CN101598138A

CN101598138A - 二次分流叶片式离心叶轮

Info

Publication number: CN101598138A
Application number: CNA2009100232239A
Authority: CN
Inventors: 张楚华; 袁丹妮
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2009-07-07
Filing date: 2009-07-07
Publication date: 2009-12-09

Abstract

本发明公开了一种二次分流叶片式离心叶轮，包括从叶轮进口延伸至叶轮出口的长叶片，该长叶片的吸力面与相邻长叶片的压力面构成一个完整的气流通道，其特征在于，两个长叶片之间均设置有一个中叶片形成第一次分流叶片；中叶片两侧各设置有一个短叶片形成第二次分流叶片；中叶片的进口向所述气流通道内的吸力面一侧偏转；短叶片的轮盘侧进口向所述气流通道内的吸力面一侧偏转，短叶片的轮盖侧进口向所述气流通道内的压力面一侧偏转；长、中、短叶片数目比为1∶1∶2；长、中、短叶片在叶轮出口周向均匀分布。本发明离心叶轮逐次增加分流叶片，能够有效分配叶道气体流量及叶片气动载荷，改善叶轮出口的流动均匀性，提高离心叶轮的增压能力及稳定运行范围。

Description

二次分流叶片式离心叶轮

技术领域

本发明涉及一种离心叶轮，特别涉及一种二次分流叶片式离心叶轮。

背景技术

离心式压缩机在国民经济各部门中占有重要的地位，特别是在冶金、石油化工、天然气输送、制冷以及动力等工业部门获得广泛应用。近年来，先进离心压缩机技术正在朝高转速、高压比、高效率的方向发展，其对离心式压缩机的设计提出更高的要求。离心叶轮作为离心式压缩机的主要部件，通过离心力作用，将旋转轴的机械能转换为气体的压力能及动能；并且在高转速离心叶轮中，气流受到逆压梯度及粘性的双重影响更大，容易发生流动分离、喘振、堵塞等不稳定流动现象。因此高转速下离心叶轮的叶片结构型式对离心式压缩机的增压能力及稳定运行范围影响极大。

一次分流叶片式离心叶轮(图1)，由沿圆周方向上交替排列的长短叶片组成。这种叶片排列型式只有长叶片延伸到叶轮进口，因而能够降低激波损失和流动堵塞效应，对提高大流量下的气动性能及堵塞流量有利。但在高转速情况下，一次分流叶片式离心叶轮的主要缺陷在于：叶轮出口附近叶片稠度低，叶片气动载荷大，在小流量运行条件下分离流动、射流-尾迹、二次流等现象明显，容易出现旋转失速、喘振等不稳定运行状态；且叶轮出口流动均匀性较差，对叶轮-扩压器匹配、整级扩压能力不利。因此在高转速条件下，一次分流叶片式离心叶轮出现如下困难：稳定运行范围窄，增压能力弱。

发明内容

本发明为了解决一次分流叶片式离心叶轮在高转速情况下的稳定运行范围窄和增压能力弱的问题，提供了一种二次分流叶片式离心叶轮。在高转速情况下，该离心叶轮不仅能降低叶片进口附近流动堵塞，降低激波强度，对大流量下离心叶轮的气动性能有利，而且该离心叶轮逐次增加分流叶片，能够有效分配叶道气体流量及叶片气动载荷，改善叶轮出口的流动均匀性，提高离心叶轮的稳定运行范围及增压能力。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种二次分流叶片式离心叶轮，包括从叶轮进口延伸至叶轮出口的长叶片，该长叶片的吸力面与相邻长叶片的压力面构成一个完整的气流通道，其特征在于，所述两个长叶片之间均设置有一个中叶片形成第一次分流叶片；所述中叶片两侧各设置有一个短叶片形成第二次分流叶片；中叶片的进口向所述气流通道内的吸力面一侧偏转；短叶片的轮盘侧进口向所述气流通道内的吸力面一侧偏转，短叶片的轮盖侧进口向所述气流通道内的压力面一侧偏转；所述长、中、短叶片数目比为1∶1∶2；所述长、中、短叶片在叶轮出口周向均匀分布。

上述方案中，所述中叶片的子午向相对进口位置为：m₁＝(m₁-m₀)/(m₃-m₀)，周向相对进口位置为：θ₁＝θ₁/2π/N；短叶片的子午向相对进口位置为：m₂＝(m₂-m₀)/(m₃-m₀)，周向相对进口位置为：θ₂＝θ₂/θ₃；其中m_i，i＝0，1，2，3，分别为长叶片进口、中叶片进口、短叶片进口进口和叶片出口的子午长度；θ₁为在中叶片进口所处的半径上，中叶片与相邻长叶片吸力面侧之间的夹角，θ₂为在短叶片进口所处的半径上，短叶片与相邻长叶片吸力面侧之间的夹角，θ₃为在短叶片进口所处的半径上，中叶片与相邻长叶片吸力面侧之间的夹角；N为长叶片的叶片数目。

