專利名稱：開槽位置為圓弧分布的離心壓氣機(jī)非對(duì)稱自循環(huán)處理機(jī)匣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離心式壓氣機(jī)處理機(jī)匣，屬于葉輪機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域?？捎糜诟鞣N用
途的增壓器離心壓氣機(jī)、工業(yè)用離心壓氣機(jī)以及航空離心壓氣機(jī)等葉輪機(jī)械。
背景技術(shù)：
離心式壓氣機(jī)等葉輪式壓氣機(jī)相對(duì)于往復(fù)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，但其工況范圍有限。離心式壓氣機(jī)低流量工況下內(nèi)部流場出現(xiàn)大尺度流動(dòng) 分離等現(xiàn)象，出現(xiàn)不穩(wěn)定工作現(xiàn)象、造成失速甚至喘振，直接導(dǎo)致壓氣機(jī)效率和壓比急劇下 降，壽命嚴(yán)重縮短，甚至短時(shí)間內(nèi)直接損壞。因此人們采取了很多方法來推遲壓氣機(jī)失速等 不穩(wěn)定現(xiàn)象的發(fā)生，以擴(kuò)大其穩(wěn)定工作范圍。 目前普遍認(rèn)為機(jī)匣處理是提高壓氣機(jī)穩(wěn)定工作范圍的有效方法。但是傳統(tǒng)的處理 機(jī)匣結(jié)構(gòu)一般為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)。而當(dāng)壓氣機(jī)處于非設(shè)計(jì)工況時(shí)，由于離心壓氣機(jī)渦殼的軸向 非對(duì)稱性導(dǎo)致了葉輪出口流動(dòng)的周向畸變，從而影響上游的流動(dòng)參數(shù)，導(dǎo)致壓氣機(jī)葉輪及 無葉擴(kuò)壓器內(nèi)部的周向流動(dòng)參數(shù)呈現(xiàn)非軸對(duì)稱性。傳統(tǒng)的軸對(duì)稱處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)無法考慮壓 氣機(jī)內(nèi)部流場的非軸對(duì)稱的特點(diǎn)，因此無法使處理機(jī)匣實(shí)現(xiàn)全周向上的最優(yōu)擴(kuò)穩(wěn)效果。因 此需要采用非軸對(duì)稱的自循環(huán)處理機(jī)匣，以實(shí)現(xiàn)在全周向上的最優(yōu)擴(kuò)穩(wěn)效果。
如圖1所示，非軸對(duì)稱的自循環(huán)機(jī)匣處理結(jié)構(gòu)一般由抽吸環(huán)槽1、導(dǎo)流環(huán)槽2和回 流環(huán)槽3組成，其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有抽吸環(huán)槽前端面相對(duì)于主流葉片前緣4的位置&，抽吸 環(huán)槽寬度br，氣體回流引入位置Sf ，氣體回流引入寬度bf ，旁通高度hb，旁通寬度bb等。研究 表明，抽吸環(huán)槽前端面相對(duì)于主流葉片4前緣的位置Sr直接決定了回流壓差和回流流量，
對(duì)擴(kuò)穩(wěn)效果的影響最大。因此設(shè)計(jì)合適的抽吸環(huán)槽位置Sr值在周向上的分布，是非軸對(duì)稱
自循環(huán)處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)擴(kuò)穩(wěn)效果的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于，通過設(shè)計(jì)一種非對(duì)稱自循環(huán)處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)的抽吸環(huán)槽位置分
布，即抽吸環(huán)槽前端面距壓氣機(jī)葉輪主流葉片的前緣的距離&在圓周方向上的分布，以優(yōu)
化非對(duì)稱自循環(huán)處理機(jī)匣對(duì)離心壓氣機(jī)的擴(kuò)穩(wěn)效果。 本發(fā)明的技術(shù)方案如下 開槽位置為圓弧分布的離心壓氣機(jī)非對(duì)稱自循環(huán)處理機(jī)匣，含有壓氣機(jī)渦殼， 在所述的壓氣機(jī)渦殼壁面上設(shè)有抽吸環(huán)槽、導(dǎo)流環(huán)槽和回流環(huán)槽，所述的抽吸環(huán)槽、導(dǎo)流 環(huán)槽和回流環(huán)槽形成自循環(huán)通道，其特征在于所述的抽吸環(huán)槽的前端面距壓氣機(jī)葉輪 主流葉片的前緣的距離Sr在周向上為圓弧分布，圓弧段的圓心角為a ，其取值范圍為 0< a《30° ;圓弧段的半徑為R，根據(jù)離心壓氣機(jī)的葉輪直徑D確定R的取值范圍為 上述技術(shù)方案中，所述的壓氣機(jī)渦殼由外殼和內(nèi)嵌套組成，所述的抽吸環(huán)槽1設(shè)置在內(nèi)嵌套的壁面上，所述的外殼的內(nèi)壁面和內(nèi)嵌套的外壁面形成所述的導(dǎo)流環(huán)槽2和回 流環(huán)槽。