CN102168685A - 高效自备动力吸附式风扇/压气机及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效自备动力吸附式风扇/压气机及其工作方法，属叶轮机械技术领域。其特征在于静子由离心叶轮机匣（13）、静子空心内环(11)、静子叶片(12)组成；且静子叶片的一部分或全部为静子空心叶片；离心叶轮机匣（13）、静子空心内环(11)、静子空心叶片(12)内部相通；离心叶轮机匣（13）内安装有离心叶轮（10）、离心叶轮前有导风轮（8）；上述离心叶轮（10）和导风轮（8）将转子轮盘上低压腔内气体排入静子空心内环集气室，再由空心静子叶片排出壳体外面。

Description

高效自备动力吸附式风扇/压气机及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种自动吸除附面层风扇/压气机及其工作方法，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 Pressure Ratio Aspirated Fan Stage”，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。

2007年，发明人周正贵、祝召在专利“自备动力吸附式风扇/压气机（专利授权号：ZL200710133818）“中提出，在转子轮盘后开低压腔，低压腔与吸气槽/孔相连，在转子轴上安装离心叶轮，离心叶轮将低压腔气体排入转子和静子之间的主流流道。离心叶轮气体排入转子和静子之间的主流流道压力较高。由于离心叶轮外径受工作轮轮盘外径限制，对于工作轮轮盘外径较小的风扇/压气机， 离心叶轮产生的压比可能不足以将低压腔气体排出；并且排入主流气体会对主流造成不利影响。

三、发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种高效自备动力吸附式风扇/压气机及其工作方法。

一种高效自备动力吸附式风扇/压气机，由整流罩、包含工作轮叶片和工作轮轮盘的转子、转子轴、静子组成；所述的工作轮叶片和工作轮盘的下环壁面开吸气槽/孔， 转子轮盘后开有低压腔，所述吸气槽/孔与该旋转低压腔相连通；在转子轮盘上位于低压腔后侧装有转子盖板，该转子盖板用于形成低压腔腔体；其特征在于：上述静子由离心叶轮机匣 、静子空心内环、静子叶片组成；上述静子叶片的一部分或全部为静子空心叶片；上述离心叶轮机匣、静子空心内环、静子空心叶片内部相通；上述离心叶轮机匣内安装有离心叶轮、离心叶轮前有导风轮。

上述高效自备动力吸附式风扇/压气机的工作方式，其特征在于：当风扇/压气机工作时，离心叶轮和导风轮也随转子轴转动，上述离心叶轮和导风轮将转子轮盘上低压腔内气体排入静子空心内环，再由空心静子叶片排出壳体外面，低压腔吸除叶片表面和下环壁面吸气槽/孔内的附面层。

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。

本项发明与目前已有的技术比较有以下优点，1）、离心叶轮排出的气体不进入高气体压力的主流流道，而是由集气室通过静子空心叶片排出壳体，因此离心叶轮排气端压力较低。对于工作轮轮盘外径较小的风扇/压气机， 可解决离心叶轮产生的压比不足(抽气能力步足)的问题；对于工作轮轮盘外径较大的风扇/压气机，可降低离心叶轮的功率消耗。此外，由于排出的气体不进入主流流道不会对主流产生不利影响。

附图说明

图1为高效吸附式风扇/压气机结构示意图。

图2离心叶轮示意图。图中标号名称：1、风扇/压气机壳体，2、整流罩，3、工作轮叶片，4、工作轮轮盘，5、叶片表面吸气槽，6、低压腔，7、转子盖板，8、导风轮，9、封严，10、离心叶轮，11、静子空心内环，12、静子叶片，13、离心叶轮机匣，14、螺钉，15、螺帽，16、螺钉，17、垫片，18、平键，19、转子轴。

具体实施方法

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。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： 安装转子叶片和导风轮叶片。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。转子盖板7：与转子轮盘后空腔配合形成低压腔，。导风轮8：将低压腔气体引入离心叶轮10。封严9：用于阻止主流气体进入离心叶轮。离心叶轮10：将低压腔内气体排入静子空心内环。静子空心内环11：收集离心叶轮排出的气体。静子叶片12：改变气流方向和提高气流压力，其中静子空心叶片还用于将静子空心内环收集的气体排出机匣外面。离心叶轮机匣13：构成离心叶轮流道。螺钉14、螺帽15：用于整流罩与转子轮盘固定、转子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16、垫片17：用于转子轮盘与转子轴的轴向固定。平键18：用于转子轮盘、离心叶轮轮盘与转子轴的固定。转子轴19：将电机输出功率传递给转子叶轮、导风轮和离心叶轮。

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14和螺帽15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14和螺帽15进行轴向固定。转子盖板7采用螺钉14和螺帽15与工作轮轮盘4固定在一起，并随工作轮一同转动。导风轮与转子轮盘固定可采用转子叶片与轮盘固定相同方法，导风轮叶片可如图1所示与工作轮轮盘安装在一起，也可与离心叶轮安装在一起。静子叶片12可采用焊接或螺钉与风扇/压气机壳体1以及空心内环连接。工作轮轮盘4和离心叶轮轮盘10都采用平键18实现与转子轴19转动方向固定；采用螺钉16和垫片17与转子轴19实现轴向固定。

以下结合图1到图2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、导风轮及离心叶轮在电机带动下转动。导风轮及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进入集气室；再通过静子空心叶片风扇/压气机排出壳体。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。考虑到空心叶片加工难度较大，由于吸除的气体流量较小，静子空心叶片个数可按吸气量要求确定。

Claims (2)

1.一种高效自备动力吸附式风扇/压气机，由整流罩（2）、包含工作轮叶片（3）和工作轮轮盘（4）的转子、转子轴（19）、静子组成；所述的工作轮叶片（3）和工作轮盘（4）的下环壁面开吸气槽/孔， 转子轮盘后开有低压腔，所述吸气槽/孔与该旋转低压腔相连通；在转子轮盘上位于低压腔后侧装有转子盖板（7），该转子盖板用于形成低压腔腔体；其特征在于：

上述静子由离心叶轮机匣（13） 、静子空心内环(11)、静子叶片(12)组成；上述静子叶片的一部分或全部为静子空心叶片；上述离心叶轮机匣（13） 、静子空心内环(11)、静子空心叶片(12)内部相通；上述离心叶轮机匣（13）内安装有离心叶轮（10）、离心叶轮前有导风轮（8）； 

上述离心叶轮（10）和导风轮（8）将转子轮盘上低压腔内气体排入静子空心内环集气室， 再由空心静子叶片排出壳体外面。

2.根据权利要求1所述的高效自备动力吸附式风扇/压气机的工作方式，其特征在于：

工作轮轮盘（4）、工作轮叶片（3）、导风轮（8）及离心叶轮（10）在电机带动下转动；

导风轮及离心叶轮转动将吸气槽/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进入静子空心内环；再通过静子空心叶片排出壳体。

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