所述中叶片的子午向相对进口位置m₁的变化范围为0.1～0.3。所述短叶片的子午向相对进口位置m₂的变化范围为0.5～0.7。所述中叶片的周向相对进口位置θ₁的变化范围为0.4～0.5。所述短叶片的周向相对进口位置θ₂的变化范围为0.4～0.6，其中短叶片的轮盘侧周向相对进口位置的变化范围为0.4～0.5，轮盖侧周向相对进口位置的变化范围为0.5～0.6。

与现有技术相比，本发明的二次分流叶片式离心叶轮的优点在于：

1)由于在流道进口段，叶片吸力面侧流速大于压力面，采用中叶片的进口向气流通道内长叶片吸力面侧偏转的结构，使得第一次分流叶片几何布置方式获得各通道内流动均衡分配，有利于改善流动状况，提高流动效率；

2)由于在叶轮出口附近的截面上出现了射流-尾迹结构，其中射流区内相对流动速度较大，位于轮盘-压力面侧；尾迹区内相对流动速度较低，位于轮盖-吸力面角区附近。受射流-尾迹结构影响，第二次分流叶片进口流速分布无论从轮盘到轮盖，还是从压力面到吸力面都不均匀，采用短叶片的轮盘侧进口向气流通道内长叶片吸力面侧偏转，短叶片的轮盖侧进口向气流通道内长叶片压力面侧偏转的结构，使得第二次分流叶片几何布置方式获得各通道内流动均衡分配，减弱叶轮出口的分离流动、射流-尾迹、二次流等现象，扩大离心叶轮稳定运行范围；

3)叶轮沿流道逐次增加分流叶片，有效分配叶片气动载荷，改善叶轮出口流动的均匀性，从而降低叶轮-扩压器间的尾流损失、冲击损失，提高整级增压能力。

附图说明

图1为一次分流叶片式离心叶轮的回转剖面图。图中ω为叶轮旋转角速度。

图2为本发明离心叶轮的回转剖面图。图中，1.-长叶片；2.-中叶片；3.-短叶片；4-吸力面；5-压力面。

图3为本发明长、中、短叶片相对排列方式及子午面图。图中，θ₁为在中叶片进口所处的半径上，中叶片与相邻长叶片吸力面侧之间的夹角，θ₂为在短叶片进口所处的半径上，短叶片与相邻长叶片吸力面侧之间的夹角，θ₃为在短叶片进口所处的半径上，中叶片与相邻长叶片吸力面侧之间的夹角；m_i(i＝0，1，2，3)分别为长叶片进口、中叶片进口、短叶片进口和叶片出口的子午长度。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的结构和工作原理作进一步的详细说明。

如图2、3所示，本发明主要包括长叶片1、中叶片2、短叶片3三排叶片，长叶片1从叶轮进口延伸至叶轮出口，相邻两个长叶片1构成一个完整的气流通道；相邻两个长叶片1之间设置的一个中叶片2形成第一次分流叶片；中叶片2两侧各设置的一个短叶片3形成第二次分流叶片；中叶片2的进口向气流通道内长叶片吸力面4侧偏转；短叶片3的轮盘侧进口向气流通道内长叶片吸力面4侧偏转，短叶片3的轮盖侧进口向气流通道内长叶片压力面5侧偏转；所述长、中、短叶片数目比为1∶1∶2；所述长、中、短叶片在叶轮出口周向均匀分布。第一次分流叶片子午向相对进口位置：m₁＝(m₁-m₀)/(m₃-m₀)，第二次分流叶片子午向相对进口位置：m₂＝(m₂-m₀)/(m₃-m₀)，其中m_i(i＝0，1，2，3)分别为长叶片1进口、中叶片2进口、短叶片3进口和叶片出口的子午长度；第一次分流叶片周向相对进口位置：θ₁＝θ₁/2π/N，第二次分流叶片周向相对进口位置：θ₂＝θ₂/θ₃，其中θ₁为在中叶片进口所处的半径上，中叶片与相邻长叶片吸力面侧之间的夹角，θ₂为在短叶片进口所处的半径上，短叶片与相邻长叶片吸力面侧之间的夹角，θ₃为在短叶片进口所处的半径上，中叶片与相邻长叶片吸力面侧之间的夹角，N为长叶片的叶片数目。

