CN101737358B - 开槽位置为抛物线的离心压气机非对称自循环处理机匣 - Google Patents

开槽位置为抛物线的离心压气机非对称自循环处理机匣 Download PDF

Info

Publication number
CN101737358B
CN101737358B CN 201010110248 CN201010110248A CN101737358B CN 101737358 B CN101737358 B CN 101737358B CN 201010110248 CN201010110248 CN 201010110248 CN 201010110248 A CN201010110248 A CN 201010110248A CN 101737358 B CN101737358 B CN 101737358B
Authority
CN
China
Prior art keywords
annular groove
ring groove
centrifugal compressor
self
compressor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN 201010110248
Other languages
English (en)
Other versions
CN101737358A (zh
Inventor
郑新前
林韵
张扬军
马场隆弘
玉木秀明
杨名洋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
IHI Corp
Original Assignee
Tsinghua University
IHI Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University, IHI Corp filed Critical Tsinghua University
Priority to CN 201010110248 priority Critical patent/CN101737358B/zh
Publication of CN101737358A publication Critical patent/CN101737358A/zh
Priority to PCT/JP2011/052272 priority patent/WO2011099417A1/ja
Priority to EP11742161.0A priority patent/EP2535596B1/en
Priority to JP2011553813A priority patent/JP5430684B2/ja
Priority to US13/578,137 priority patent/US9234526B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN101737358B publication Critical patent/CN101737358B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/4206—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/4213—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps suction ports
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/68—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers
    • F04D29/681—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/685—Inducing localised fluid recirculation in the stator-rotor interface

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

开槽位置为抛物线的离心压气机非对称自循环处理机匣，涉及一种离心式压气机处理机匣，属于叶轮机械技术领域。通过在压气机涡壳壁面上设置抽吸环槽、回流环槽和导流环槽，形成自循环通道，并使抽吸环槽的前端面距压气机叶轮主流叶片前缘的距离Sr在圆周方向上为抛物线分布，以优化非对称自循环处理机匣对离心压气机的扩稳效果。采用本发明所提出的开槽位置为抛物线分布的离心压气机非对称自循环处理机匣，相比于圆周方向上开槽位置一致的轴对称自循环处理机匣可以较大地提高离心式压气机的稳定工作范围，同时维持效率基本不变。

