本發(fā)明涉及一種采用周向可變?nèi)~片稠度非對稱有葉擴(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)：

本發(fā)明所涉及的采用周向可變?nèi)~片稠度非對稱有葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)，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。然而，離心壓氣機(jī)運(yùn)行工況范圍有限。在低流量工況下，由于大尺度流動分離等現(xiàn)象，離心壓氣機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)不穩(wěn)定流動現(xiàn)象，造成失速甚至喘振等現(xiàn)象，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)采用固定背盤和機(jī)殼，中間是具有特定翼型的葉片。傳統(tǒng)的有葉擴(kuò)壓器的稠度和葉片安裝角通過設(shè)計(jì)點(diǎn)工況確定，在基于周向來流均勻的假設(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能轉(zhuǎn)化為靜壓。傳統(tǒng)的有葉擴(kuò)壓器是軸對稱的，其稠度以及安裝角在周向方向上都是均勻分布的。而由于蝸殼等部件的存在，離心壓氣機(jī)內(nèi)部流場往往是周向非均勻的，當(dāng)壓氣機(jī)工作在小流量的時候，不均勻的流場導(dǎo)致有葉擴(kuò)壓器某些局部出現(xiàn)大尺度流動分離現(xiàn)象，造成流動損失，降低擴(kuò)壓器效率，產(chǎn)生局部流動不穩(wěn)定；當(dāng)流量進(jìn)一步減小時，流動不穩(wěn)定進(jìn)一步惡化，導(dǎo)致更大尺度的流動分離甚至是氣體回流，誘導(dǎo)壓氣機(jī)出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提出一種采用周向可變?nèi)~片稠度非對稱有葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)，對已有的離心壓氣機(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，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)部流場的非均勻性，抑制有葉擴(kuò)壓器內(nèi)部流動分離，改善離心壓氣機(jī)氣動穩(wěn)定性。

本發(fā)明提出的采用周向可變?nèi)~片稠度非對稱有葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)，包括機(jī)殼、離心葉輪、背盤和擴(kuò)壓器；所述的機(jī)殼與背盤相對固定，機(jī)殼外端形成蝸殼流道，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，擴(kuò)壓器由多個擴(kuò)壓器葉片組成，多個擴(kuò)壓器葉片沿圓周固定在機(jī)殼或背盤上，相鄰兩個擴(kuò)壓器葉片之間形成流道，其特征在于擴(kuò)壓器葉片沿圓周安裝的稠度si在周向可變，具體如下：

其中，i為流道序號，c為擴(kuò)壓器葉片的弦長，r為擴(kuò)壓器葉片前緣與離心壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)軸中心之間的距離，即擴(kuò)壓器葉片的前緣半徑，為與第i個流道相對應(yīng)的圓心角，為所有流道的圓心角的平均值，n為擴(kuò)壓器的流道數(shù)，k為計(jì)算參數(shù)，取值范圍為1≤k≤50，本發(fā)明的一個實(shí)施例中，k取值為20，δspi為第i個流道與相鄰下游流道之間的靜壓差，spi為第i個流道出口的靜壓，spave為n個流道出口靜壓的平均值，εi為修正參數(shù)，εi的取值范圍為且滿足本發(fā)明的一個實(shí)施例中，εi取值為0。

本發(fā)明提出的采用周向可變?nèi)~片稠度非對稱有葉擴(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)壓器稠度和擴(kuò)壓器出口靜壓相關(guān)，且在周向可變，針對具體的流場細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)，和實(shí)際的非均勻流場更加匹配，因此能夠有效降低擴(kuò)壓器內(nèi)部流場的非均勻性，更適應(yīng)擴(kuò)壓器出口壓力畸變(實(shí)際中常由于蝸殼導(dǎo)致)，改善有葉擴(kuò)壓器內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)，使得流場更加均勻，提升有葉擴(kuò)壓器的性能，有效抑制了個別流道率先發(fā)生流動失穩(wěn)而誘發(fā)壓氣機(jī)整體喘振，改善了離心壓氣機(jī)的流動穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提出的采用周向可變?nèi)~片稠度非對稱有葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)的剖視圖。

圖2是圖1所示的離心壓氣機(jī)中離心葉輪和擴(kuò)壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明一個實(shí)施例中擴(kuò)壓器出口靜壓周向分布。