长叶片1、中叶片2和短叶片3的叶片中型线、叶片厚度、子午型线均按照公知的Bezier函数设计形成，叶轮为开式或闭式离心叶轮。

中叶片2进口距长叶片进口的子午长度等于长叶片从进口到出口子午长度的0.1～0.3，即在图3中(m₁-m₀)/(m₃-m₀)的变化范围为0.1～0.3。

短叶片3进口距长叶片进口的子午长度等于长叶片从进口到出口子午长度的0.5～0.7，即在图3中(m₂-m₀)/(m₃-m₀)的变化范围为0.5～0.7。

在中叶片2进口所处的半径上，中叶片与相邻长叶片吸力面侧之间的夹角与两相邻长叶片夹角之比为0.4～0.5，即在图3中θ₁/2π/N的变化范围为0.4～0.5。

在短叶片进口所处的半径上，短叶片与相邻长叶片吸力面侧之间的夹角与中叶片与相邻长叶片吸力面侧之间的夹角之比为0.4～0.6，即在图3中θ₂/θ₃的变化范围为0.4～0.6，其中轮盘侧θ₂/θ₃的变化范围为0.4～0.5，轮盖侧θ₂/θ₃的变化范围为0.5～0.6。

以下举例说明：

实施例一：当第一次分流叶片子午向相对进口位置m₁＝0.1，第二次分流叶片子午向相对进口位置m₂＝0.5时，第一次分流叶片周向相对进口位置θ₁＝0.5，第二次分流叶片周向相对进口位置θ₂在轮盘侧为0.5，在轮盖侧为0.5；

实施例二：当第一次分流叶片子午向相对进口位置m₁＝0.2，第二次分流叶片子午向相对进口位置m₂＝0.6时，第一次分流叶片周向相对进口位置θ₁＝0.45，第二次分流叶片周向相对进口位置θ₂在轮盘侧为0.45，在轮盖侧为0.55；

实施例三：当第一次分流叶片子午向相对进口位置m₁＝0.3，第二次分流叶片子午向相对进口位置m₂＝0.7时，第一次分流叶片周向相对进口位置θ₁＝0.4，第二次分流叶片周向相对进口位置θ₂在轮盘侧为0.4，在轮盖侧为0.6。

Claims

1、一种二次分流叶片式离心叶轮，包括从叶轮进口延伸至叶轮出口的长叶片，该长叶片的吸力面与相邻长叶片的压力面构成一个完整的气流通道，其特征在于，所述两个长叶片之间均设置有一个中叶片形成第一次分流叶片；所述中叶片两侧各设置有一个短叶片形成第二次分流叶片；中叶片的进口向所述气流通道内的吸力面一侧偏转；短叶片的轮盘侧进口向所述气流通道内的吸力面一侧偏转，短叶片的轮盖侧进口向所述气流通道内的压力面一侧偏转；所述长、中、短叶片数目比为1∶1∶2；所述长、中、短叶片在叶轮出口周向均匀分布。

2、如权利要求1所述的二次分流叶片式离心叶轮，其特征在于，所述中叶片的子午向相对进口位置为：m₁＝(m₁-m₀)/(m₃-m₀)，周向相对进口位置为：θ₁＝θ₁/2π/N；短叶片的子午向相对进口位置为：m₂＝(m₂-m₀)/(m₃-m₀)，周向相对进口位置为：θ₂＝θ₂/θ₃；其中m_i，i＝0，1，2，3，分别为长叶片进口、中叶片进口、短叶片进口和叶片出口的子午长度；θ₁为在中叶片进口所处的半径上，中叶片与相邻长叶片吸力面侧之间的夹角，θ₂为在短叶片进口所处的半径上，短叶片与相邻长叶片吸力面侧之间的夹角，θ₃为在短叶片进口所处的半径上，中叶片与相邻长叶片吸力面侧之间的夹角；N为长叶片的叶片数目。

3、如权利要求2所述的二次分流叶片式离心叶轮，其特征在于，所述中叶片的子午向相对进口位置m₁的变化范围为0.1～0.3。

4、如权利要求2所述的二次分流叶片式离心叶轮，其特征在于，所述短叶片的子午向相对进口位置m₂的变化范围为0.5～0.7。

5、如权利要求2所述的二次分流叶片式离心叶轮，其特征在于：所述中叶片的周向相对进口位置θ₁的变化范围为0.4～0.5。

6、如权利要求2所述的二次分流叶片式离心叶轮，其特征在于：所述短叶片的周向相对进口位置θ₂的变化范围为0.4～0.6。

7、如权利要求6所述的二次分流叶片式离心叶轮，其特征在于：所述短叶片的周向相对进口位置θ₂的变化范围为0.4～0.6，其中短叶片的轮盘侧周向相对进口位置的变化范围为0.4～0.5，轮盖侧周向相对进口位置的变化范围为0.5～0.6。