[发明专利]1/2型串列叶片式扩压器

说明书

技术领域

本发明涉及一种叶片式扩压器，特别涉及一种前后排叶片数目比为1∶2的串列叶片式扩压器。

背景技术

离心压缩机的两个最重要的组成部件是离心叶轮和扩压器。旋转离心叶轮通过离心力作用，将旋转轴的机械能转换为气体的压力能及动能；扩压器又进一步将部分动能转化为压力能。在一般情况下，离心叶轮出口的气体速度可达200～300m/s，高能量头叶轮出口的气体速度有时在500m/s以上，这部分动能约占后弯叶轮总耗功的25％～40％，径向叶轮总耗功的50％，所以扩压器的结构型式及其内部流动状况对离心压缩机的增压能力及稳定运行范围具有重要影响。

无叶扩压器中气流按对数螺旋线(气流方向角α不变)的轨迹流动，使得气流流动路程较长，摩擦损失大，因而在离心压缩机中，通常采用叶片式扩压器。

叶片式扩压器迫使气流沿叶片限定的方向运动，而叶片的形状和安装情况总是使气流方向角α增大，从而缩短了气流流动的路程，减小流动损失，提高效率。串列叶片式扩压器(图1)的圆环形通道中，设有前后两排相互分割、交错、重叠的断面呈气动翼形的叶片排(沿周向)，前后叶片数相等。与传统叶片式扩压器相比，串列叶片式扩压器能够有效增大气流转折角，对减小压缩机结构尺寸有利，满足特殊应用场合对离心压缩机的要求。

但是前后排叶片数相等的串列叶片式扩压器的主要缺点在于：前排叶片数太稠，减小了叶道的几何喉部尺寸及叶道的通流面积，对大流量下的气动性能不利；后排叶片数太稀，扩压能力减弱，且小流量时分离流损失增大，对小流量下的气动性能不利。

因此前后排叶片数相等的串列叶片式扩压器存在如下两个问题：一是稳定运行范围窄，小流量下边界层容易发生流动分离，大流量下叶道喉部容易发生流动堵塞；二是后排叶片增压能力小。为此，有必要对叶片扩压器的叶片结构做进一步的探索和研究。

发明内容

本发明为了解决传统串列叶片式扩压器存在的稳定运行范围窄和后排叶片增压能力小的问题，提供了一种1/2型串列叶片式扩压器。该扩压器能有效提高前排叶道的几何喉部尺寸及通流面积，减弱前排叶片进口附近的流动阻塞；同时又能增大叶型转折角，提高后排叶片扩压能力；且串列叶片结构所形成的缝隙收敛通道能有效的控制叶片表面的流动分离与气动载荷分配，减小喘振流量，得到叶片式扩压器的扩稳增压的效果。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

1/2型串列叶片式扩压器，包括两个平行相对的圆环形板，该两个圆环形板相对的圆环形面之间构成圆环形通道，圆环形通道周向内侧均匀设有前排叶片，圆环形通道周向外侧均匀设有后排叶片，所述前、后排叶片相互分割、交错、重叠，其特征在于，所述前、后排叶片数目比为1∶2，前、后排叶片重叠度：Δm＝Δm/m，其中Δm＝m₁₂-m₂₁；m＝m₂₂-m₁₁；前、后排叶片交错度：Δθ＝Δθ/2π/N，其中Δθ为前、后排叶片的交错角；N为前排叶片数；前、后排叶片相对分割位置：m＝(m₂₁-m₁₁)/m，以上m_ij为叶片子午长度，第一个下标表示前、后排叶片，第二个下标表示叶片的进、出口；i＝1，2；j＝1，2。

上述方案中，所述前、后排叶片的重叠度Δm在-5％-20％范围内变化。所述前、后排叶片的交错度Δθ在5％-45％范围内变化。所述前、后排叶片的相对分割位置m在20％-70％范围内变化。

与现有技术相比，本发明的1/2型串列叶片式扩压器的优点在于：

1)前排叶片采用低稠度叶片布置方案，能够有效提高叶道的几何喉部尺寸，降低叶片几何厚度、叶片边界层厚度所引起的阻塞效应，从而扩大有效通流面积，增大堵塞流量；

2)后排叶片采用高稠度叶片布置方案，能够有效增大叶型转折角，控制气流在扩压器中的流动，使气流方向角α随着叶型转折角的增大而增大，从而提高后排叶片扩压能力；

3)利用前后排叶片之间交错度、重叠度以及相对分割位置的影响，通过合理地分配主流区及边界层内的能量分布、合理地分配叶片的气动载荷、合理地布局缝道区内的加速流动，可以有效地控制后排叶片边界层流动不发生分离，从而减小喘振流量。

附图说明

图1为前后叶片数相等的一种现有串列叶片式扩压器的正视图。

图2为本发明串列叶片式扩压器的正视图。图中，1-前排叶片；2-后排叶片；3-圆环形通道。