CN102011754A - 基于变开槽位置的离心压气机非对称自循环处理机匣 - Google Patents

基于变开槽位置的离心压气机非对称自循环处理机匣 Download PDF

Info

Publication number
CN102011754A
CN102011754A CN 201010616354 CN201010616354A CN102011754A CN 102011754 A CN102011754 A CN 102011754A CN 201010616354 CN201010616354 CN 201010616354 CN 201010616354 A CN201010616354 A CN 201010616354A CN 102011754 A CN102011754 A CN 102011754A
Authority
CN
China
Prior art keywords
self
centrifugal compressor
annular groove
casing treatment
casing
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.)
Pending
Application number
CN 201010616354
Other languages
English (en)
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 201010616354 priority Critical patent/CN102011754A/zh
Publication of CN102011754A publication Critical patent/CN102011754A/zh
Pending legal-status Critical Current

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

Abstract

基于变开槽位置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。主要包括压气机蜗壳，在蜗壳壁面周向上开自循环通道，由抽吸环槽、回流环槽和导流环槽组成，并使抽吸环槽的前端面距叶轮前缘的距离在机匣圆周方向上的分布呈现非轴对称性，以优化机匣处理在全周向上的扩稳效果。采用本发明所提出的基于变开槽位置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

基于变开槽位置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，由于离心压气机蜗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，因此无法使机匣处理实现全周向上的最优。
发明内容
本发明目的是提供一种基于变开槽位置的离心压气机非对称自循环处理机匣，以更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。
本发明的技术方案如下：
基于变开槽位置的离心压气机非对称自循环处理机匣，在所述的处理机匣壁面圆周方向上开自循环通道，该通道由抽吸环槽、导流环槽和回流环槽组成，其特征在于：所述的抽吸环槽的前端面距压气机叶轮前缘的距离Sr在机匣圆周方向上的分布呈非轴对称性，其中在叶轮前缘下游处自循环通道的抽吸环槽的位置附近，在圆周方向上流体压力分布较低的周向位置，对应的Sr值较大，且圆周方向上流体压力分布最低的周向位置，对应的Sr值最大。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：通过抽吸环槽距离叶轮前缘的距离Sr在机匣圆周方向上的非轴对称分布，以优化处理机匣在全周向上的扩稳效果。试验表明，使用本发明所提出的基于变开槽位置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。
附图说明：
图1是自循环处理机匣结构的剖视示意图。
图2是自循环通道示意图。
图3是周向角度定义示意图。
图4是某尺寸离心压气机叶轮通道周向压力分布。
图5是某尺寸离心压气机Sr值在圆周方向上的非对称分布。
图6a和图6b是采用变开槽位置的非轴对称处理机匣与开槽位置在圆周方向上一致的轴对称自循环处理机匣以及无机匣处理的压气机性能对比曲线。
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。
如图1所示，离心压气机包含机匣1与叶轮5，所述的叶轮5绕旋转轴7旋转，将流体吸入离心压气机并压缩，流体最终由蜗壳8收集。在所述的机匣壁面圆周方向上开自循环通道，该通道由抽吸环槽2、导流环槽3和回流环槽4组成，其中所述的抽吸环槽位于叶轮前缘6的下游，回流环槽位于叶轮前缘6的上游，在离心压气机工作中，由于流体在叶轮的作用下压缩，故抽吸环槽位置入口处的流体压力高于回流环槽出口，即，存在回流压差，因此流体可以由抽吸环槽经过导流环槽和回流环槽向上游流动。
图2为自循环通道示意图。其中定义了抽吸环槽2前端面距离叶轮前缘6位置Sr。