Description

开槽位置为抛物线的离心压气机非对称自循环处理机匣
技术领域
本发明涉及一种离心式压气机处理机匣，属于叶轮机械技术领域。可用于各种用途的增压器离心压气机、工业用离心压气机以及航空离心压气机等叶轮机械。
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内部流场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。因此人们采取了很多方法来推迟压气机失速等不稳定现象的发生，以扩大其稳定工作范围。
目前普遍认为处理机匣是提高压气机稳定工作范围的有效方法。但是传统的处理机匣结构一般为轴对称结构。而当压气机处于非设计工况时，由于离心压气机涡壳的轴向非对称性导致了叶轮出口流动的周向畸变，从而影响上游的流动参数，导致压气机叶轮及无叶扩压器内部的周向流动参数呈现非轴对称性。传统的轴对称处理机匣结构无法考虑压气机内部流场的非轴对称的特点，因此无法使处理机匣实现全周向上的最优扩稳效果。因此需要采用非轴对称的自循环处理机匣，以实现在全周向上的最优扩稳效果。
如图1所示，非轴对称的自循环处理机匣结构一般由抽吸环槽1、导流环槽2和回流环槽3组成，其主要结构参数有：抽吸环槽前端面相对于主流叶片4前缘的位置Sr，抽吸环槽宽度br，气体回流引入位置Sf，气体回流引入宽度bf，旁通高度hb，旁通宽度bb等。研究表明，抽吸环槽前端面相对于主流叶片前缘4的位置Sr直接决定了回流压差和回流流量，对扩稳效果的影响最大。因此设计合适的抽吸环槽位置Sr值在圆周方向上的分布，是非轴对称自循环机匣处理结构实现最优扩稳效果的关键。
发明内容
本发明目的在于，通过设计一种非对称自循环处理机匣结构的抽吸环槽位置分布，即抽吸环槽前端面距压气机叶轮主流叶片前缘的距离Sr在圆周方向上的分布，以优化非对称自循环处理机匣对离心压气机的扩稳效果。
本发明的技术方案如下：
开槽位置为抛物线的离心压气机非对称自循环处理机匣，含有压气机涡壳，在所述的压气机涡壳壁面上设有抽吸环槽、导流环槽和回流环槽，所述的抽吸环槽、导流环槽和回流环槽形成自循环通道，其特征在于：所述的抽吸环槽的前端面距压气机叶轮主流叶片的前缘的距离Sr在圆周方向上为抛物线分布，即Sr＝A(α·D-β·D)2+A0，
其中A为该抛物线的特征参数，根据离心压气机的叶轮直径D确定A的取值范围为
Figure GSA00000030770500021
α为抽吸环槽的圆周角度，为公式的自变量，α的定义域为：θ0≤α≤θ0+360°，θ0为周向初始角度，取值范围为0°≤θ0≤360°；β为该抛物线分布在极值点处对应的圆周角度，即当α＝β时，Sr有极值A0，其取值范围为：
上述技术方案中，所述的压气机涡壳由外壳和内嵌套组成，所述的抽吸环槽设置在内嵌套的壁面上，所述的外壳的内壁面和内嵌套的外壁面形成所述的导流环槽和回流环槽。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：采用本发明所提出的开槽位置为抛物线的离心压气机非对称自循环处理机匣，相比于开槽宽度在圆周方向上一致的轴对称自循环处理机匣可以较大地提高离心式压气机的稳定工作范围，同时维持效率基本不变。
附图说明
图1是自循环通道示意图。
图2是外壳结构示意图。
图3是内嵌套结构示意图。
图4是压气机涡壳示意图。
图5是所设计抽吸环槽形式对应不同初始角度θ0的Sr值在圆周方向上分布示意图。
图6是内嵌套上抽吸环槽示意图。
图7是实例中初始角度θ0位置示意图。
图8a和图8b是采用开槽位置为抛物线分布的非对称自循环处理机匣与采用轴对称自循环处理机匣以及无机匣处理时的压气机性能对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理、结构和工作过程作进一步的说明。
开槽位置为抛物线的离心压气机非对称自循环处理机匣，含有压气机涡壳，在所述的压气机涡壳壁面上设有抽吸环槽1、导流环槽2和回流环槽3，所述的抽吸环槽、导流环槽和回流环槽形成自循环通道，其特征在于：所述的抽吸环槽的前端面距压气机叶轮主流叶片4的前缘的距离Sr在圆周方向上为抛物线分布，即Sr＝A(α·D-β·D)2+A0，
其中A为该抛物线的特征参数，根据离心压气机的叶轮直径D确定A的取值范围为
Figure GSA00000030770500023
α为抽吸环槽的圆周角度，为公式的自变量，α的定义域为：θ0≤α≤θ0+360°，θ0为周向初始角度，取值范围为0°≤θ0≤360°；β为该抛物线分布在极值点处对应的圆周角度，即当α＝β时，Sr有极值A0，其取值范围为：
Figure GSA00000030770500024
所述的压气机涡壳由外壳5和内嵌套6组成，所述的抽吸环槽1设置在内嵌套6的壁面上，所述的外壳的内壁面和内嵌套的外壁面形成所述的导流环槽2和回流环槽3。
图2是外壳5的结构示意图。图3是内嵌套6的结构示意图。外壳和内嵌套组合成压气机涡壳，如图4所示。
固定外壳5，并旋转内嵌套6，使二者装配的相对位置发生改变，可以得到不同初始角度θ0的抽吸环槽位置Sr值在圆周方向上的抛物线分布。所述的外壳和内嵌套通过螺钉7连接组成，在外壳上周向上均布n个螺钉孔，即可得到对应于n个不同初始角度θ0的分布曲线，通过压气机性能试验确定最优的初始角度θ0。例如，图2中外壳5上共开有4个螺钉孔，因此可以得到四种不同的抽吸环槽位置Sr值在圆周方向上的抛物线分布，如图5所示。
图6是内嵌套6上抽吸环槽1的示意图。所设计的在圆周方向上按抛物线分布的抽吸环槽上、下边缘均为曲面，如图6中虚线所标示。
在离心压气机工作过程中，小流量工况时，自循环通道内空气由抽吸环槽1，经过导流环槽2和回流环槽3流出。具体工作过程和原理为：自循环处理机匣抽吸环槽1抽吸开槽位置处叶尖区域的气体，经导流环槽2，由回流环槽3射出。抽吸环槽1对开槽位置处叶尖区域气体的抽吸作用造成叶尖间隙泄漏涡被抽吸环槽1吸取，泄漏流动的通道被阻断；回流射入压气机入口，由于环槽内流动的相通，实现了压气机入口的流动均匀性，消除通道激波；回流增大了入口流量，使叶片入口正攻角减小，同时抽吸环槽1的抽吸作用减弱了压气机喉口的背压，逆压梯度减小，有效抑制了叶片表面边界层的分离。使用圆周方向上抛物线分布的抽吸环槽开槽位置，使得在圆周方向上相应的开槽处回流效果更好，从而更有效地利用回流的作用，使得压气机的稳定工作范围扩大。
在近堵塞工况，自循环通道内空气经回流环槽3、导流环槽2，从抽吸环槽1射出。回流环槽3使入口周向上流动相通，从而使压气机入口流动均匀性增加，削弱了入口激波；抽吸环槽1的射流使流通能力增强，从而拓展了堵塞边界。但是，由于近堵塞工况抽吸动力不足，故该处理机匣对堵塞边界的扩展没有对失速边界的扩展明显。
以下为针对某一尺寸的离心压气机，采用开槽位置为抛物线的离心压气机非对称自循环处理机匣以提高稳定工作范围的实例。
该压气机非对称机匣处理Sr值在圆周方向上的分布为：
Sr＝-0.00008(α-182°)2+5.37，初始相位点θ0＝90°，其位置如图7所示。
图8a和图8b为该离心压气机采用本发明开槽位置为抛物线的非对称自循环处理机匣与采用开槽位置在圆周方向上一致的轴对称的自循环处理机匣，以及无机匣处理的压气机性能对比图。
通过性能对比，可知采用本发明开槽位置为抛物线的离心压气机非对称自循环处理机匣相对于无机匣处理，以及采用开槽位置在圆周方向上一致的离心压气机轴对称自循环机匣处理可较大地提高压气机的稳定工作范围，同时维持效率基本不变。

