[发明专利]一种双自由度可调半高叶片扩压器装置

说明书

本发明提供了一种双自由度可调半高叶片扩压器装置，包括前盖板、后盖板、可调半高叶片等部件。可调半高叶片包括一半高外叶片和一套设在半高外叶片中的半高内叶片，半高外叶片底壁上的空心外轴的末端传动连接一齿轮结构，所述齿轮结构用以调整所述空心外轴的旋转角度继而调整所述半高外叶片的气流攻角，半高内叶片底壁上的内轴同心套设在空心外轴内并可沿其轴线上下滑动从而调整可调半高叶片的叶高。本发明通过在攻角及叶高两个自由度上对半高叶片进行调节，可以改善扩压器流道内的流动分布，使压力及速度更加均匀分布，降低流动损失，更好地适应不同工况并扩大稳定工作区间。

技术领域

本发明属于压缩机领域，涉及一种离心压缩机中应用的扩压器装置，具体来说是一种可单侧及两侧布置的双自由度可调半高叶片扩压器装置，用以实现扩压器不同攻角及叶片高度的双自由度灵活调节。

背景技术

在离心压缩机中叶片扩压器已被证实可具有更加良好的气动性能，流动损失小，压力恢复系数高，叶片扩压器可获得更高的压比及效率。然而，在偏离工况下叶片扩压器内会产生较高的冲击损失，流动分离、二次流等不良流动现象，造成压缩机效率下降，甚至在小流量工况下引发压缩机喘振，降低稳定工作区间，尤其是在压缩空气储能领域中压缩机宽工况高效率的要求迫切需要扩压器具有更优越的性能特征。

为抑制扩叶片压器在非设计工况下引发的流动分离、二次流、喘振等不良流动现象，扩大稳定工作区间，现有技术主要通过主动或者被动调整扩压器叶片的气流攻角的方式来避免上述不良现象的发生。然而单纯的改变扩压器叶片的气流攻角，仍然存在着如下的问题：(1)扩压器流道内的流动分布不够均匀，可诱发较大的压力脉动现象，使流动不稳定并产生噪声；(2)扩压器流道存在喉部，可诱发小负荷工况下因回流带来的喘振不良工况，同时较大的叶片表面会产生额外的流动摩擦损失，降低扩压器效率。

为提高压缩机的效率并稳定其工况区间，现有技术还采用了半高叶片扩压器的结构形式，半高扩压器可改善扩压器乃至整个压缩机流道内的流动状态，使扩压器内压力、速度等分布更加均匀，二次流、流动分离等显著减少，从而降低压缩机内部的压力脉动，减少噪声等。然而现有半高叶片扩压器，一方面其半高叶片多采用固定结构，其气流攻角不能调整，很大程度上降低了压缩机的高效工作区间及失速裕度，另一方面，其半高叶片的高度不能调整，限制了扩压器适应宽工况的能力。本发明的双自由度可调半高叶片扩压器不仅可改善扩压器流道内流场的均匀性，降低压力脉动现象，更使压缩机在较宽工况范围高效地工作，提高其失速裕度。

发明内容

针对现有技术的上述缺点和不足，本发明的目的在于提供一种双自由度可调半高叶片扩压器装置，可实现对扩压器半高叶片的攻角及叶高的双重主动调节，从而充分利用有叶片扩压器及无叶扩压器的优点，有效改善扩压器流场分布并降低流场的脉动，提升压缩机性能。

本发明为实现其技术目的所采用的技术方案为：

一种双自由度可调半高叶片扩压器装置，所述半高叶片扩压器包括前盖板和后盖板，所述前盖板和后盖板之间设置有多个沿周向均匀布置的可调半高叶片，其特征在于，

所述可调半高叶片包括一半高外叶片和一半高内叶片，其中，

所述半高外叶片整体呈一顶部开口的空腔叶片结构，其底壁外侧设置一垂直所述底壁的空心外轴，所述半高外叶片的高度为所述前盖板和后盖板之间间距的1/2，

每一所述半高外叶片通过其底壁上的空心外轴设置在所述前盖板和/或后盖板的内壁上，且所述空心外轴伸出所述前盖板和/或后盖板之外的末端传动连接一齿轮结构，所述齿轮结构用以调整所述空心外轴的旋转角度继而调整所述半高外叶片的气流攻角，

所述半高内叶片套设在所述半高外叶片的叶片空腔内，且所述半高内叶片的外表面与所述半高外叶片的叶片空腔的内表面的形状和尺寸相适配，使得所述半高内叶片可沿所述半高外叶片的叶片空腔的内表面在叶片高度方向上下滑动，

所述半高内叶片的高度为所述前盖板和后盖板之间间距的1/2，