在本实施方式中，将绕旋转轴6的方向称为周向或圆周方向，将与旋转轴6平行的方向称为轴向，将相对于旋转轴6的半径方向称为径向，将前述周向上的位置称为周向位置或圆周位置，将前述轴向上的位置称为轴向位置，将前述径向上的位置称为径向位置。文中称某参数分布非对称或非轴对称表示该参数在关于旋转轴6的周向位置上的分布是非轴对称的。
图3是周向角度的定义。
当离心压气机处于小流量工况时，由于蜗壳8的轴向非对称性导致了叶轮出口流动的周向畸变，并导致流动参数的非轴对称性，这种流动的非轴对称性向上游传播，导致压气机叶轮前缘6的周向流动参数呈现非轴对称性，使得叶轮5更容易失速，进一步导致离心压气机的喘振，从而使离心压气机的稳定工作范围变小。图4给出了实验测得的机匣上没有自循环通道的离心压气机在小流量工况时在叶轮前缘6下游处(该位置对应于采用自循环通道时抽吸环槽位置附近)的压力在周向分布的一例。从该分布中可见，在周向上压力存在一个最小值。
研究表明，抽吸环槽2前端面距离叶轮前缘6位置Sr直接决定了回流压差和回流流量，当增大Sr时，可以增加回流压差，从而增大该周向位置的回流量。当不采用自循环处理机匣时，由于上述的叶轮前缘流动的非轴对称性，离心压气机的稳定工作范围较小；当采用Sr在周向上为轴对称分布的自循环处理通道时，可以在一定程度上使叶轮前缘流动的非轴对称性减小，但是由于Sr值在周向上的分布是一致的，无法调节周向上的回流量，从而无法最大限度减小叶轮前缘流动的非轴对称性。因此，本发明通过抽吸环槽2前端面距离叶轮前缘6的距离Sr在机匣圆周方向上的非轴对称分布，可以调节周向上的回流量，从而最大限度地减小叶轮前缘的流动非对称性，优化自循环处理机匣在全周向上的扩稳效果。例如，根据图4的分布，采用Sr在周向上为轴对称分布的自循环处理通道时，在约220°处的回流量最小；而采用Sr在周向上为非轴对称分布的自循环处理通道则可以通过增大220°处的Sr值从而增加该位置处的回流量，实现回流量在周向上的非对称分布。这种周向上非对称分布的回流量经过自循环通道到达叶轮前缘上游，与该处原本非轴对称的流场耦合，最终使得叶轮前缘处的流场的非轴对称性减小，从而抑制叶轮失速，提高离心压气机的稳定工作范围。
在本实施方式中，抽吸环槽2前端面距离叶轮前缘6位置Sr在周向上的分布规律为：其中在叶轮前缘下游处自循环通道的抽吸环槽的位置附近，在圆周方向上流体压力分布较低的周向位置，对应的Sr值较大，且圆周方向上流体压力分布最低的周向位置，对应的Sr值最大。图4所示的实例中，周向压力分布在约220°最小，对应该处的Sr值最大。在径向上，Sr值保持不变。
以下为针对某一具体尺寸的离心压气机，采用本发明基于变开槽位置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。
该离心压气机未采用自循环通道时在叶轮前缘下游处的压力周向分布如图4所示。根据上述Sr的设计准则，越是在图4中所示的流体压力较小的周向位置，对应的Sr值应较大。图5是根据上述设计准则得到的Sr在周向上的非轴对称分布，其中Sr在大约220°处有最大值。该分布是通过重复如下步骤实现的。
1)首先，在没有自循环通道的离心压气机中，在叶轮前缘上游测量周向的流体压力分布。
2)基于上述步骤1)的测量结果和上述Sr的设计准则决定各周向位置的Sr值。
3)通过离心压气机性能试验测得采用上述步骤2)中设计的非对称自循环处理机匣的离心压气机的叶轮前缘上游的压力周向分布。
4)基于上述步骤3)所测量的流体压力分布，修正各周向位置的Sr值，以降低叶轮前缘上游的流体压力分布的非轴对称性。重复上述步骤3)、步骤4)直至测量的流体压力分布的非轴对称性充分降低位置。
另外，在上述步骤3)中也可以测量离心压气机的性能(例如压力、效率)，在上述步骤4)中也可以基于测量的性能修正各周向位置的Sr值，以使该性能提高。
图6a和图6b是采用变开槽位置的非对称自循环处理机匣与开槽位置在圆周方向上一致的轴对称自循环处理机匣以及无机匣处理的压气机性能对比曲线。与无机匣处理压气机相比，采用轴对称自循环处理机匣使压气机稳定工作范围提高了7.7％，而非轴对称自循环处理机匣使压气机稳定工作范围进一步提高了3.3％。

Claims (1)

1.基于变开槽位置的离心压气机非对称自循环处理机匣，在所述的处理机匣(1)壁面圆周方向上开自循环通道，该通道由抽吸环槽(2)、导流环槽(3)和回流环槽(4)组成，其特征在于：所述的抽吸环槽(2)的前端面距压气机叶轮前缘(6)的距离Sr在机匣圆周方向上的分布呈非轴对称性，其中在叶轮前缘下游处自循环通道的抽吸环槽的位置附近，在圆周方向上流体压力分布较低的周向位置，对应的Sr值较大，且圆周方向上流体压力分布最低的周向位置，对应的Sr值最大。
CN 201010616354 2010-02-09 2010-12-30 基于变开槽位置的离心压气机非对称自循环处理机匣 Pending CN102011754A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010616354 CN102011754A (zh) 2010-02-09 2010-12-30 基于变开槽位置的离心压气机非对称自循环处理机匣

