CN103277324A - 具有非对称无叶扩压器的离心压气机及具有其的汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有非对称无叶扩压器的离心压气机及具有其的汽车。其中离心压气机包括蜗壳、叶轮和无叶扩压器。蜗壳包括互相连通的第一和第二壳部，第一壳部内限定有蜗室，第二壳部内限定有叶轮安装空间。叶轮绕旋转轴可旋转地设在叶轮安装空间内。无叶扩压器的宽度沿周向方向上是非轴对称分布的，无叶扩压器包括保持段和过渡段，保持段的出口端连通第一壳部，保持段的入口端连通过渡段的出口端，过渡段的入口端连通第二壳部，其中在同一周向位置保持段的宽度沿径向是均匀的，在同一周向位置过渡段的宽度沿径向是非均匀的。本发明的离心压气机可降低离心压气机内部流体流场的非轴对称性，并扩大离心压缩机的稳定工作范围。

Description

具有非对称无叶扩压器的离心压气机及具有其的汽车

技术领域

本发明涉及叶轮机械技术领域，尤其是涉及一种具有非对称无叶扩压器的离心压气机及具有其的汽车。

背景技术

离心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。离心压气机在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。

离心压气机的无叶扩压器的通道两侧采用固定轮盘和轮盖的形状，其形状根据设计点工况确定，在设计点获得最优性能，能有效地将叶轮出口气体的动能转化为静压能。传统的无叶扩压器的结构均是轴对称的，即无叶扩压器的宽度在周向方向上均匀分布。在低流量情况下，无叶扩压器内有大尺度流动分离现象发生，这种失速现象造成流动损失增加，扩压器效率下降；当流量进一步减小时，气体径向流动动力不足，在逆压梯度的作用下，气体回流，压气机发生喘振现象。

目前已有的关于抑制无叶扩压器的失速的方法为在小流量时减小扩压器的宽度，以增大气体的径向动量，减小回流。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种具有非对称无叶扩压器的离心压气机，该离心压气机可降低离心压气机内部流体流场的非轴对称性，并扩大离心压缩机的稳定工作范围。

本发明的另一个目的在于提出一种具有上述离心压气机的汽车。

根据本发明的一个方面，提出了一种具有非对称无叶扩压器的离心压气机，包括：蜗壳，所述蜗壳包括互相连通的第一壳部和第二壳部，所述第一壳部内限定有蜗室，且所述第二壳部内限定有叶轮安装空间；叶轮，所述叶轮绕旋转轴可旋转地设在所述叶轮安装空间内；和无叶扩压器，所述无叶扩压器的宽度沿周向方向上是非轴对称分布的，所述无叶扩压器包括保持段和过渡段，所述保持段的出口端连通所述第一壳部，所述保持段的入口端连通所述过渡段的出口端，所述过渡段的入口端连通所述第二壳部，其中在同一周向位置所述保持段的宽度沿径向是均匀的，在同一周向位置所述过渡段的宽度沿径向是非均匀的。

根据本发明的具有非对称无叶扩压器的离心压气机，通过将无叶扩压器设计成其宽度沿周向方向是非轴对称分布的，可以更好地适应离心压气机内部流体流动的非轴对称性，抑制离心压气机无叶扩压器的失速，从而扩大离心压气机的稳定工作范围。而且，通过设置过渡段，可以使得叶轮安装空间的出口到保持段过渡更加平缓，结构上不会产生突变，从而使气流更加平缓顺畅地流过，进一步提高离心压气机的效率和稳定性。

另外，根据本发明的具有非对称无叶扩压器的离心压气机，还可以具有如下附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述第一壳部和第二壳部之间通过轮盖和轮盘连接，且所述无叶扩压器由所述轮盖和轮盘之间限定出的通道形成。

根据本发明的一个实施例，所述第一壳部、第二壳部与所述轮盖一体形成。

根据本发明的一个实施例，在同一周向位置所述过渡段的宽度沿径向连续变化。

根据本发明的一个实施例，在同一周向位置所述过渡段的宽度在径向上沿着远离所述旋转轴的方向递增或递减。

根据本发明的一个实施例，所述无叶扩压器的宽度为b，所述叶轮安装空间的出口距离所述旋转轴的距离为R1，其中0.02R1≤b≤0.4R1。

根据本发明的一个实施例，所述保持段的入口端距离所述旋转轴的距离为R4，所述叶轮安装空间的出口距离所述旋转轴的距离为R1，所述无叶扩压器的出口距离所述旋转轴的距离为R2，其中R1＜R4≤0.93R2。