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果采用本發(fā)明所提出的開槽 位置為圓弧分布的離心壓氣機(jī)非對(duì)稱自循環(huán)處理機(jī)匣，相比于開槽位置在圓周方向上一致 的軸對(duì)稱自循環(huán)處理機(jī)匣可以較大地提高離心式壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍，同時(shí)維持效率基 本不變。


圖1是自循環(huán)通道示意圖。
圖2是外殼結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是內(nèi)嵌套結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是壓氣機(jī)渦殼示意圖。 圖5是所設(shè)計(jì)抽吸環(huán)槽形式對(duì)應(yīng)不同初始角度9 。的Sr值在圓周方向上分布示意 圖。 圖6是內(nèi)嵌套上抽吸環(huán)槽示意圖。 圖7是實(shí)例中&值在圓周方向上的分布示意圖。 圖8是實(shí)例中初始角度e。位置示意圖。 圖9a和圖9b是采用開槽位置為圓弧分布的非對(duì)稱自循環(huán)處理機(jī)匣與采用軸對(duì)稱 自循環(huán)處理機(jī)匣與無機(jī)匣處理時(shí)的壓氣機(jī)性能對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理、結(jié)構(gòu)和工作過程作進(jìn)一步的說明。
開槽位置為圓弧分布的離心壓氣機(jī)非對(duì)稱自循環(huán)處理機(jī)匣，含有壓氣機(jī)渦殼，在 所述的壓氣機(jī)渦殼壁面上設(shè)有抽吸環(huán)槽1、導(dǎo)流環(huán)槽2和回流環(huán)槽3，所述的抽吸環(huán)槽、導(dǎo) 流環(huán)槽和回流環(huán)槽形成自循環(huán)通道，其特征在于所述的抽吸環(huán)槽的前端面距壓氣機(jī)葉輪 主流葉片4的前緣的距離&在周向上為圓弧分布，圓弧段的圓心角為a ，其取值范圍為 0< a《30° ;圓弧段的半徑為R，根據(jù)離心壓氣機(jī)的葉輪直徑D確定R的取值范圍為
2 S A "0 。 所述的壓氣機(jī)渦殼由外殼5和內(nèi)嵌套6組成，所述的抽吸環(huán)槽1設(shè)置在內(nèi)嵌套6 的壁面上，所述的外殼的內(nèi)壁面和內(nèi)嵌套的外壁面形成所述的導(dǎo)流環(huán)槽2和回流環(huán)槽3。
圖2是外殼5的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是內(nèi)嵌套6的結(jié)構(gòu)示意圖。外殼和內(nèi)嵌套組合 成壓氣機(jī)渦殼，如圖4所示。 固定外殼5，并旋轉(zhuǎn)內(nèi)嵌套6，使二者裝配的相對(duì)位置發(fā)生改變，可以得到不同初 始角度e。的抽吸環(huán)槽位置Sr值在圓周方向上的圓弧分布。所述的外殼和內(nèi)嵌套通過螺釘 7連接組成，在外殼上周向上均布n個(gè)螺釘孔，即可得到對(duì)應(yīng)于n個(gè)不同初始角度9 。的分 布曲線，通過壓氣機(jī)性能試驗(yàn)確定最優(yōu)的初始角度9。。例如，圖2中外殼5上共開有4個(gè) 螺釘孔，因此可以得到四種不同的抽吸環(huán)槽位置&值在圓周方向上的圓弧分布，如圖5所 示。
圖6是內(nèi)嵌套6上抽吸環(huán)槽1的示意圖。所設(shè)計(jì)的在圓周方向上按圓弧分布的抽 吸環(huán)槽上、下邊緣均為曲面，如圖6中虛線所標(biāo)示。 在離心壓氣機(jī)工作過程中，小流量工況時(shí)，自循環(huán)通道內(nèi)空氣由抽吸環(huán)槽l，經(jīng)過 導(dǎo)流環(huán)槽2和回流環(huán)槽3流出。具體工作過程和原理為自循環(huán)處理機(jī)匣抽吸環(huán)槽1抽吸開 槽位置處葉尖區(qū)域的氣體，經(jīng)導(dǎo)流環(huán)槽2，由回流環(huán)槽3射出。抽吸環(huán)槽1對(duì)開槽位置處葉 尖區(qū)域氣體的抽吸作用造成葉尖間隙泄漏渦被抽吸環(huán)槽1吸取，泄漏流動(dòng)的通道被阻斷； 回流射入壓氣機(jī)入口 ，由于環(huán)槽內(nèi)流動(dòng)的相通，實(shí)現(xiàn)了壓氣機(jī)入口的流動(dòng)均勻性，消除通道 激波；回流增大了入口流量，使葉片入口正攻角減小，同時(shí)抽吸環(huán)槽l的抽吸作用減弱了壓 氣機(jī)喉口的背壓，逆壓梯度減小，有效抑制了葉片表面邊界層的分離。