CN106401990A - 一种有串列与分流叶片的叶轮与串列叶栅扩压器的压气机 - Google Patents

一种有串列与分流叶片的叶轮与串列叶栅扩压器的压气机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种有串列与分流叶片的叶轮与串列叶栅扩压器的压气机，离心叶轮采用分流叶片与串列叶片相结合的结构，同时，扩压器也采用串列叶栅结构。本发明离心叶轮中采用的分流叶片布置方案既可以抑制气流分离，又可以避免因增加全长叶片引起的堵塞、效率下降和质量增加；在长叶片上应用串列叶片结构可以增大气流折转角，防止或推迟附面层的分离，增大喘振裕度。扩压器中采用的串列叶栅布置方案可以抑制气流分离，增大叶栅气动负荷，进一步扩大变工况运行性能，提高离心式压气机性能。

Description

一种有串列与分流叶片的叶轮与串列叶栅扩压器的压气机
技术领域
本发明涉及离心式压气机技术领域，尤其是一种具有串列叶片与分流叶片的叶轮与串列叶栅扩压器的离心压气机结构。
背景技术
叶轮机械作为一项国民经济的支柱产业，它的运行效率决定了其能耗的高低，并且它的稳定性直接影响着整个机组的安全。在离心压气机中，离心叶轮和扩压器是其最重要的组成部件。离心叶轮的作用是通过离心力作用，将旋转轴的机械能转换为气体的压力能及动能；扩压器的作用主要是对从离心叶轮出来的高速气流进行减速，使它的动能转化为压力能。离心式压气机作为叶轮机械中的高端产品，目前各行业都要求它朝着高压比、高效率及高稳定性的方向发展，这些要求对于离心式压气机的设计带来了更大的挑战。
然而，在常规离心式压气机中，由于在高马赫数、高转速的工况下，易出现气流分离现象，且叶片需要承受很高的气动负荷。如此一来，离心式压气机的高效率及高稳定性都得不到保证。研究表明，在压气机中采用分流叶片和串列叶片结构可以有效改善这种不良状况。
分流叶片是采用了长短叶片间隔布置的方法，可以减小离心压气机进口的冲击损失，降低叶片厚度对进气的阻塞，改善压气机出口流场，其原理在于：在叶轮叶片通道后半部分加上一个小叶片，局部增加叶栅的稠度，既可抑制气流分离，又可避免因增加全长叶片引起的堵塞、效率下降和质量增加。20世纪70年代，前苏联的研究人员就在离心泵中焊接不同的分流叶片结构，并对其进行研究，添加分流叶片后，泵扬程增加了20％-95％，并且大流量区泵的效率提高12％-18％，此外泵的噪声、汽蚀等方面也得到了改善。
串列叶栅作为一种气流折转角大、总压损失小、工作范围大的叶栅设计形式，其原理在于：通过前后排叶片之间形成的缝隙流道来吹除前排叶片的附面层，增加后排叶片附面层的能量，防止或推迟附面层的分离。从上世纪40年代至今，已经有不少国内外学者对其开展了很多的研究工作。在国外，串列式叶栅早已应用于多种航空发动机中轴流式压气机的末级，例如法国的阿都斯特，美国的J85、威派尔522、J69，以及用于苏-27战斗机上的A Л-31Φ发动机；也有用作末级风扇静子的，例如JT15D、阿杜尔、JT8D以及CFM56。但是，串列叶栅在离心压气机中，尤其是扩压器以及整级压气机中的应用研究还较少。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。
发明内容
针对背景技术中存在的不足，本发明提供了一种具有串列叶片与分流叶片的叶轮与串列叶栅扩压器的离心压气机结构。
为实现上述目的，本发明提供一种有串列与分流叶片的叶轮与串列叶栅扩压器的压气机，离心叶轮采用分流叶片与串列叶片相结合的结构，同时，扩压器也采用串列叶栅结构。
进一步地，所述的离心叶轮采用分流叶片的结构，并将其中的长叶片用串列叶片替代，串列叶片中的前排叶片和后排叶片沿固定安装角排列，并且串列叶片与分流叶片相互交替着沿周向均匀的布置于叶轮轮毂，前排叶片与后排叶片数目相同，并且分流叶片与后排叶片数目相同。
