CN1056673C - 短叶型扩压器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种短叶型扩压器，它包括前壁面、后壁面和短叶片，所述扩压器沿径向平均分成进口段和出口段，其特征在于：所述短叶片的形状为圆弧形，所述短叶片的排列为低栅稠度，所述短叶片设置在所述后壁面的出口段。本发明集中了有叶扩压器和无叶扩压器的优点，它具有与无叶扩压器同样宽广的工作区域，而效率却有较大幅度的提高，增压比更是几乎与有叶扩压器相同。本发明有助于促进涡流增压器的广泛应用，尤其是在车辆发动机上的应用，可以达到在提高发动机性能的同时，降低废气排放的目的。
Description
本发明涉及一种用于离心式压缩机的短叶型扩压器，尤其是用于可变几何涡轮压缩机(简称VGC)的扩压器。
近年来，可变几何涡轮增压技术(简称VGT)之所以受到高度重视并取得飞速的发展，其重要原因之一，就是这种技术可以改善涡轮增压器对于车辆发动机变工况特性的适应能力，从而显著地提高发动机的动力性、经济性和降低废气排放。一般VGT研究，主要集中在涡轮机、压缩机的叶轮和进口导叶以及无叶扩压器方面。比如，英国HOLSET公司率先生产出的VGT样机，就是使用无叶扩压器，然而，无叶扩压器虽然有较宽阔的工作域，但是不能达到更高的效率和增压比。如果，使用一般的有叶扩压器，虽然可以改善峰值效率和增压比，但是由于其工作区域过分狭窄而显得得不偿失，因而很少在VGT中使用。
美国US-4850795专利，提出了一种可变几何有叶扩压器，其是将扩压器分成两个区域，在扩压器的前壁面设置双列叶栅，叶栅稠度在进口区域为低栅稠度，而出口区域为高栅稠度。该项专利的叶片纵截面为楔型，叶片表面为对数螺旋线型，加工工艺复杂，对数螺旋线型只能对某一流量效果好，而对流量变化的适应性差，其虽然缓解了后部阻塞，但损失了效率，尤其是出口区域栅稠度高，限制了工作区域的扩大，不能全面适应车辆发动机多变工况的需要。美国专利US-3756739，也提出了一种可变几何有叶扩压器的技术解决方案，其是采用高栅稠度较长叶片，由于高栅稠度叶片具有确定的喉部，工作域狭窄，作为可变几何装置只能用于小流量时引入导叶的场合，而在大流量时，要通过设置在叶片端部的由辅助装置控制的小叶片打开喉部，因此结构及控制机构都比较复杂。
本发明的目的是提供一种结构简单，制作方便，既具有较宽的工作域，又具有较高工作效率和增压比的短叶型扩压器。
为实现上述目的，本发明采取以下设计：一种短叶型扩压器，它包括前壁面、后壁面和短叶片，所述扩压器沿径向平均分成进口段和出口段，所述短叶片的径向长度小于所述任一区段，其特征在于：所述短叶片的形状为圆弧形，所述短叶片的排列为低栅稠度，所述短叶片设置在所述后壁面的出口段。
所述短叶片设置在所述后壁面的出口段的同时，设置在所述前壁面的进口段。
本发明由于采取以上设计，其具有以下优点：1、本发明由于采用低栅稠度圆弧形短叶片，且仅将该短叶片设置在后壁面的出口段，与无叶的前壁面组合成出口短叶型扩压器，因此可以在结构十分简单的情况下，同时达到较宽广的工作域和较高的工作效率及增压比。2、本发明由于在后壁面的出口段设置低栅稠度短叶片的同时，在前壁面的进口段也设置低栅稠度短叶片，因此，可以在同轴旋转前壁面或后壁面的过程中，通过进口段与出口段叶片相对位置的变化，很容易地实现了几何通流流道的变化，达到适应各种不同流量工况需要的目的。本发明不但结构和控制方式十分简单，而且同时集中了有叶扩压器和无叶扩压器的优点，本发明具有与无叶扩压器同样宽广的工作区域，而效率却有较大幅度的提高，增压比更是几乎与有叶扩压器相同。本发明有助于促进涡流增压器的广泛应用，尤其是在车辆发动机上的应用，可以达到在提高发动机性能的同时，降低废气排放的目的。
下面结合附图对本发明进行详细的描述。
图1是普通离心压缩机无叶扩压器
图2是本发明进口段具有短叶片的前壁面示意图
图3是本发明出口段具有短叶片的后壁面示意图
图4是本发明双列叶栅状态示意图
图5是本发明长叶状态示意图
图6是本发明长叶-双列叶栅扩压器与无叶扩压器性能对比曲线
图7是本发明出口低栅稠度和高栅稠度扩压器与无叶扩压器性能对比曲线