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010110311A CN101749279A (zh) 2010-02-09 2010-02-09 基于变开槽位置的离心压气机非对称自循环处理机匣
CN201010110311.5 2010-02-09
CN 201010616354 CN102011754A (zh) 2010-02-09 2010-12-30 基于变开槽位置的离心压气机非对称自循环处理机匣

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102011754A true CN102011754A (zh) 2011-04-13

Family

ID=42476753

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201010110311A Pending CN101749279A (zh) 2010-02-09 2010-02-09 基于变开槽位置的离心压气机非对称自循环处理机匣
CN 201010616354 Pending CN102011754A (zh) 2010-02-09 2010-12-30 基于变开槽位置的离心压气机非对称自循环处理机匣

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201010110311A Pending CN101749279A (zh) 2010-02-09 2010-02-09 基于变开槽位置的离心压气机非对称自循环处理机匣

Country Status (1)

Country Link
CN (2) CN101749279A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104019058A (zh) * 2014-06-27 2014-09-03 哈尔滨工程大学 可变几何尺寸的离心式压气机机匣引气再循环结构

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
CN101749278A (zh) * 2010-02-09 2010-06-23 清华大学 基于变开槽宽度的离心压气机非对称自循环处理机匣
JP5895343B2 (ja) 2011-01-24 2016-03-30 株式会社Ihi 遠心圧縮機及び遠心圧縮機の製造方法
CN105065328B (zh) * 2015-08-06 2017-11-14 中国北方发动机研究所(天津) 一种用于离心压气机的双槽自动调节机匣处理装置
CN107035721B (zh) * 2017-03-14 2019-02-05 合肥工业大学 开槽宽度可调的离心压气机处理机匣

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1096347A (zh) * 1993-03-04 1994-12-14 Abb管理有限公司 具有能使流动稳定的机匣的离心压缩机
EP1902953A1 (fr) * 2006-09-20 2008-03-26 TURBOMECA, Société dite: Dispositif d'insonorisation d'un moteur d'hélicoptère à turbine à gaz, et moteur ainsi obtenu
CN101451544A (zh) * 2007-11-30 2009-06-10 中国航空工业第一集团公司沈阳发动机设计研究所 一种处理机匣及压气机
CN101737358A (zh) * 2010-02-09 2010-06-16 清华大学 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) * 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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1096347A (zh) * 1993-03-04 1994-12-14 Abb管理有限公司 具有能使流动稳定的机匣的离心压缩机
EP1902953A1 (fr) * 2006-09-20 2008-03-26 TURBOMECA, Société dite: Dispositif d'insonorisation d'un moteur d'hélicoptère à turbine à gaz, et moteur ainsi obtenu
CN101451544A (zh) * 2007-11-30 2009-06-10 中国航空工业第一集团公司沈阳发动机设计研究所 一种处理机匣及压气机
CN101737358A (zh) * 2010-02-09 2010-06-16 清华大学 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) * 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

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104019058A (zh) * 2014-06-27 2014-09-03 哈尔滨工程大学 可变几何尺寸的离心式压气机机匣引气再循环结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN101749279A (zh) 2010-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102011753A (zh) 基于变开槽宽度的离心压气机非对称自循环处理机匣
CN102011754A (zh) 基于变开槽位置的离心压气机非对称自循环处理机匣
CN102182710B (zh) 具有非对称无叶扩压器的离心压气机及其形成方法
CN102016324A (zh) 用于涡轮机转子轮的壳体
CN107035721B (zh) 开槽宽度可调的离心压气机处理机匣
EP2867538B1 (en) Pump or compressor with anti-swirl device and associated method
CN106762747B (zh) 采用周向可变叶片高度非对称有叶扩压器的离心压气机
CN103277324A (zh) 具有非对称无叶扩压器的离心压气机及具有其的汽车
CN104879320A (zh) 防喘振的涡轮增压器压气机蜗壳结构
CN101737359B (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
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
CN104806571A (zh) 一种基于计算流体力学模拟的高效离心鼓风机
CN204476871U (zh) 一种加防涡圈的离心通风机集流器
RU2741358C2 (ru) Гидравлическая турбина
CN104033422A (zh) 一种带分流叶片的小型轴流风扇
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
CN108119406B (zh) 轴流压气机周向大间隔小通孔机匣
CN203051237U (zh) 航空发动机压气机防喘结构
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
CN203035616U (zh) 蜗壳式混流泵的压水室
CN105179321A (zh) 轴流压气机吹气型周向槽机匣处理方法
CN202441654U (zh) 肘型进水流道
CN204851773U (zh) 防喘振的涡轮增压器压气机蜗壳结构
CN204692185U (zh) 一种基于计算流体力学模拟的高效离心鼓风机

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20110413