[发明专利]一种离心压气机及压气机级内流道几何调整方法

说明书

一种离心压气机及压气机级内流道几何调整方法，包括叶轮叶片和扩压器及其组成的压气机级内流道，所述压气机级内流道包括压气机级轮毂和压气机级轮缘，所述压气机级轮毂上的点集构成的轮毂曲线和所述压气机级轮缘上的点集构成的轮缘曲线定义在Z‑R平面上，分别对应满足轮毂子午面拟合曲线方程和轮缘子午面拟合曲线方程，所述轮毂曲线和轮缘曲线分别以Z轴为旋转轴，旋转形成压气机级轮毂曲面和压气机级轮缘曲面。本发明减小了原始设计中扩压器叶片数目，提高了叶轮入口轮毂半径，降低了气流冲击损失，同时，扩压器流道内产生的吸力面分离消失，流动趋于稳定，将扩压器的熵增控制在叶表边界层内，扩压器流道内无明显损失，改善了气动性能。

技术领域

本发明涉及用于膨胀制冷机的离心压气机气动设计技术领域，特别是一种离心压气机及压气机级内流道几何调整方法。

背景技术

作为膨胀制冷机的关键部件及膨胀制冷机中涡轮部件的上游组件，压气机能够使来流低压空气减速、增压，并驱动高压空气进一步流入涡轮，完成膨胀做功过程。可见，压气机的增压能力直接影响涡轮的做功能力，进而影响膨胀制冷机的系统性能。压气机中对气体总压升产生直接作用的是压气机叶轮，叶轮下游的扩压器起回收动能、减速扩压的作用，因此，叶轮和扩压器实现良好的配合，才能使压气机整级在设计工况下拥有较高的效率。传统的压气机级的扩压器叶片数目偏多、叶轮入口轮毂半径较大，导致加工叶片难度大的同时在压气机级入口位置气流进入流道容易产生气流冲击损失，扩压器流道内容易产生吸力面，流动不稳定，压气机级气动性能有待改善。

发明内容

针对上述传统压气机级的内流道设计不合理问题，本发明提供一种离心压气机及压气机级内流道几何调整方法，减少传统设计的扩压器叶片数目和提高叶轮入口轮毂半径，降低了加工叶轮叶片的加工难度，使得叶轮以及扩压器入口位置气流贴合叶片进入流道，降低了气流冲击损失，同时，扩压器流道内产生的吸力面分离消失，流动趋于稳定，有效提高压气机级的气动性能。

为实现上述目的，本发明选用如下技术方案：一种离心压气机，包括叶轮叶片和扩压器及其组成的压气机级内流道，所述压气机级内流道包括压气机级轮毂和压气机级轮缘，所述压气机级轮毂上的点集构成的轮毂曲线和所述压气机级轮缘上的点集构成的轮缘曲线定义在Z-R平面上，分别对应满足轮毂子午面拟合曲线方程和轮缘子午面拟合曲线方程；

所述轮毂曲线和轮缘曲线分别以Z轴为旋转轴，旋转形成压气机级轮毂曲面和压气机级轮缘曲面。

优选地，所述轮毂子午面拟合曲线方程为：

R＝az⁵+bz⁴+cz³+dz²+ez+f；

式中：采用科学计数法表示a＝3.2E-5、b＝-5.6E-3、c＝3.8E-1、d＝-1.2E+1、e＝2.0E+2、f＝-1.2E+3，R和z分别为轮毂曲线点集定义在Z-R平面上的坐标值。

优选地，所述轮缘子午面拟合曲线方程为：

R＝az⁵+bz⁴+cz³+dz²+ez+f；

式中：采用科学计数法表示a＝9.7E-5、b＝-1.5E-2、c＝9.5E-1、d＝-2.9E+1、e＝4.4E+2、f＝-2.5E+3，R和z分别为轮缘曲线点集定义在Z-R平面上的坐标值。

优选地，所述压气机级的叶片安装角度β以相对于预先设定的中弧线沿流向的相对流向位置m安装定义，其中包括叶轮叶片的轮毂位置安装角β_叶轮轮毂符合第一安装角函数、叶轮叶片的轮缘位置安装角β_叶轮轮缘符合第二安装角函数、扩压器轮缘和/或轮毂位置安装角β_扩压器符合第三安装角函数。

优选地，所述叶轮叶片的轮毂位置安装角和轮缘位置安装角分别包括：