圖4是根據(jù)圖3所示靜壓分布和本發(fā)明提出的方法所確定的流道對應(yīng)圓心角周向分布。

圖1-圖4中，1是離心壓氣機(jī)進(jìn)口，2是旋轉(zhuǎn)軸，3是離心葉輪，4是擴(kuò)壓器，5是背盤，6是蝸殼流道，7是機(jī)殼，8是擴(kuò)壓器葉片，9是擴(kuò)壓器出口。c是葉片弦長，i是流道序號，r是擴(kuò)壓器葉片的前緣半徑，是與第i個流道相對應(yīng)的圓心角。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提出的采用周向可變?nèi)~片稠度非對稱有葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括機(jī)殼7、離心葉輪3、背盤5和擴(kuò)壓器4。機(jī)殼7與背盤5相對固定，機(jī)殼7的外端形成蝸殼流道6。離心葉輪3和擴(kuò)壓器4同軸安裝，離心葉輪3由離心壓氣機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸2驅(qū)動，擴(kuò)壓器4由多個擴(kuò)壓器葉片8組成，如圖2中所示，多個擴(kuò)壓器葉片沿圓周固定在機(jī)殼7或背盤5上，相鄰兩個擴(kuò)壓器葉片之間形成流道，擴(kuò)壓器葉片沿圓周安裝的稠度si為：

其中，i為流道序號，c為擴(kuò)壓器葉片的弦長，r為擴(kuò)壓器葉片前緣與離心壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)軸中心之間的距離，即擴(kuò)壓器葉片前緣的半徑，為與第i個流道相對應(yīng)的圓心角，為所有流道的圓心角的平均值，n為擴(kuò)壓器的流道數(shù)，k為計(jì)算參數(shù)，取值范圍為1≤k≤50，本發(fā)明的一個實(shí)施例中，k取值為20，δspi為第i個流道與相鄰下游流道之間的靜壓差，spi為第i個流道出口的靜壓，可以通過壓力測量實(shí)驗(yàn)或仿真得到，spave為n個流道出口靜壓的平均值，εi為修正參數(shù)，εi的取值范圍為且滿足本發(fā)明的一個實(shí)施例中，εi取值為0。

以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步說明：

本發(fā)明提出的采用周向可變?nèi)~片稠度非對稱有葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)，有葉擴(kuò)壓器葉片前緣位置，葉片高度，葉片形狀以及葉片安裝角在周向上無差別；稠度在周向方向上是非均勻分布的，不同周向位置的稠度不相等；葉片稠度的改變通過改變?nèi)~片流道對應(yīng)圓心角(相鄰葉片前緣間距)實(shí)現(xiàn)。而稠度在周向上的分布方式，和擴(kuò)壓器出口的靜壓分布相關(guān)，通過這種關(guān)聯(lián)，所設(shè)計(jì)的采用周向可變?nèi)~片稠度非對稱有葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)能夠更好的適應(yīng)內(nèi)部非均勻流場，有效降低流場的非均勻性，抑制局部流動率先發(fā)生流動分離而導(dǎo)致的壓氣機(jī)提前失穩(wěn)，能夠有效提高壓氣機(jī)流動穩(wěn)定性。

通過本發(fā)明的一個實(shí)施例來敘述擴(kuò)壓器稠度周向分布的確定方法，過程如下：

1)采用和常規(guī)軸對稱有葉擴(kuò)壓器相同的方法，確定擴(kuò)壓器流道總數(shù)n，本發(fā)明實(shí)施例流道數(shù)為n＝16；

2)通過實(shí)驗(yàn)測量、仿真或者其他方式，獲得常規(guī)軸對稱擴(kuò)壓器出口周向靜壓分布。本發(fā)明實(shí)施例中擴(kuò)壓器出口靜壓周向分布如圖3所示；

3)通過靜壓周向分布獲得各流道出口的靜壓數(shù)值，總共n個，如圖3中“+”標(biāo)記所示，分別對應(yīng)于不同流道i的出口靜壓，第i個流道的出口靜壓記為spi，其中i＝1,2,…,n，并把這n個出口靜壓的平均值記為spave，即

4)根據(jù)公式確定各流道所對應(yīng)的圓心角由于稠度所以確定了各流道所對應(yīng)的圓心角在周向上的分布，也就確定了稠度在周向上的分布。在公式中，為所有流道的圓心角的平均值，即n為擴(kuò)壓器的流道數(shù)；k為計(jì)算參數(shù)，取值范圍為1≤k≤50，本發(fā)明實(shí)施例中k取值為20；δspi為第i個流道與相鄰下游流道之間的靜壓差，即同時，對于每一個流道i所對應(yīng)的圓心角通過修正參數(shù)εi進(jìn)行調(diào)整，εi的取值范圍為且滿足本發(fā)明實(shí)施例中，對于每一個流道i，εi取值均為0。

5)通過步驟(4)即可確定各流道所對應(yīng)的圓心角在周向上的分布，從而得到稠度在周向上的分布。本發(fā)明實(shí)施例中所得到的各流道所對應(yīng)的圓心角在周向上的分布如圖4所示。由于擴(kuò)壓器出口靜壓周向上的非均勻特性，所得到的各流道所對應(yīng)的圓心角在周向上也是可變的，故而所得到的有葉擴(kuò)壓器葉片稠度是周向可變的非對稱有葉擴(kuò)壓器。