CN101139939A - 自备动力吸附式风扇/压气机 - Google Patents
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Abstract
一种自备动力吸附式风扇/压气机，属叶轮机械技术领域。它由整流罩、包含叶片和轮盘的转子、转子轴、静子组成，所述的转子叶片和下环壁面开吸气槽/孔，其特征在于：所述的转子轮盘后开有低压腔，所述吸气孔/槽与该旋转低压腔相连通；在所述转子轴上，位于所述的转子和静子之间，安装有离心叶轮；在所述转子轮盘上位于低压腔后侧装有环形盖板，该盖板用于形成低压腔腔体，并构成离心叶轮流道。本项发明具有以下优点，1)由于不需要附加的附面层吸附动力装置，结构简单；2)附面层不通过转子叶尖吸除、并且离心叶轮压比大使低压腔形成较低的负压，因此附面层吸除效果好；3)当风扇/压气机转速变化时，吸气量自适应调节。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动吸除附面层风扇/压气机，属叶轮机械技术领域。
背景技术
为了提高风扇/压气机性能，一种比较有效的途径是采用附面层吸附技术。其方法是通过在转子叶片、静子叶片表面以及上下环壁面开槽/孔，从易发生分离区域(如转静子叶片叶背以及它们和上下环壁面构成的角区)将低动量气体抽出，减薄附面层、抑制流动分离，降低流动损失。
2005年，Merchant A和Jack L在Journal of Turbomachinery期刊第127卷43-50页发表论文“Experimental Investigation of a High Pres sure Ratio Aspirated FanStage”，设计并实验验证了一台单级吸附式风扇，其转子压比达3.4、级压比3.0，抽气量为风扇进口流量的3.5％。该风扇在外机匣上加装集气室，抽气装置与集气室相连；转子叶片吸力面开抽气槽，抽气槽出口在转子叶片叶尖端部。抽气装置运行时，叶片吸力面附面层通过抽气槽、穿过叶尖间隙、流入集气室，被抽气装置抽走。采用这种方法由于转子叶片与集气室之间存在相对运动，影响叶片表面抽气槽的抽气效果(特别是叶尖间隙较大时)，并且难以实现转子下环壁面抽气。1996年美国授权专利(专利申请号：US5480284；授权号：US005480284A)提出一种自吸附转子叶片，其基本思想是利用转子旋转产生的离心力，将叶片吸力面附面层流体通过叶片内部开孔从叶尖处甩出去。采用这种方法，在叶尖间隙小堵塞大、转子转速低离心力小时吸气效果都会较差。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种吸气效果更好的，自备动力吸附式风扇/压气机。
一种自备动力吸附式风扇/压气机，由整流罩、包含叶片和轮盘的转子、转子轴、静子组成，所述的转子叶片和下环壁面开吸气槽/孔，其特征在于：所述的转子轮盘后开有低压腔，所述吸气孔/槽与该旋转低压腔相连通；在所述转子轴上，位于所述的转子和静子之间，安装有离心叶轮；在所述转子轮盘上位于低压腔后侧装有环形盖板，该盖板用于形成低压腔腔体，并构成离心叶轮流道。
当风扇/压气机工作时，离心叶轮也随转子轴转动，抽取低压腔内的气体，并排入转子与静子叶片之间的轴向间隙内。低压腔内压力下降，吸气孔/槽内流体流入低压腔，并被离心叶轮排出。由此达到通过离心叶轮吸除附面层的目的。
本项发明特征在于：1)、在工作轮轮盘后设计一低压腔，用于汇集被吸除的附面层低动量气体；2)、工作轮与离心叶轮共轴，离心叶轮动力也由提供给工作轮动力的电机提供，无需独立的抽气动力装置；3)、在工作轮叶片表面和轮毂上开吸气槽或吸气孔并与低压腔相连，吸除的附面层汇集于低压腔，被离心叶轮甩出进入主流道；4)、当工作轮转速增加时风扇/压气机流量增加要求吸气量增加，同时离心叶轮转速增加压比和流量增加，恰好适应工作轮吸气量增加的要求，因此实现吸气量的自适应调节。
本项发明所提出的自备动力吸附式风扇/压气机结构，可直接用于风扇/压气机设计中，提高其气动性能，所涉及的压气机可为轴流也可为离心。
