[发明专利]开槽宽度为抛物线的离心压气机非对称自循环处理机匣

说明书

技术领域

本发明涉及一种离心式压气机处理机匣，属于叶轮机械技术领域。可用于各种用途的增压器离心压气机、工业用离心压气机以及航空离心压气机等叶轮机械。

背景技术

离心式压气机等叶轮式压气机相对于往复式压气机，具有效率高、体积重量轻、运转平稳等优势，但其工况范围有限。离心式压气机低流量工况下内部流场出现大尺度流动分离等现象，出现不稳定工作现象，造成失速甚至喘振，直接导致压气机效率和压比急剧下降，寿命严重缩短，甚至短时间内直接损坏。因此人们采取了很多方法来推迟压气机失速等不稳定现象的发生，以扩大其稳定工作范围。

目前普遍认为处理机匣是提高压气机稳定工作范围的有效方法。但是传统的处理机匣结构一般为轴对称结构。而当压气机处于非设计工况时，由于离心压气机涡壳的轴向非对称性导致了叶轮出口流动的周向畸变，从而影响上游的流动参数，导致压气机叶轮及无叶扩压器内部的周向流动参数呈现非轴对称性。传统的轴对称处理机匣结构无法考虑压气机内部流场的非轴对称的特点，因此无法使处理机匣实现全周向上的最优扩稳效果。因此需要采用非轴对称的自循环处理机匣，以实现在全周向上的最优扩稳效果。

如图1所示，非轴对称的自循环处理机匣一般包含抽吸环槽1、导流环槽2和回流环槽3，其主要结构参数有：抽吸环槽1相对于主流叶片前缘4位置S_r，抽吸环槽宽度b_r，气体回流引入位置S_f，气体回流引入宽度b_f，旁通高度h_b，旁通宽度b_b等。研究表明，抽吸环槽宽度b_r对扩稳效果有较大的影响。因此设计合适的圆周方向上的抽吸环槽宽度b_r值分布，是非轴对称自循环处理机匣实现最优扩稳效果的关键。

发明内容

本发明目的在于，通过设计一种非对称自循环处理机匣结构的抽吸环槽宽度b_r值在圆周方向上的分布，以优化非对称自循环处理机匣对离心压气机的扩稳效果。

本发明的技术方案如下：

开槽宽度为抛物线的离心压气机非对称自循环处理机匣，含有压气机涡壳，在压气机涡壳壁面上设有抽吸环槽、导流环槽和回流环槽，所述的抽吸环槽、导流环槽和回流环槽形成自循环通道，其特征在于：所述的抽吸环槽的宽度b_r在圆周方向上为抛物线分布，即b_r＝A(α·D-β·D)²+A₀，

其中A为该抛物线的一个特征参数，根据离心压气机的叶轮直径D确定A的取值范围为α表示抽吸环槽的圆周角度，为公式的自变量，α的定义域为：θ₀≤α≤θ₀+360°，θ₀为周向初始角度，取值范围为0°≤θ₀≤360°；β为该抛物线分布在极值点处对应的圆周角度，即当α＝β时，b_r有极值A₀，A₀取值范围为：

上述技术方案中，所述的压气机涡壳由外壳和内嵌套组成，所述的抽吸环槽1设置在内嵌套的壁面上，所述的外壳的内壁面和内嵌套的外壁面形成所述的导流环槽和回流环槽。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：采用本发明所提出的开槽宽度为抛物线的离心压气机非对称自循环处理机匣，相比于开槽宽度在圆周方向上一致的轴对称自循环处理机匣可以较大地提高离心压气机的稳定工作范围，同时维持效率基本不变。

附图说明

图1是自循环通道示意图。

图2是外壳结构示意图。

图3是内嵌套结构示意图。

图4是压气机涡壳结构示意图。

图5是所设计抽吸环槽形式对应不同初始角度θ₀的b_r值在圆周方向上分布示意图。

图6是内嵌套上抽吸环槽示意图。

图7是实例中初始角度θ₀位置示意图。

图8a和图8b是采用开槽宽度为抛物线的非对称自循环处理机匣与采用轴对称自循环处理机匣与无机匣处理时的压气机性能对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理、结构和工作过程作进一步的说明。