根据本发明的一个实施例，所述过渡段的入口端为R3，其中R1≤R3＜R4。

根据本发明的一个实施例，所述保持段在周向上最宽的位置对应所述压气机静压分布最小的位置。

根据本发明的另一方面，提出了一种汽车，该汽车包括根据本发明上述的具有非对称无叶扩压器的离心压气机。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的离心压气机的剖视图；

图2是根据本发明一个实施例的离心压气机子午流面简图；

图3是根据本发明一个实施例的离心压气机的周向定义示意图；

图4为对称离心压气机原型的无叶扩压器的静压周向分布示意图；

图5是根据本发明一个实施例的离心压气机的无叶扩压器的保持段的宽度的周向分布示意图；

图6是根据本发明一个实施例的离心压气机的保持段和过渡段的宽度的分布示意图；

图7是图6中的E1位置对应的无叶扩压器的宽度；

图8是图6中的E2位置对应的无叶扩压器的宽度；

图9是根据本发明一个实施例的离心压气机和与其相应的传统的对称离心压气机原型的性能比较。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面首先参考图1-图9详细描述根据本发明实施例的具有非对称无叶扩压器的离心压气机。其中在下面的描述中，将绕旋转轴的方向称为周向（如图3中所示），将与旋转轴平行的方向称为轴向，将相对于旋转轴的半径方向称为径向，将上述周向上的位置称为周向位置。在本发明的描述中，某参数“分布非对称或非轴对称”表示该参数在关于旋转轴的周向位置上的分布是非轴对称的，即参数在周向位置上是不均匀的。

根据本发明一个实施例的具有非对称无叶扩压器4的离心压气机，包括蜗壳1、叶轮2和无叶扩压器4。蜗壳1包括互相连通的第一壳部11和第二壳部12，第一壳部11内限定有蜗室（即图1中的M），且第二壳部12内限定有叶轮安装空间（即图1中的N），叶轮2绕旋转轴3可旋转地设在叶轮安装空间内。

无叶扩压器4包括保持段（图2中的H）和过渡段（图2中的L），保持段的出口端(图1和图2中的A)连通第一壳部11，保持段的入口端(图1和图2中的B)连通过渡段的出口端(图1和图2中的B)，例如在图1的示例中，保持段的入口端与过渡段的出口端重合，即保持段与过渡段直接连通。过渡段的入口端连通第二壳部12(图1和图2中的C)。

无叶扩压器4的宽度沿周向方向上是非轴对称分布的，例如根据本发明一个实施例的无叶扩压器4保持段的宽度在周向上的分布情况、可以依据对称离心压气机原型的无叶扩压器的静压周向分布来确定。

具体参照图4和图5所示，其中图4示出了对称离心压气机原型的无叶扩压器4内的静压周向分布，图5示出了本发明一个实施例的离心压气机无叶扩压器4的保持段的宽度沿周向的分布示意图，从图中可以看出，优选地，保持段在周向上最宽的位置对应压气机静压分布最小的位置，也就是说，保持段在周向上最宽的位置是对称离心压气机原型无叶扩压器4周向静压最小的位置。例如，根据本发明的一个实施例，保持段在周向上最大宽度位置对应的周向角度的取值范围在-30°～240°之间，如图5所示。

其中，参照图7和图8所示，在同一周向位置保持段的宽度沿径向是均匀的（图7和图8中的BA段），在同一周向位置过渡段的宽度沿径向是非均匀的（图7和图8中的CB段）。

工作过程中，叶轮2绕旋转轴3旋转，将流体例如空气沿图1中箭头方向吸入离心压气机内，并增加流体的动能和压力。当流体离开叶轮2进入无叶扩压器4时，流体的动能进一步转化为压能，从而提高流体的压力；最后流体从无叶扩压器4流出，进入蜗室内。

根据本发明实施例的具有非对称无叶扩压器的离心压气机，通过将无叶扩压器4设计成其宽度沿周向方向是非轴对称分布的，可以更好地适应离心压气机内部流体流动的非轴对称性，抑制离心压气机无叶扩压器4的失速，从而扩大离心压气机的稳定工作范围。

