[發明專利]粗糙度擴穩方法、擴穩結構和粗糙度擴穩離心壓氣機

在審

• 申請號: 202011135762.4
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112412884A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 耿開賀;胡晨星;楊策;符麗;杜亞東
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: F04D29/44
• 分類號: F04D29/44;F04D29/66;F04D29/68
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 溫子云

本發明公開了一種改變粗糙度實現離心壓氣機無葉擴壓器擴穩的方法，該方法在離心壓氣機無葉擴壓器輪轂側進行全周向工藝粗糙處理。本發明還提供了離心壓氣機無葉擴壓器的粗糙度擴穩結構，以及具有該粗糙度擴穩結構的離心壓氣機。使用本發明能夠令流動角度減小和局部回流的趨勢得到抑制，且對應位置邊界層內的湍動能處于較高的幅值，均能抑制輪轂上的分離流動，從而抑制無葉擴壓器進入失速狀態，改善無葉擴壓器的流動狀況，提高無葉擴壓器乃至整個離心壓氣機的穩定工作范圍，進而改善壓氣機的運行性能。

技術領域

本發明涉及離心壓氣機領域，尤其涉及一種改變粗糙度實現離心壓氣機無葉擴壓器擴穩的方法、粗糙度擴穩結構以及具有該粗糙度擴穩結構的離心壓氣機。

背景技術

擴壓器是離心壓氣機的重要組成部分，是指與葉輪出口相連接的環形通道。擴壓器可分為有葉擴壓器和無葉擴壓器，該發明主要是針對無葉擴壓器。正常工作情況下，氣體經過高速旋轉的葉輪，具有較高的速度，然后進入擴壓器。隨著面積增大，氣體速度降低，壓強增大，將動能轉化為壓力能，壓力不斷增大，這就是無葉擴壓器的基本的工作原理。

氣體在無葉擴壓器中的流動是傾斜的，隨著流量的不斷減小，輪緣壁上的三維流動分離，產生旋轉失速，對離心壓氣機的安全運行影響較大。人們對離心壓氣機失速現象進行了大量研究，通過主動控制抑制了失速，但同時也降低了離心壓氣機的工作性能。因此，需要在不影響工作性能的前提下抑制失速，提高穩定性。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種改變粗糙度實現離心壓氣機無葉擴壓器擴穩的方案，能夠大大地抑制邊界層三維流動分離，抑制無葉擴壓器進入失速狀態，改善無葉擴壓器的流動狀況，提高無葉擴壓器乃至整個離心壓氣機的穩定工作范圍，進而改善壓氣機的運行性能。

為了解決上述技術問題，本發明是這樣實現的：

本發明首先提供了一種改變粗糙度實現離心壓氣機無葉擴壓器擴穩的方法，在離心壓氣機無葉擴壓器輪轂側進行全周向工藝粗糙處理。

優選地，在無葉擴壓器輪轂側徑向位置r/r₂＝1.2～1.4區域內進行所述全周向工藝粗糙處理；其中，r為工藝粗糙處理位置與離心壓氣機軸線距離，r₂為離心壓氣機葉輪出口半徑。

優選地，所述工藝粗糙處理的表面粗糙度Ra選取范圍為0.077～0.08mm。

優選地，所述工藝粗糙處理包括開槽、陷窩、疊加絆線中的一種或任意組合。

本發明還提供了一種離心壓氣機無葉擴壓器的粗糙度擴穩結構，所述擴穩結構采用在離心壓氣機無葉擴壓器輪轂側加工全周向粗糙元實現。

優選地，粗糙元加工區域為無葉擴壓器輪轂側徑向位置r/r₂＝1.2～1.4區域；其中，r為工藝粗糙處理位置與離心壓氣機軸線距離，r₂為離心壓氣機葉輪出口半徑。

優選地，如權利要求5所述的粗糙度擴穩結構，其特征在于，所述粗糙元的表面粗糙度Ra大小范圍為0.077～0.08mm。

優選地，如權利要求5所述的粗糙度擴穩結構，其特征在于，所述粗糙元的加工方式為開槽、陷窩或疊加絆線。

本發明還提供了一種具有粗糙度擴穩結構的離心壓氣機，該離心壓氣機無葉擴壓器具有上述任意一種粗糙度擴穩結構。

有益效果：

(1)本發明在離心壓氣機無葉擴壓器輪轂側設置粗糙元，使得流動角度減小和局部回流的趨勢得到抑制，且對應位置邊界層內的湍動能處于較高的幅值，均能抑制輪轂上的分離流動。

(2)通過選擇粗糙元的設置位置，能夠避免動量的大量耗散，使得壓升幾乎不受粗糙壁面的影響，壓力恢復系數相比全部光滑壁面擴壓器壓力系數差異很小。