如图1所示，普通离心压缩机无叶扩压器包括前壁面1，后壁面2，前壁面1和后壁面2实际上是由两个同心圆组成的。本发明将扩压器按其径向有效长度平均分成两个区域，并按气流走向定义为进口段3和出口段4。如图2所示，本发明将低栅稠度短叶片5设置在扩压器前壁面1的进口段3，将低栅稠度短叶片6设置在后壁面2的出口段4(如图3所示)，上述短叶片5、6的形状为圆弧形。
本发明的上述结构可以组成以下两种扩压器结构形式：
一、将出口段4具有短叶片6的后壁面2与进、出口段3、4均无叶片的前壁面1组合，成为低栅稠度出口短叶型扩压器。这种扩压器方式，使离开叶轮的气流在进入叶片前，有充分混合的机会，具备了相对均匀的进入叶片的流动状况；而在出口段由于采用短叶片将气流导入下流涡壳，因此可以改善扩压器与涡壳的匹配状况。本发明的这种结构形式由于仅在出口段4设置低栅稠度短叶片6，因此扩展了阻塞流工作域(以60％效率点为界)，使其具有惊人宽阔的工作域。与无叶扩压器相比，在具有同样宽广的工作域的情况下，效率提高了8.6％(如图7所示)，而增压比几乎与有叶扩压器相同，并且结构十分简单。
二、将进口段3具有短叶片5的前壁面1与出口段4具有短叶片6的后壁面2相对组合(如图4、图5所示)，成为低栅稠度长叶-双列叶栅型扩压器。这种扩压器方式在使用时，可以将后壁面2固定，将前壁面1在一个流道的弧长内作同轴旋转。当出口段4的短叶片6位于入口段3的短叶片5的流道中心延长线附近时，就形成了叶片相错排列的双列叶栅扩压器(如图4所示)；当相对旋转达到极限位置时，就变成了具有长叶片的普通长叶扩压器(如图5所示)。本发明的这种结构形式，只要根据使用时工况的变化，将前、后壁面作相对旋转，就可以实现几何通流流道的变化。这样，在小流量时，可以使用长叶状态，获得较高的效率和增压比(如图6所示)，而在极小流量(喘振点以下)或中大流量时，则可使用双列叶栅状态，使其在仍能获得较高效率和增压比的情况下，获得更宽广的工作域。本发明的扩压器由于仅需通过同轴旋转前壁面或后壁面，因此控制机构也会十分简单。
下面是本发明的实验数据及性能对比曲线的说明。
如图6所示，在长叶和双列叶栅型扩压器中，前、后壁面外径为∮139mm，内径为∮87.6mm，叶高为7mm。叶片出口角为61.8°；图中T11代表扩压器处于双列叶栅状态，T9代表扩压器处于长叶状态，虚线代表无叶扩压器，60K表示涡轮机在每分钟6万转的实验状况下，70K表示涡轮机在每分钟7万转的实验状况下。从性能对比曲线图中可以看出，在小流量区域工作时，长叶-双列叶栅型扩压器，前、后壁面相对旋转为长叶状态，扩压器可以获得很高的效率和增压比，但在流量极小或大中流量时，长叶状态会发生工作区域狭窄，因而将其旋转为双列叶栅状态，扩压器几乎可以获得与无叶扩压器同样宽广的工作域，但是效率和增压比却远高于无叶扩压器。
如图7所示，在出口短叶型扩压器中，前、后壁面外径为∮139mm，内径为∮87.6mm，叶高为7mm，叶片出口角为61.8°；图中T7代表低栅稠度出口短叶型扩压器，T3代表高栅稠度出口短叶型扩压器，虚线代表无叶扩压器。从性能对比曲线图中可以看出，中大流量时，低栅稠度扩压器比高栅稠度扩压器的工作域宽，甚至在小流量时，比无叶扩压器的工作域还宽；而在增压比和效率方面，低栅稠度扩压器比高栅稠度扩压器高，比无叶扩压器更高，几乎与长叶扩压器相同。
Claims (2)
1、一种短叶型扩压器，它包括前壁面、后壁面和短叶片，所述扩压器沿径向平均分成进口段和出口段，其特征在于：所述短叶片的形状为圆弧形，所述短叶片的排列为低栅稠度，所述短叶片设置在所述后壁面的出口段。
2、如权利要求1所述的短叶型扩压器，其特征在于：所述短叶片还设置在所述前壁面的进口段。
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Applications Claiming Priority (1)
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-
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