本项发明与目前已有的技术比较有以下优点，1)、由于不需要附加的附面层吸附动力装置，结构简单；2)、附面层不通过转子叶尖吸除、并且离心叶轮压比大使低压腔形成较低的负压，因此附面层吸除效果好；3)、当风扇/压气机转速变化时，吸气量自适应调节。
附图说明
图1为单级自备动力吸附式风扇/压气机结构示意图。
图2离心叶轮示意图。
图3吸附式叶片叶型示意图。
图1中标号名称：1、风扇/压气机壳体，2、整流罩，3、工作轮叶片，4、工轮轮轮盘，5、叶片表面吸气槽，6、低压腔，7、环形盖板，8、离心叶轮叶片，9、离心叶轮轮盘，10、静子内机匣，11、静子叶片，12、螺钉，13、螺帽，14、螺帽，15、垫片，16、平键，17、转子轴。
图3中标号名称：18、叶片内吸气孔。
具体实施方法
图1为本发明自备动力吸附式风扇/压气机示意图，主要由以下零部件组成。1、风扇/压气机壳体，2、整流罩，3、工作轮叶片，4、工作轮轮盘，5、叶片表面吸气槽，6、低压腔，7、环形盖板，8、离心叶轮叶片，9、离心叶轮轮盘，10、静子内机匣，11、静子叶片，12、螺钉，13、螺帽，14、螺帽，15、垫片，16、平键，17、转子轴，18、叶片内吸气孔。
以上各零部件功能如下：
风扇/压气机壳体1：引导气流并用于安装静子叶片11。整流罩2：调整进气气流方向、减小进气流动损失。工作轮叶片3：给气流加功，提高气体压力。工作轮轮盘4：安装转子叶片。叶片表面吸气槽5：吸除叶片表面低动量附面层。低压腔6：汇集吸除的低动量附面层气流。环形盖板7：与转子轮盘后空腔配合形成低压腔，与离心叶轮叶片8配合构成离心叶轮气流流道。离心叶轮叶片8：排出低压腔内气体。离心叶轮轮盘9：用于安装离心叶轮叶片。静子内机匣10：固定静子叶片和形成离心叶轮气流流道。静子叶片11：改变气流方向和提高气流压力。螺钉12、螺帽13：用于整流罩与转子轮盘固定、离心叶轮盖板与转子轮盘固定以及工作轮叶片与工作轮轮盘固定。螺帽14、垫片15：用于转子轮盘与转子轴的轴向固定。平键16：用于转子轮盘4、离心叶轮轮盘9与转子轴17的固定。转子轴17：将电机输出功率传递给转子叶轮和离心叶轮。离心叶轮上的叶片18：对气体加功，将低压腔内气体抽入主流道。
主要零部件固定方式。对于图1所示自备动力吸附式附风扇/压气机，整流罩2通过螺钉12和螺帽13与工作轮轮盘4固定在一起，并随转子一同转动。工作轮叶片采用燕尾型榫头与轮盘上的燕尾槽配合进行径向固定；采用径向螺钉12和螺帽13进行轴向固定。环形盖板7采用螺钉12和螺帽13与工作轮轮盘4固定在一起，并随工作轮一同转动。静子叶片11可采用焊接或螺钉与风扇/压气机壳体1以及静子内机匣10连接。工作轮轮盘4和离心叶轮轮盘9都采用平键16实现与转子轴17转动方向固定；采用螺螺14和垫片15与转子轴17实现轴向固定。
以下结合图1到图3说明本发明新型自吸附风扇/压气机工作方法：
风扇/压气机工作轮以及离心叶轮在电机带动下转动。离心叶轮转动将吸气槽(或孔)附近的附面层气体吸入低压腔，再流进离心叶轮流道，然后由出气口径向甩出流过工作轮与静子之间轴向间隙，与流过工作轮的主流汇集进入静子流道。由于被吸除的附面层流量很小，对主流流动影响也很小。采用这种附面层吸除方法将流过叶片吸力面附面层低动量气体吸除，可避免或减缓流动分离，达到提高风扇/压气机气动性能的作用。在此要进一步说明的是：1)为了达到较好的附面层吸除效果，可同时在叶片吸力面和下环壁面开吸气槽或吸气孔；3)离心叶轮压比高流量小，适用于作为本发明的吸气动力；3)离心叶轮几何参数(如：外径、叶片宽度等)的设计主要考虑需要产生多大的压差(压比)和吸气量要求。
Claims (1)
1.一种自备动力吸附式风扇/压气机，由整流罩、包含叶片和轮盘的转子、转子轴、静子组成，所述的转子叶片和下环壁面开吸气槽/孔，其特征在于：所述的转子轮盘后开有低压腔，所述吸气孔/槽与该旋转低压腔相连通；在所述转子轴上，位于所述的转子和静子之间，安装有离心叶轮；在所述转子轮盘上位于低压腔后侧装有环形盖板，该盖板用于形成低压腔腔体，并构成离心叶轮流道。
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