CN101012838A - 具有叶片射流口的离心压气机 - Google Patents

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张扬军
郭宫达
郑新前
徐建中
诸葛伟林
李亚卓
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具有叶片射流口的离心压气机属于叶轮机械技术领域，涉及车用、船用增压器离心压气机、工业用离心压气机以及航空离心压气机等叶轮机械机匣的改进。其特征在于，在叶片上的主流方向曲率最大处，沿叶高方向开有射流口。所述射流口可以是一条狭缝或至少两条沿叶高方向串列的狭缝或一排通孔。本发明通过在叶片上开射流口，使得离心压气机运转时叶轮叶片吸力面注入高能量射流，对叶片吸力面附面层内流体进行流动激励，增强其对抗逆压梯度的能力，从而抑制叶轮叶片吸力面流动分离，提高离心压气机失速裕度。

Description

具有叶片射流口的离心压气机
技术领域：
具有叶片射流口的离心压气机属于叶轮机械技术领域，涉及车用、船用增压器离心压气机、工业用离心压气机以及航空离心压气机等叶轮机械机匣的改进。
背景技术：
离心式压气机等叶轮式压气机相对于往复式压气机，具有效率高、体积重量轻、运转平稳等优势，但其工况范围有限。离心式压气机低流量工况下将在叶轮及扩压器出现大尺度流动分离等现象，出现不稳定工作现象、造成失速甚至喘振，直接导致压气机效率和压比急剧下降，寿命严重缩短，甚至短时间内直接损坏。
现有离心压气机叶片和扩压器形状根据设计点工况确定，在设计点获得较优性能。在设计流量下，叶轮对气体做功，在叶片表面无大尺度流动分离现象发生，但在低流量工况下，叶片气流攻角的增大和逆压梯度的作用下，叶轮叶片吸力面附面层增厚，发生大尺度流动分离现象，有较大尺度的涡生成、发展和破碎，并伴随着较大的流动损失；流量进一步减小时分离更加严重，将导致压气机出现不稳定工作现象，造成失速甚至喘振。为了提高压气机失速裕度，需要抑制叶轮叶片吸力面流动分离。
发明内容：
本发明目的在于，克服现有技术的缺陷，提出一种具有叶片射流口的，在该离心压气机的叶片表面沿主流方向较大曲率处开一个射流口，连通叶片压力面和吸力面，从叶轮吸力面随运转自动抽取小股高能量流体，经射流口注入叶轮吸力面附面层，对叶片吸力面附面层内流体进行流动激励，抑制叶轮叶片吸力面流动分离，提高离心压气机失速裕度。
本发明含有压气机转轴(1)、叶轮(3)、叶片(4)、叶轮背盘(6)和涡壳(7)，其特征在于，在叶片(4)上的主流方向曲率最大处，沿叶高方向开有射流口。
所述射流口沿叶高方向的长度为叶高的85％～95％。所述射流口的宽度为1～1.5mm。
所述射流口可以是一条狭缝。所述射流口可以是至少两条沿叶高方向串列的狭缝。所述射流口可以是一排通孔。
试验证明，通过在叶片上开射流口，使得离心压气机运转时叶轮叶片吸力面注入高能量射流，对叶片吸力面附面层内流体进行流动激励，增强其对抗逆压梯度的能力，从而抑制叶轮叶片吸力面流动分离，提高离心压气机失速裕度。
附图说明：
图1是本发明的总体剖视示意图。
图2是开有多条狭缝的叶轮示意图。
图3是叶轮剖面上多条狭缝示意图。
图4是开有通孔的叶轮示意图。
图5是叶轮剖面上多通孔示意图。
图6是叶轮剖面上单条长狭缝示意图。
图7是工作过程示意图。
具体实施方式：
结合附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，压气机转轴1，叶轮固定螺栓2，叶轮3，叶片4，密封块5，叶轮背盘6，涡壳7均为现有压气机通用部件。本发明特征在于，在叶片4上沿主流方向曲率最大处，沿叶高方向开有射流口8，运转时在叶片两面压力差作用下，小股气体从压力面经由射流口8从吸力面喷出。射流口8可以是一条或多条狭缝或者多个通孔，图1所示为多条狭缝的情况。其中C表示压气机叶轮旋转方向，B表示入口气流方向。
为扩大压气机失速裕度，提高压气机效率，狭缝或通孔的位置、设计尺寸满足下列要求。
如图2所示，射流口8为首尾在叶高方向上有一定间距的多条短狭缝。狭缝位于叶片4上沿主流方向曲率最大处，狭缝宽度在1～1.5mm之间，长度方向沿叶高(如图3)，狭缝尺寸和数量的设计原则是保证从压力面9流经狭缝到吸力面10的气流量约为主流气流量的1％～2％。
如图4所示，本发明也可采用在叶片4上打多个通孔的方式实现。通孔位于叶片4上沿主流方向曲率最大处，通孔直径在1～1.5mm之间，排列方向沿叶高(如图5所示)，通孔尺寸和数量的设计原则是保证从压力面9流经通孔到吸力面10的气流量约为主流气流量的1％～2％。
如图6所示，射流口的长度是叶高的85％到95％，其长度与宽度的配合是保证从压力面9流经通孔到吸力面10的气流量约为主流气流量的1％～2％。多条狭缝的情况(图略)，第一条狭缝首和最后一条狭缝尾之间的总长度为叶高的85％到95％，通孔的情况(图略)，通孔所占据的总长度为叶高的85％到95％。
如图7所示，其中C表示压气机叶轮旋转方向，B表示入口气流方向，D表示叶片通道主流方向。在离心压气机工作过程中，压力面9上的气体压力高于吸力面10上气体压力，由于射流口8的宽度很小，有一小股气体从叶片压力面9经由射流口8注入叶片吸力面10，约占总气体流量的1～2％。经由射流口8喷出的气体为一射流，其为来自于压力面的较高能量气体，对最易发生分离的叶片通道最大曲率处的叶片吸力面附面层流动为一激励，能增强逆压梯度作用下边界层沿主流方向的流动，抑制边界层分离，从而扩大压气机失速裕度。

Claims (6)

1、具有叶片射流口的离心压气机，含有压气机转轴(1)、叶轮(3)、叶片(4)、叶轮背盘(6)和涡壳(7)，其特征在于，在叶片(4)上的主流方向曲率最大处，沿叶高方向开有射流口。
2、如权利要求1所述的具有叶片两侧连通狭缝的离心压气机，其特征在于，所述射流口沿叶高方向的长度为叶高的85％～95％。
3、如权利要求1所述的具有叶片射流口的离心压气机，其特征在于，所述射流口的宽度为1～1.5mm。
4、如权利要求1所述的具有叶片射流口的离心压气机，其特征在于，所述射流口是一条狭缝。
5、如权利要求1所述的具有叶片射流口的离心压气机，其特征在于，所述射流口是至少两条沿叶高方向串列的狭缝。
6、如权利要求1所述的具有叶片射流口的离心压气机，其特征在于，所述射流口是一排通孔。
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