[发明专利]离心压缩机的双层叶片收敛型扩压器

说明书

技术领域

本发明涉及离心式空气压缩机，特别涉及一种离心压缩机的双层叶片收敛型扩压器。

背景技术

离心压缩机由于结构简单，单级压比高，工艺性能好而被广泛应用于工业各领域。特别是在冶金、石油化工、动力工业以及机械、建筑、采矿业中广泛应用，主要用来增加气体压力。对于小型、微型燃气轮机，离心压缩机是整个系统的重要组成部分，直接关系整台装置的性能。

在离心压缩机中，叶片扩压器是一个与叶轮几乎同等重要的静止元件。扩压器的作用主要是使从叶轮出来的具有较大动能的气流减速，使动能有效地转化为压力能。无论对于径向直叶片叶轮还是后弯或是强后弯叶轮，这部分动能都占叶轮总耗功很大的比例。叶片扩压器对于提高压缩机级效率和级压比，改变最佳工况点位置，扩大稳定工作范围起着十分重要的作用。尽管与无叶扩压器流程长，摩擦损失大等缺点相比，叶片扩压器具有扩压程度大，尺寸小的优点，但是由于叶片的存在，变工况时冲击损失较大，效率明显下降。无论是流量小于设计流量还是大于设计流量，流道中流动情况均会发生恶化，大大降低叶片扩压器的效率，甚至使叶片扩压器丧失其扩压的作用。而叶片扩压器进口形状和与之匹配的叶轮在很大程度上决定了叶片扩压器进口流场，进口流场的分布又直接影响到叶片扩压器内流动性能。许多实验研究发现，不同的叶片扩压器进口流动条件能很大程度地改变压缩机的级性能曲线。因此，对扩压器的研究是一项十分有价值的工作。

扩压器的优化设计实质就是以最小的损失或最短的结构长度，达到足够的扩压效果。同时，扩压器的设计为离心压气机设计的主要难点之一。在扩压器的进口部分需要与叶轮出口匹配，而在叶轮出口处的气流存在很强烈的射流尾迹，从叶轮出口到扩压器入口这段区域的气流速度高，不稳定性强，使扩压器的入口气流角沿叶高方向分布大小不一，尤其在靠近轮盖的位置，气流冲角较大，形成较大的二次流，流道中极易发生严重的气流分离，当气流分离达到一定程度，极易使压缩机进入失速喘振状态，从而严重影响发动机的工作稳定性，甚至损坏整个压缩机。因此，如何改进叶片扩压器使其能够较好的匹配叶轮出口的高旋三元气流，增大叶片扩压器的工作范围是亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是针对现离心压缩机叶轮出口复杂的三元流动而导致的扩压器入口气流的不均匀性，提供一种离心压缩机的双层叶片收敛型扩压器，将原有扩压器的单层叶片改成上下两层叶片分布，上下两层叶片交错分布，入口安装角互不相同，很好地适应了扩压器入口处的不均匀气流，减小了靠近轮盖处的二次流强度，而收敛型的扩压器子午面流道也可以抑制扩压器内的回流强度，增大了扩压器的流通面积，从而提升了扩压器的气动性能。

本发明包括轮盖、上层叶片、隔板、下层叶片和轮盘；十二片下层叶片沿圆周均布，且底部均固定在轮盘上，顶部均与隔板底面固定；所述隔板的厚度为1～2mm；十二片上层叶片沿圆周均布，且底部均固定在隔板顶面上，顶部均与轮盖固定；上层叶片和下层叶片均采用翼形结构。

所述上层叶片的顶面为抛物面，上层叶片前缘的高度比上层叶片后缘的高度大12～15mm。上层叶片压力面和上层叶片吸力面均开设有第一弧形翼槽；所述第一弧形翼槽的中心线高度为上层叶片后缘高度值的1/2；第一弧形翼槽靠近上层叶片前缘的端面与上层叶片前缘之间所夹弧长为上层叶片弦长的1/8～1/7，第一弧形翼槽靠近上层叶片后缘的端面与上层叶片后缘之间所夹弧长为上层叶片弦长的1/7～1/6；第一弧形翼槽为等截面槽，且截面呈半圆形。

所述下层叶片前缘与下层叶片尾缘等高，且等于上层叶片前缘的高度；下层叶片压力面和下层叶片吸力面均开设有第二弧形翼槽；所述第二弧形翼槽的中心线高度为下层叶片高度值的1/2；第二弧形翼槽靠近下层叶片前缘的端面与下层叶片前缘之间所夹弧长为下层叶片弦长的1/8～1/7，第二弧形翼槽靠近下层叶片尾缘的端面与下层叶片尾缘之间所夹弧长为下层叶片弦长的1/7～1/6；第二弧形翼槽为等截面槽，且截面呈半圆形。

所述下层叶片和上层叶片压力面的前缘线在同一纵截面上的截点位于以轮盘中心为圆心的同一圆周上；上层叶片的入口安装角比下层叶片的入口安装角大6～8°。

由轮盖与轮盘形成的扩压器子午面流道中，轮盖的型线由一段抛物线两端连接两段直线段组成，入口处的直线段长12～16mm，出口处的直线段长8～10mm，抛物线的形状与上层叶片的顶面形状匹配。扩压器子午面流道的出口宽度比入口宽度小12～15mm。