Claims (2)

1.开槽位置为抛物线的离心压气机非对称自循环处理机匣，含有压气机涡壳，在所述的压气机涡壳壁面上设有抽吸环槽(1)、导流环槽(2)和回流环槽(3)，所述的抽吸环槽、导流环槽和回流环槽形成自循环通道，其特征在于：所述的抽吸环槽的前端面距压气机叶轮主流叶片(4)的前缘的距离Sr在圆周方向上为抛物线分布，即Sr＝A(α·D-β·D)2+A0，其中A为该抛物线的特征参数，根据离心压气机的叶轮直径D确定A的取值范围为
Figure FDA0000048199290000011
α为抽吸环槽的圆周角度，为公式的自变量，α的定义域为：θ0≤α≤θ0+360°，θ0为周向初始角度，取值范围为0°≤θ0≤360°；β为该抛物线分布在极值点处对应的圆周角度，即当α＝β时，Sr有极值A0，其取值范围为：
Figure FDA0000048199290000012
2.按照权利要求1所述的开槽位置为抛物线的离心压气机非对称自循环处理机匣，其特征在于：所述的压气机涡壳由外壳(5)和内嵌套(6)组成，所述的抽吸环槽(1)设置在内嵌套(6)的壁面上，所述的外壳的内壁面和内嵌套的外壁面之间形成所述的导流环槽(2)和回流环槽(3)。
CN 201010110248 2010-02-09 2010-02-09 开槽位置为抛物线的离心压气机非对称自循环处理机匣 Active CN101737358B (zh)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010110248 CN101737358B (zh) 2010-02-09 2010-02-09 开槽位置为抛物线的离心压气机非对称自循环处理机匣
PCT/JP2011/052272 WO2011099417A1 (ja) 2010-02-09 2011-02-03 非対称自己循環ケーシングトリートメントを有する遠心圧縮機
EP11742161.0A EP2535596B1 (en) 2010-02-09 2011-02-03 Centrifugal compressor using an asymmetric self-recirculating casing treatment
JP2011553813A JP5430684B2 (ja) 2010-02-09 2011-02-03 非軸対称自己循環ケーシングトリートメントを有する遠心圧縮機
US13/578,137 US9234526B2 (en) 2010-02-09 2011-02-03 Centrifugal compressor having an asymmetric self-recirculating casing treatment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010110248 CN101737358B (zh) 2010-02-09 2010-02-09 开槽位置为抛物线的离心压气机非对称自循环处理机匣