使用圓周方向上圓弧 分布的抽吸環(huán)槽開槽位置，使得在圓周方向上相應(yīng)的開槽處回流效果更好，從而更有效地 利用回流的作用，使得壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍擴(kuò)大。 在近堵塞工況，自循環(huán)通道內(nèi)空氣經(jīng)回流環(huán)槽3、導(dǎo)流環(huán)槽2，從抽吸環(huán)槽1射出。 回流環(huán)槽3使入口周向上流動(dòng)相通，從而使壓氣機(jī)入口流動(dòng)均勻性增加，削弱了入口激波； 抽吸環(huán)槽1的射流使流通能力增強(qiáng)，從而拓展了堵塞邊界。但是，由于近堵塞工況抽吸動(dòng)力 不足，故該處理機(jī)匣對(duì)堵塞邊界的擴(kuò)展沒有對(duì)失速邊界的擴(kuò)展明顯。 以下為針對(duì)某一尺寸的離心壓氣機(jī)，采用開槽位置為圓弧分布的離心壓氣機(jī)非對(duì) 稱自循環(huán)處理機(jī)匣以提高穩(wěn)定工作范圍的實(shí)例。 該壓氣機(jī)非對(duì)稱自循環(huán)處理處理機(jī)匣Sr值在圓周方向上的分布為如圖7所示。初 始角度點(diǎn)9。 = 90° ，其位置如圖8所示。 圖9a和圖9b為該離心壓氣機(jī)采用本發(fā)明開槽位置為圓弧分布的非對(duì)稱自循環(huán)處 理機(jī)匣與采用開槽位置在圓周方向上一致的軸對(duì)稱的自循環(huán)處理機(jī)匣，以及無機(jī)匣處理的 壓氣機(jī)性能對(duì)比圖。 通過性能對(duì)比，可知采用本發(fā)明開槽位置為圓弧分布的離心壓氣機(jī)非對(duì)稱自循環(huán) 處理機(jī)匣相對(duì)于無機(jī)匣處理，以及采用開槽位置在圓周方向上一致的離心壓氣機(jī)軸對(duì)稱自 循環(huán)處理機(jī)匣可較大地提高壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍，同時(shí)維持效率基本不變。
權(quán)利要求
開槽位置為圓弧分布的離心壓氣機(jī)非對(duì)稱自循環(huán)處理機(jī)匣，含有壓氣機(jī)渦殼，在所述的壓氣機(jī)渦殼壁面上設(shè)有抽吸環(huán)槽(1)、導(dǎo)流環(huán)槽(2)和回流環(huán)槽(3)，所述的抽吸環(huán)槽、導(dǎo)流環(huán)槽和回流環(huán)槽形成自循環(huán)通道，其特征在于所述的抽吸環(huán)槽的前端面距壓氣機(jī)葉輪主流葉片(4)的前緣的距離Sr在周向上為圓弧分布，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(jù)離心壓氣機(jī)的葉輪直徑D確定R的取值范圍為FSA00000030689200011.tif
2. 按照權(quán)利要求1所述的開槽位置為圓弧分布的離心壓氣機(jī)非對(duì)稱自循環(huán)處理機(jī)匣， 其特征在于所述的壓氣機(jī)渦殼由外殼(5)和內(nèi)嵌套(6)組成，所述的抽吸環(huán)槽(1)設(shè)置在 內(nèi)嵌套(6)的壁面上，所述的外殼的內(nèi)壁面和內(nèi)嵌套的外壁面形成所述的導(dǎo)流環(huán)槽(2)和 回流環(huán)槽(3)。
全文摘要
開槽位置為圓弧分布的離心壓氣機(jī)非對(duì)稱自循環(huán)處理機(jī)匣，涉及一種離心式壓氣機(jī)處理機(jī)匣，屬于葉輪機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。通過在壓氣機(jī)渦殼壁面上設(shè)置抽吸環(huán)槽、回流環(huán)槽和導(dǎo)流環(huán)槽，形成自循環(huán)通道，并使抽吸環(huán)槽的前端面距主流葉片的前緣的距離Sr在圓周方向上為圓弧分布，以優(yōu)化非對(duì)稱自循環(huán)處理機(jī)匣對(duì)離心壓氣機(jī)的擴(kuò)穩(wěn)效果。采用本發(fā)明所提出的開槽位置為圓弧分布的離心壓氣機(jī)非對(duì)稱自循環(huán)處理機(jī)匣，相比于圓周方向上開槽位置一致軸對(duì)稱自循環(huán)處理機(jī)匣可以較大地提高離心式壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍，同時(shí)維持效率基本不變。
文檔編號(hào)F04D29/42GK101761512SQ201010110230
公開日2010年6月30日 申請日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者張揚(yáng)軍, 楊名洋, 林韻, 玉木秀明, 鄭新前, 馬場隆弘 申請人:清華大學(xué);株式會(huì)社Ihi