[發明專利]可調式自循環噴氣擴穩結構及具有擴穩結構的離心壓氣機

有效

• 申請號: 202011135772.8
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112412885B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 符麗;胡晨星;楊策;耿開賀;張成
• 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

本發明公開了一種用于離心壓氣機葉片擴壓器的可調式自循環噴氣擴穩結構，其包括設置在葉片擴壓器輪緣外側的自循環腔體，自循環腔體與葉片擴壓器流道通過開設的噴氣孔H1、H2和H3連通；所述自循環腔體內設有可調節的遮擋部件；在堵塞工況時，控制所述遮擋部件使得噴氣孔H1和噴氣孔H2開通而噴氣孔H3被堵住；在失速工況時，控制所述調節遮擋使得噴氣孔H1和噴氣孔H3開通而噴氣孔H2被堵住。本發明還提供了一種具有擴穩結構的離心壓氣機。使用本發明能夠改變葉片擴壓器流場內的流動堵塞和流動分離，改善擴壓器內流動狀況，提高離心壓氣機的穩定工作范圍，且結構簡單。

技術領域

本發明涉及離心壓氣機技術領域，尤其涉及一種用于離心壓氣機葉片擴壓器的可調式自循環噴氣擴穩結構以及具有該擴穩結構的離心壓氣機。

背景技術

應用于離心壓氣機中的擴壓器主要分為葉片擴壓器和無葉擴壓器。圖1為具有葉片擴壓器的離心壓氣機內部結構。該離心壓氣機包括葉輪、葉片擴壓器還有蝸殼（未示出），葉輪出口連接葉片擴壓器，葉片擴壓器中設有葉片（圖1中外圈的葉片）。本發明即是針對這種葉片擴壓器進行流動控制與擴穩設計。

離心壓氣機工作時，葉輪首先對氣體做功，使得氣體的速度、壓力等增大；然后在葉片擴壓器中，氣體速度減小，靜壓變大，氣體的一部分動能轉化為壓力能，從而使得氣體流出葉輪以后壓力進一步變大，提高整個離心壓氣機的壓比。通常運行流量遠小于設計流量導致擴壓器內出現旋轉失速的現象，造成流體振蕩；運行流量遠大于設計流量導致擴壓器葉片喉部出現堵塞，這均會限制離心壓氣機的穩定運行范圍。

對流場施加射流是最主要的失速主動控制方法，且為有源控制，旨在通過合成射流的沖擊效果改變流場內的流動堵塞，或者抑制流動分離，從而實現推遲失速發生的效果。然而，通過主動有源控制方法需要外加射流結構，且無法同時兼顧堵塞和失速兩個方向。本發明旨在設計一種結構簡單，且能夠有效兼顧堵塞和失速兩個方向的自循環噴氣擴穩結構。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種用于離心壓氣機葉片擴壓器的可調式自循環噴氣擴穩結構，能夠改變葉片擴壓器流場內的流動堵塞和流動分離，改善擴壓器內流動狀況，提高離心壓氣機的穩定工作范圍，且結構簡單。

為了解決上述技術問題，本發明是這樣實現的：

一種用于離心壓氣機葉片擴壓器的可調式自循環噴氣擴穩結構，包括：設置在葉片擴壓器輪緣外側的自循環腔體，自循環腔體與葉片擴壓器流道通過開設的噴氣孔連通；噴氣孔三個為一組，按照與離心壓氣機軸線的距離從近到遠命名為H1、H2和H3；每一組噴氣孔對應一個擴壓器葉片，該組中的三個噴氣孔H1、H2和H3的徑向分布區域位于擴壓器葉片所占據的徑向區域范圍內；其中，噴氣孔H1位于擴壓器葉片前緣靠近吸力面側，噴氣孔H2和H3均位于葉片擴壓器喉部位置之后，且噴氣孔H2靠近喉部，噴氣孔H3靠近擴壓器葉片尾緣；

所述自循環腔體內設有可調節的遮擋部件；在堵塞工況時，控制所述遮擋部件使得噴氣孔H1和噴氣孔H2開通而噴氣孔H3被堵住；在失速工況時，控制所述調節遮擋使得噴氣孔H1和噴氣孔H3開通而噴氣孔H2被堵住。

優選地，不同噴氣孔組中，噴氣孔H1的徑向位置相同，噴氣孔H2的徑向位置相同，噴氣孔H3的徑向位置相同。

優選地，噴氣孔H1、H2、H3的徑向位置分別位于1.02R₃、1.01R_t、0.9R₄；其中，R₃為葉片擴壓器入口半徑，R_t為葉片擴壓器喉部半徑，R₄為葉片擴壓器出口半徑。

優選地，所述噴氣孔布局為：一組噴氣孔H1、H2、H3沿同一徑向方向布置，或者一組噴氣孔H1、H2、H3沿葉片擴壓器的同一葉片流向方向布置。

優選地，噴氣孔組數與擴壓器葉片數相同。