[发明专利]采用周向可变叶片高度非对称有叶扩压器的离心压气机

说明书

本发明涉及一种采用周向可变叶片高度非对称有叶扩压器的离心压气机，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。本发明中的扩压器叶片前缘位置，扩压器叶片翼型，扩压器叶片安装角以及稠度在周向上无差别，而扩压器叶片高度在周向上是非对称分布的，不同周向位置的扩压器叶片高度不相等。本发明可以有效适应扩压器叶片前缘气流角的周向畸变，改善局部气流攻角，降低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。

技术领域

本发明涉及一种采用周向可变叶片高度非对称有叶扩压器的离心压气机，属于叶轮机械技术领域。

背景技术

非对称有叶扩压器的离心压气机是一种涉及车用、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。

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。

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。传统有叶扩压器的叶片高度(即背盘和机壳之间的距离)通过设计点确定，保证有叶扩压器和离心叶轮相匹配，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，其叶片高度在不同周向位置都是相等的。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

本发明目的是提出一种采用周向可变叶片高度非对称有叶扩压器的离心压气机，对已有的离心压气机的结构作出改进，在保证采用有叶扩压器的离心压气机高压比高效率优点的同时，拓宽离心压气机的稳定工作范围，以有效降低离心压气机内部流场的非均匀性，抑制有叶扩压器内部流动分离，改善离心压气机气动稳定性。

本发明提出的采用周向可变叶片高度非对称有叶扩压器的离心压气机，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，扩压器叶片的高度h_i为：

其中，i为扩压器叶片序号，h_design为根据离心压气机的设计工况确定的扩压器叶片的理论高度，k为第一修正参数，取值范围为0＜k≤5，α_i为第i个扩压器叶片前缘处的气流角，α_ave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，σ_i是第二修正参数，取值范围为-h_design≤σ_i≤h_design。

本发明提出的采用周向可变叶片高度非对称有叶扩压器的离心压气机，其优点是：

本发明的离心压气机，由于所采用的有叶扩压器叶片高度和扩压器叶片前缘气流角相关，且在周向可变，针对具体的流场细节进行设计，和实际的非均匀流场更加匹配，因此能够有效改善局部气流攻角，抑制局部流动因攻角过大而分离，可以有效降低扩压器内部流场的非均匀性，改善有叶扩压器内部流场结构，使得流场更加均匀，显著改善离心压气机的流动稳定性。

附图说明