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101737358A CN101737358A (zh) 2010-06-16
CN101737358B true CN101737358B (zh) 2011-06-15

Family

ID=42461261

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201010110248 Active CN101737358B (zh) 2010-02-09 2010-02-09 开槽位置为抛物线的离心压气机非对称自循环处理机匣

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101737358B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101749279A (zh) * 2010-02-09 2010-06-23 清华大学 基于变开槽位置的离心压气机非对称自循环处理机匣
CN105065329A (zh) * 2015-08-06 2015-11-18 中国北方发动机研究所(天津) 一种有效拓宽压气机流量范围的双后槽机匣处理装置
US11143193B2 (en) * 2019-01-02 2021-10-12 Danfoss A/S Unloading device for HVAC compressor with mixed and radial compression stages
CN112922904B (zh) * 2021-03-03 2022-10-11 西华大学 基于中介机匣导流的压气机新型扩稳结构
CN116877484A (zh) * 2023-08-28 2023-10-13 中车大连机车研究所有限公司 一种离心压气机用进气自循环结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN101737358A (zh) 2010-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107202036B (zh) 一种同时改善静子角区流动的自循环处理机匣
CN107882771A (zh) 一种射流式自吸离心泵的优化设计方法
CN104405685A (zh) 一种改善压气机性能用自循环与周向槽混合式处理机匣
CN101737358B (zh) 开槽位置为抛物线的离心压气机非对称自循环处理机匣
CN101749279A (zh) 基于变开槽位置的离心压气机非对称自循环处理机匣
CN106762840A (zh) 一种两侧布置的半高叶片扩压器及其设计方法
CN101749278A (zh) 基于变开槽宽度的离心压气机非对称自循环处理机匣
CN108547794A (zh) 一种消防高速离心泵
CN111441991A (zh) 一种改善压气机性能用带背腔的轴线斜槽式处理机匣
JPWO2011099417A1 (ja) 非対称自己循環ケーシングトリートメントを有する遠心圧縮機
CN101614222A (zh) 离心压缩机机匣
CN105041719B (zh) 一种双吸离心泵导叶式口环
CN101761511B (zh) 开槽宽度为抛物线的离心压气机非对称自循环处理机匣
CN101737359A (zh) 开槽位置为正弦分布的离心压气机非对称自循环处理机匣
CN106837877A (zh) 具有回流引导结构的压缩机机匣及其回流引导方法
CN205422837U (zh) 一种带有动叶片前部消涡孔结构的变几何涡轮
CN103939150B (zh) 一种降低透平级气流激振力的静叶结构
CN101761512B (zh) 开槽位置为圆弧分布的离心压气机非对称自循环处理机匣
CN101761513B (zh) 开槽宽度为圆弧分布的离心压气机非对称自循环处理机匣
CN204239331U (zh) 一种改善压气机性能用自循环与周向槽混合式处理机匣
CN202883498U (zh) 一种提高离心泵汽蚀性能的吸入口
CN203783799U (zh) 混流式水泵水轮机
CN101737360B (zh) 开槽宽度为正弦分布的离心压气机非对称自循环处理机匣
CN207349169U (zh) 一种紧凑型液化天然气潜液泵导叶结构
CN212028181U (zh) 一种改善压气机性能用带背腔的轴线斜槽式处理机匣

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant