采用安装角和稠度耦合可变的非对称有叶扩压器的压气机.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107061321A(43)申请公布日2017.08.18(21)申请号201710154444.4(22)申请日2017.03.15(71)申请人清华大学地址100084北京市海淀区清华园1号申请人株式会社IHI(72)发明人郑新前孙振中张美杰川久保知己玉木秀明(74)专利代理机构北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)11201代理人罗文群(51)Int.Cl.F04D25/08(2006.01)F04D29/44(2006.01)F04D29/66(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图4页(54)发明名称采用安装角和稠度耦合可变的非对称有叶扩压器的压气机(57)摘要本发明涉及一种采用安装角和稠度耦合可变的非对称有叶扩压器的压气机，属于叶轮机械技术领域。本发明的离心压气机包括蜗壳，离心叶轮和有叶扩压器。本发明中的有叶扩压器进口前缘位置以及叶片形状在周向上是无差别的，而扩压器叶片安装角和稠度在周向上均是非对称分布的，不同周向位置的扩压器叶片安装角和稠度不相等。本发明可以有效适应有叶扩压器下游周向压力畸变，避免局部流动气流攻角过大而造成局部大尺度流动分离，降低有叶扩压器内部流场的非均匀性，有效改善离心压气机流动稳定性，拓宽离心压气机稳定工作范围。CN107061321ACN107061321A权利要求书1/1页1.一种采用安装角和稠度耦合可变的非对称有叶扩压器的压气机，包括机壳、离心叶轮、背盘和扩压器；所述的机壳与背盘相对固定，机壳两侧形成蜗壳流道，所述的离心叶轮和扩压器同轴安装，离心叶轮由离心压气机旋转轴驱动，扩压器由多个扩压器叶片组成，多个扩压器叶片沿圆周固定在机壳或背盘上，相邻两个扩压器叶片之间形成流道，其特征在于扩压器叶片沿圆周安装的安装角βi和稠度Si分别为：βi＝βdesign+kα·(αi-αave)+δi其中，i为扩压器叶片序号，βdesign为根据离心压气机的设计流量确定的扩压器叶片的理论安装角，kα为第一修正参数，取值范围为0＜kα≤5，αi为第i个扩压器叶片前缘处的气流角，αave为所有扩压器叶片前缘处气流角的平均值，N为扩压器的叶片数，δi是第二修正参数，取值范围为-βdesign＜δi≤90°-βdesign，c为扩压器叶片的弦长，r为扩压器叶片前缘与离心压气机旋转轴中心之间的距离，即扩压器叶片前缘的半径，为第i个叶片的前缘与第i+1个叶片的前缘所形成的圆心角，为扩压器叶片圆心角的平均值，N为扩压器的叶片数，kp为第三修正参数，kp的取值范围为1≤kp≤50，spi为第i个叶片尾缘下游处的静压，Δspi为第i+1个叶片尾缘下游与第i个叶片尾缘下游之间的静压差，spave为N个叶片尾缘下游静压的平均值，kβ为第四修正参数，kβ取值范围为1≤kβ≤50，Δβi为第i+1个扩压器叶片安装角与第i个扩压器叶片安装角之差，βi为第i个扩压器叶片安装角，βave为N个叶片安装角的平均值，εi为第五修正参数，εi的取值范围为且满足2CN107061321A说明书1/5页采用安装角和稠度耦合可变的非对称有叶扩压器的压气机技术领域[0001]本发明涉及一种采用安装角和稠度耦合可变的非对称有叶扩压器的压气机，属于叶轮机械技术领域。背景技术[0002]本发明所涉及的采用安装角和稠度耦合可变的非对称有叶扩压器的压气机，涉及车用、船用、航空用等各种用途增压器的离心压气机，以及航空、工业、发电等各种用途涡轴、涡桨发动机的离心压气机。[0003]相比于已有的往复式活塞压气机，离心压气机等叶轮式压气机具有效率高、体积重量轻、运转平稳等优势。然而，离心压气机运行工况范围有限。在低流量工况下，由于扩压器进口气流攻角增大，导致大尺度流动分离等现象，离心压气机内部出现不稳定流动，造成失速甚至喘振的发生，将直接导致压气机压比和效率下降，缩短压气机寿命甚至在短时间内损坏压气机。[0004]有叶扩压器是离心压气机在高压比需求下提高压气机效率的有效措施，其流道两侧采用固定背盘和机壳，中间是具有特定翼型的叶片。传统有叶扩压器的稠度和安装角通过设计点工况确定，在基于周向来流均匀的假设下保证设计点获得最优性能，能够有效的将叶轮出口气流的动能转化为静压。传统的有叶扩压器是轴对称的，其叶片安装角以及稠度在周向方向上都是均匀分布的。而由于蜗壳等部件的存在，离心压气机内部流场往往是周向非均匀的，当压气机工作在小流量的时候，不均匀的流场导致有叶扩压器某些局部气流攻角过大，出现大尺度流动分离现象，造成流动损失，降低扩压器效率，产生局部流动不稳定；当流量进一步减小时，流动不稳定进一步恶化，导致更大尺度的流动分离甚至是气体回流，诱导压气机出现喘振现象。发明内容[0005]本发明目的是提