而且，通过设置过渡段，可以使得叶轮安装空间的出口到保持段过渡更加平缓，结构上不会产生突变，从而使气流更加平缓顺畅地流过，进一步提高离心压气机的效率和稳定性。

此外，根据本发明实施例的具有非对称无叶扩压器的离心压气机，可以由对称离心压气机原型改造而成，从而提高了本发明离心压气机的应用范围。

根据本发明实施例的离心压气机的第一壳部11和第二壳部12之间通过轮盖5和轮盘6连接，且无叶扩压器4由轮盖5和轮盘6之间限定出的通道形成。其中第一壳部11、第二壳部12与轮盖5一体形成，这样方便第一壳部11、第二壳部12与轮盖5整体加工制造，有利于提高整体强度。且轮盘6可拆卸地安装在第一壳部11和第二壳部12之间。

根据本发明的一个实施例，在同一周向位置过渡段的宽度沿径向连续变化。进一步地，如图6-图8所示，在同一周向位置过渡段的宽度在径向上沿着远离旋转轴3的方向递增或递减，例如，图7中CB段是逐渐递增的，图8中CB段是逐渐递减的。

根据本发明的一个实施例，参照图1所示，无叶扩压器4的宽度为b，叶轮安装空间的出口距离旋转轴3的距离为R1，其中0.02R1≤b≤0.4R1。

根据本发明的一个实施例，参照图1所示，保持段的入口端距离旋转轴3的距离为R4，叶轮安装空间的出口距离旋转轴3的距离为R1，无叶扩压器4的出口（保持段的出口端）距离旋转轴3的距离为R2，其中R1＜R4≤0.93R2。

根据本发明的一个实施例，参照图1所示，过渡段的入口端为R3，其中R1≤R3＜R4，其中当R1＝R3时，过渡段的入口端与叶轮安装空间的出口重合（即C与D重合）。

根据本发明实施例的汽车，包括根据本发明上述实施例中描述的具有非对称无叶扩压器的离心压气机。

可以理解，根据本发明实施例的汽车的其它构成，例如发动机、变速器、差减总成、涡轮机等均已为现有技术，且为本领域的技术人员所熟知，对于这些可与现有技术采用相同或相近设置的部分，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种具有非对称无叶扩压器的离心压气机，其特征在于，包括：

蜗壳，所述蜗壳包括互相连通的第一壳部和第二壳部，所述第一壳部内限定有蜗室，且所述第二壳部内限定有叶轮安装空间；

叶轮，所述叶轮绕旋转轴可旋转地设在所述叶轮安装空间内；和

无叶扩压器，所述无叶扩压器的宽度沿周向方向上是非轴对称分布的，所述无叶扩压器包括保持段和过渡段，所述保持段的出口端连通所述第一壳部，所述保持段的入口端连通所述过渡段的出口端，所述过渡段的入口端连通所述第二壳部，其中

在同一周向位置所述保持段的宽度沿径向是均匀的，

在同一周向位置所述过渡段的宽度沿径向是非均匀的。

2.根据权利要求1所述的具有非对称无叶扩压器的离心压气机，其特征在于，所述第一壳部和第二壳部之间通过轮盖和轮盘连接，且所述无叶扩压器由所述轮盖和轮盘之间限定出的通道形成。

3.根据权利要求2所述的具有非对称无叶扩压器的离心压气机，其特征在于，所述第一壳部、第二壳部与所述轮盖一体形成。

4.根据权利要求1所述的具有非对称无叶扩压器的离心压气机，其特征在于，在同一周向位置所述过渡段的宽度沿径向连续变化。

5.根据权利要求1所述的具有非对称无叶扩压器的离心压气机，其特征在于，在同一周向位置所述过渡段的宽度在径向上沿着远离所述旋转轴的方向递增或递减。

6.根据权利要求1所述的具有非对称无叶扩压器的离心压气机，其特征在于，所述无叶扩压器的宽度为b，所述叶轮安装空间的出口距离所述旋转轴的距离为R1，其中0.02R1≤b≤0.4R1。

7.根据权利要求1所述的具有非对称无叶扩压器的离心压气机，其特征在于，所述保持段的入口端距离所述旋转轴的距离为R4，所述叶轮安装空间的出口距离所述旋转轴的距离为R1，所述无叶扩压器的出口距离所述旋转轴的距离为R2，其中R1＜R4≤0.93R2。

8.根据权利要求7所述的具有非对称无叶扩压器的离心压气机，其特征在于，所述过渡段的入口端为R3，其中R1≤R3＜R4。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的具有非对称无叶扩压器的离心压气机，其特征在于，所述保持段在周向上最宽的位置对应所述压气机静压分布最小的位置。

10.一种汽车，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的具有非对称无叶扩压器的离心压气机。

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