[發(fā)明專利]采用周向可變?nèi)~片高度非對(duì)稱有葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710154921.7
• 申請(qǐng)日: 2017-03-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106762747B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭新前;孫振中;張美杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): F04D25/08
• 分類號(hào): F04D25/08;F04D29/44;F04D29/66
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

本發(fā)明涉及一種采用周向可變?nèi)~片高度非對(duì)稱有葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)，屬于葉輪機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的離心壓氣機(jī)包括蝸殼，離心葉輪和有葉擴(kuò)壓器。本發(fā)明中的擴(kuò)壓器葉片前緣位置，擴(kuò)壓器葉片翼型，擴(kuò)壓器葉片安裝角以及稠度在周向上無(wú)差別，而擴(kuò)壓器葉片高度在周向上是非對(duì)稱分布的，不同周向位置的擴(kuò)壓器葉片高度不相等。本發(fā)明可以有效適應(yīng)擴(kuò)壓器葉片前緣氣流角的周向畸變，改善局部氣流攻角，降低擴(kuò)壓器內(nèi)部流場(chǎng)的非均勻性，有效改善離心壓氣機(jī)流動(dòng)穩(wěn)定性，拓寬離心壓氣機(jī)穩(wěn)定工作范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種采用周向可變?nèi)~片高度非對(duì)稱有葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)，屬于葉輪機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

非對(duì)稱有葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)是一種涉及車用、船用、航空用等各種用途增壓器的離心壓氣機(jī)，以及航空、工業(yè)、發(fā)電等各種用途渦軸、渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的離心壓氣機(jī)。

相比于已有的往復(fù)式活塞壓氣機(jī)，離心壓氣機(jī)等葉輪式壓氣機(jī)具有效率高、體積重量輕、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等優(yōu)勢(shì)。然而，離心壓氣機(jī)運(yùn)行工況范圍有限。在低流量工況下，由于擴(kuò)壓器進(jìn)口氣流攻角增大，導(dǎo)致大尺度流動(dòng)分離等現(xiàn)象，離心壓氣機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)不穩(wěn)定流動(dòng)，造成失速甚至喘振的發(fā)生，將直接導(dǎo)致壓氣機(jī)壓比和效率下降，縮短壓氣機(jī)壽命甚至在短時(shí)間內(nèi)損壞壓氣機(jī)。

有葉擴(kuò)壓器是離心壓氣機(jī)在高壓比需求下提高壓氣機(jī)效率的有效措施，其流道兩側(cè)采用固定背盤(pán)和機(jī)殼，中間是具有特定翼型的葉片。傳統(tǒng)有葉擴(kuò)壓器的葉片高度(即背盤(pán)和機(jī)殼之間的距離)通過(guò)設(shè)計(jì)點(diǎn)確定，保證有葉擴(kuò)壓器和離心葉輪相匹配，在基于周向來(lái)流均勻的假設(shè)下保證設(shè)計(jì)點(diǎn)獲得最優(yōu)性能，能夠有效的將葉輪出口氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓。傳統(tǒng)的有葉擴(kuò)壓器是軸對(duì)稱的，其葉片高度在不同周向位置都是相等的。而由于蝸殼等部件的存在，離心壓氣機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)往往是周向非均勻的，當(dāng)壓氣機(jī)工作在小流量的時(shí)候，不均勻的流場(chǎng)導(dǎo)致有葉擴(kuò)壓器某些局部氣流攻角過(guò)大，出現(xiàn)大尺度流動(dòng)分離現(xiàn)象，造成流動(dòng)損失，降低擴(kuò)壓器效率，產(chǎn)生局部流動(dòng)不穩(wěn)定；當(dāng)流量進(jìn)一步減小時(shí)，流動(dòng)不穩(wěn)定進(jìn)一步惡化，導(dǎo)致更大尺度的流動(dòng)分離甚至是氣體回流，誘導(dǎo)壓氣機(jī)出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提出一種采用周向可變?nèi)~片高度非對(duì)稱有葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)，對(duì)已有的離心壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)作出改進(jìn)，在保證采用有葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)高壓比高效率優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，拓寬離心壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍，以有效降低離心壓氣機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)的非均勻性，抑制有葉擴(kuò)壓器內(nèi)部流動(dòng)分離，改善離心壓氣機(jī)氣動(dòng)穩(wěn)定性。

本發(fā)明提出的采用周向可變?nèi)~片高度非對(duì)稱有葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)，包括機(jī)殼、離心葉輪、背盤(pán)和擴(kuò)壓器；所述的機(jī)殼與背盤(pán)相對(duì)固定，機(jī)殼兩側(cè)形成蝸殼流道，所述的離心葉輪和擴(kuò)壓器同軸安裝，離心葉輪由離心壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)，擴(kuò)壓器由多個(gè)擴(kuò)壓器葉片組成，多個(gè)擴(kuò)壓器葉片沿圓周固定在機(jī)殼或背盤(pán)上，相鄰兩個(gè)擴(kuò)壓器葉片之間形成流道，擴(kuò)壓器葉片的高度h_i為：

其中，i為擴(kuò)壓器葉片序號(hào)，h_design為根據(jù)離心壓氣機(jī)的設(shè)計(jì)工況確定的擴(kuò)壓器葉片的理論高度，k為第一修正參數(shù)，取值范圍為0＜k≤5，α_i為第i個(gè)擴(kuò)壓器葉片前緣處的氣流角，α_ave為所有擴(kuò)壓器葉片前緣處氣流角的平均值，N為擴(kuò)壓器的葉片數(shù)，σ_i是第二修正參數(shù)，取值范圍為-h_design≤σ_i≤h_design。

本發(fā)明提出的采用周向可變?nèi)~片高度非對(duì)稱有葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是：

本發(fā)明的離心壓氣機(jī)，由于所采用的有葉擴(kuò)壓器葉片高度和擴(kuò)壓器葉片前緣氣流角相關(guān)，且在周向可變，針對(duì)具體的流場(chǎng)細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)，和實(shí)際的非均勻流場(chǎng)更加匹配，因此能夠有效改善局部氣流攻角，抑制局部流動(dòng)因攻角過(guò)大而分離，可以有效降低擴(kuò)壓器內(nèi)部流場(chǎng)的非均勻性，改善有葉擴(kuò)壓器內(nèi)部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，使得流場(chǎng)更加均勻，顯著改善離心壓氣機(jī)的流動(dòng)穩(wěn)定性。

附圖說(shuō)明