，可分為軸流式、徑流式及混流式。在一定的高轉速運轉條件下，可通過壓氣機的最大氣體質量流量稱為堵塞流量；隨著壓比的提高，通過壓氣機的氣體質量流量逐漸減小，進入壓氣機葉輪的氣流攻角會逐漸增大，引起葉輪內部出現(xiàn)明顯的流動分離和攻角損失。當通過壓氣機的氣體流量減小到一定程度時，壓氣機葉輪內部會形成大尺度流動分離或軸向回流，引起壓氣機工作不穩(wěn)定，繼而導致壓氣機喘振，此時對應的通過壓氣機的氣體質量流量稱為喘振流量。堵塞流量和喘振流量的差稱為壓氣機在某一固定轉速下的流量范圍。流量范圍是壓氣機的一個重要性能指標，反映壓氣機適應變工況的能力，流量范圍越寬，意味著壓氣機具有更好的工況適應性能。為拓寬壓氣機的流量范圍，目前最常用的方法是在壓氣機葉輪前安置可動態(tài)調節(jié)的導葉裝置，可根據(jù)壓氣機的實際工況調節(jié)導葉角度，從而對進入葉輪前的氣流進行預旋并調節(jié)氣流進入葉輪時的攻角以達到拓寬流量范圍的目的。

對于目前所采用的可調導葉方法，盡管可在一定程度上實現(xiàn)攻角匹配和流量范圍拓寬的目的，但是并不能達到理想的氣流預旋效果。這是因為壓氣機變工況時(如轉速發(fā)生變化)，葉片根部至頂部由于線速度的不同而導致氣流所產(chǎn)生的攻角也不同。而目前所采用的可調導葉葉片為整體剛性結構，在進行旋轉調節(jié)以適應壓氣機變工況特性時，即導葉改變氣流角的幅度從根部到頂部基本相同。這就導致氣流在進入葉輪時沿葉高方向無法同時實現(xiàn)整體最佳攻角狀態(tài)，從而仍然無法避免或延遲葉輪內部部分區(qū)域的分離流動，因而對流量范圍的擴展能力無法發(fā)揮至最佳狀態(tài)。因而開發(fā)一種能沿葉高方向對氣流進行非等變角旋流控制的導葉裝置對于進一步提升壓氣機性能具有重要意義。

經(jīng)國內外文獻檢索，未發(fā)現(xiàn)可用于實現(xiàn)葉輪進口氣流在壓氣機變工況時可沿葉高方向進行非等變角控制的導流裝置。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供一種葉片式壓氣機的微分導葉切片及可調導葉裝置，可以有效的解決常規(guī)氣流預旋無法同時兼顧葉根和葉尖的氣流攻角問題，實現(xiàn)氣流攻角沿徑向的同步控制，獲得極佳的擴穩(wěn)效果。

一種葉片式壓氣機的微分導葉切片，微分導葉切片為整體片狀結構，微分導葉切片上的葉片沿中心軸周向有4～10片沿周向均勻分布或非均勻分布，葉片的厚度為0.5mm～5mm，在其中的一片或多片葉片根部正中加工有貫通的彈片槽，彈片槽寬度不大于1mm，用于安裝彈片。

可調導葉裝置包括導葉支架、微分導葉切片、彈片、旋轉桿和旋轉環(huán)，外圍設備為壓氣機機匣；其中導葉支架包括固定導葉、進氣套管、導流錐和支架中心軸，進氣套管尾部外圓周上有定位臺階，內壁上有限位槽，固定導葉、導流錐、支架中心軸以及進氣套管為一次加工成型或獨立加工后進行固定連接，固定導葉沿支架中心軸周向有4～10片沿周向均勻分布或非均勻分布，導流錐位于支架中心軸前端；其連接關系為：彈片固定在支架上，依次將微分導葉切片逐一穿過彈片槽并固定在導葉支架的中心軸上，將最后一片切片的旋轉桿通過旋轉桿推入槽推入限位槽中，在進氣套管上對應位置套入旋轉環(huán)，將進氣進氣套管與壓氣機機匣套接，完成可調導葉裝置的安裝。

固定導葉的等葉高截面形狀可為等厚度板狀或翼型前部形狀，為翼型前部形狀時葉片后端厚度應為翼型葉片的最大厚度，支架中心軸的半徑尺寸范圍為2mm和三分之一固定導葉直徑之間；旋轉桿長度大于微分葉片長度與進氣套管厚度之和，其它參數(shù)與單個微分導葉切片相同；彈片為厚度小于1mm的高彈性材料薄片，其寬度應小于單個微分導葉切片上的彈片槽寬度，長度應大于所有微分導葉切片和旋轉桿切片疊加后的總軸向長度5～10mm。

工作過程：轉動旋轉環(huán)時，旋轉桿同步轉動，牽引彈片變形從而同時帶動導葉切片繞支架中心軸旋轉實現(xiàn)導葉變形，其幾何角變化近似等同于彈片的幾何角變化。由于彈片為單端固定結構，因此距離旋轉桿越近的微分導葉切片周向旋轉角越大，從而實現(xiàn)導葉幾何角沿軸向的平滑過渡；同時由于每一片微分導葉切片都繞中心軸旋轉，微分導葉切片半徑越大的區(qū)域周向轉角越大，而越接近支架中心軸處則周向轉角越小，從而實現(xiàn)了導葉幾何角沿葉高方向的非等角變化控制。此外，通過改變彈片的徑向位置，還可以調節(jié)旋轉環(huán)的最大允許轉動角從而調節(jié)微分導葉切片的幾何角調節(jié)范圍。