[发明专利]低稠度叶片扩压器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及离心式压缩机领域，特别是一种低稠度叶片扩压器及其制造方法。

背景技术

据统计，离心式冷水机组90％以上的时间处于部分负荷工况下运行，其冷水机组的部分负荷性能直接影响机组全年运行功耗。同时，国标GB/T18430.1-2007中也提出综合部分负荷性能系数IPLV的规定和要求。因此，对于离心式制冷压缩机的设计来说，不但要保证较高的满负荷效率，而且要追求部分负荷的性能指标，同时还要保证较宽的运行工况范围。

扩压器的合理使用可以使压缩机具有很好的性能。由于从叶轮中出来的气流还有很大的气流速度，对于制冷压缩机的叶轮来说，其出口气流速度可高达100m/s。为了减少损失，一般要求排入冷凝器的气流流速为10～30m/s，若将100m/s这么大速度的气流直接排入冷凝器，将引起很大的动能损失。因此，为了回收这部分动能，常常在叶轮后面增加扩压器，常用的扩压器形式包括无叶扩压器或叶片扩压器。

如图1所示，采用无叶扩压器的单级离心压缩机，其无叶扩压器70位于叶轮40出口和蜗壳60进口之间。从蒸发器出来的低温低压制冷剂蒸汽经导叶(IGV)50调节和叶轮40做功后变为高压高速的气体，进入无叶扩压器70，以一定的气流方向角从无叶扩压器70的进口流动至出口，速度逐渐降低，压力逐渐升高。在不考虑流动损失情况下，随着扩压器出口外径的增大，气流压力升高。最后从扩压器70出来的气体进入蜗壳60，经蜗壳60收集后排到冷凝器中。

无叶扩压器包括由两个壁面构成的环形通道，结构简单，造价低，性能曲线平坦，稳定工况范围较宽，且在马赫数Ma较高时，效率降低不明显，其缺点是因气流方向角基本不变，流动路程较长。因此摩擦损失大，若想获得较高的扩压度，必须把扩压器的外径做得很大，这样导致机器的外形尺寸很大；而且在设计工况下，其效率低于叶片扩压器，特别在气流方向角小时更为明显。

叶片扩压器是在上述无叶扩压器的环形空间内装上一系列叶片，具有扩压能力强，尺寸小的优点，其流道短，流动损失小，因而效率较高。在设计工况下，其效率可比无叶扩压器高3～5％，特别在气流方向角较小时，叶片扩压器效率更高。叶片扩压器的缺点是：由于叶片的存在，变工况时气流冲击损失较大，效率下降明显，特别在冲角较大时，流道中易产生严重的分离，会导致喘振的发生。另外，叶片扩压器的扩压作用主要发生在前半段，愈到后面，流动损失越大，扩压作用就愈弱，所以，单一增加叶片出口外径来增加扩压度的做法效果并不显著。

叶片扩压器相比无叶扩压器具有较高的效率，但变工况适应性差，扩压度也受叶片出口外径直径影响，如何利用叶片扩压器既提高效率又保证较宽的运行范围是现有技术需要解决的问题。

发明内容

本发明提供一种低稠度叶片扩压器及其制造方法，解决现有叶片扩压器效率低、变工况适应性差的缺点。

本发明通过如下技术方案实现：一种低稠度叶片扩压器，设置在压缩机的叶轮的出口和蜗壳的进口之间，包括：进口无叶段，进口连通叶轮的出口；低稠度叶片段，内部设置叶片，进口连通进口无叶段的出口；出口无叶段，进口连通低稠度叶片段的出口，出口连通蜗壳的进口。

进一步地，叶片呈环形均匀分布，叶片的叶片弦长与叶片间距之比小于1.5。

进一步地，进口无叶段的内径由进口到出口逐渐收敛。

进一步地，进口无叶段与叶轮的轮盖同侧的壁逐渐收敛，与叶轮的轮毂同侧的壁为直壁。

进一步地，叶片的出进口直径比为1.15～1.32。

进一步地，叶片的进口角为10°～25°，出口角为25°～35°。

进一步地，叶片的叶片数为7～13片。

进一步地，叶片的叶片弦长与叶片间距之比的计算公式为：其中，l为叶片弦长，t为叶片间距，Z为叶片数量，D₄为叶片出口直径，D₃为叶片进口直径，α₃₁为叶片进口角，α₄为叶片出口角。

进一步地，叶片采用机翼型叶片。

根据本发明的另一方面，提供一种低稠度叶片扩压器的制造方法，包括，过渡段加工步骤，在第一板上预留出低稠度叶片段，在低稠度叶片段的进口处加工进口无叶段，在低稠度叶片段的出口处加工出口无叶段；叶片加工步骤，在低稠度叶片段加工呈环形均匀分布的叶片；组合安装步骤，将第二板与第一板组合形成低稠度叶片扩压器，将低稠度叶片扩压器安装在压缩机叶轮的出口和蜗壳的进口之间。

进一步地，叶片的叶片弦长与叶片间距之比小于1.5。