进一步地，所述的扩压器采用串列叶栅结构，前排叶片和后排叶片沿固定安装角排列，并且串列叶片沿周向均匀的布置于扩压器轮毂，前排叶片和后排叶片数目相同。
与现有技术相比本发明的有益效果为：本发明能够提高离心式压气机的性能，即减少附面层厚度，减少叶片厚度以及附面层分离所引起的阻塞效应，扩大流通面积，提高压气机效率，扩大喘振裕度，进一步满足各行业对于离心式压气机的高压比、高效率及高稳定性的设计要求。
本发明的有益效果是：本发明离心叶轮中采用的分流叶片布置方案既可以抑制气流分离，又可以避免因增加全长叶片引起的堵塞、效率下降和质量增加；在长叶片上应用串列叶片结构可以增大气流折转角，防止或推迟附面层的分离，增大喘振裕度。扩压器中采用的串列叶栅布置方案可以抑制气流分离，增大叶栅气动负荷，进一步扩大变工况运行性能，提高离心式压气机性能。
本发明相对于常规离心式压气机，在叶轮中应用串列叶片和分流叶片，提高了压气机整级效率，扩大了喘振裕度；在扩压器中应用串列叶栅，进一步使之能够达高压比、高效率及高稳定性的要求。
附图说明
图1为本发明的叶轮和扩压器的组合结构的立体图；
图2为本发明的叶轮和扩压器的组合结构的正视图；
图3为本发明的叶轮和扩压器的组合结构的左视图。
图中，1.叶轮轮毂，2.叶轮前排叶片，3.叶轮后排叶片，4.叶轮分流叶片，5.扩压器轮毂，6.扩压器前排叶片，7.扩压器后排叶片。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
请参阅图1所示，其为本发明的叶轮和扩压器的组合结构的立体图，在本发明实施例中，离心叶轮采用分流叶片的结构，长叶片和短叶片沿周向交替布置于叶轮轮毂，并将其中的长叶片用串列叶片替代，串列叶片中的前排叶片和后排叶片沿周向均匀的布置于叶轮轮毂；扩压器采用串列叶栅结构，前排叶片和后排叶片沿周向均匀的布置于扩压器轮毂，前后两排叶片数相同。
图1所示结构包括由叶轮轮毂(1)、叶轮前排叶片(2)、叶轮后排叶片(3)和叶轮分流叶片(4)组成的叶轮，以及由扩压器轮毂(5)、扩压器前排叶片(6)和扩压器后排叶片(7)组成的扩压器。
离心叶轮的串列叶片结构中，前排叶片(2)和后排叶片(3)沿离心压气机的径向排列，并且与分流叶片(4)相互交替着沿周向均匀的布置于叶轮轮毂，前排叶片(2)与后排叶片(3)数目相同，并且分流叶片(4)与后排叶片(3)数目相同；扩压器的串列叶片结构中，前排叶片(6)和后排叶片(7)沿固定安装角排列，并且沿周向均匀的布置于扩压器轮毂，前排叶片(6)和后排叶片(7)数目相同。
上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种有串列与分流叶片的叶轮与串列叶栅扩压器的压气机，其特征在于，离心叶轮采用分流叶片与串列叶片相结合的结构，同时，扩压器也采用串列叶栅结构。
2.根据权利要求1所述的有串列与分流叶片的叶轮与串列叶栅扩压器的压气机，其特征在于，所述的离心叶轮采用分流叶片的结构，并将其中的长叶片用串列叶片替代，串列叶片中的前排叶片和后排叶片沿固定安装角排列，并且串列叶片与分流叶片相互交替着沿周向均匀的布置于叶轮轮毂，前排叶片与后排叶片数目相同，并且分流叶片与后排叶片数目相同。
3.根据权利要求2所述的有串列与分流叶片的叶轮与串列叶栅扩压器的压气机，其特征在于，所述的扩压器采用串列叶栅结构，前排叶片和后排叶片沿固定安装角排列，并且串列叶片沿周向均匀的布置于扩压器轮毂，前排叶片和后排叶片数目相同。
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