CN106801677B - 具有扭簧式自适应变几何有叶扩压器的离心压气机 - Google Patents

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    • F04D29/464—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable especially adapted for elastic fluid pumps adjusting flow cross-section, otherwise than by using adjustable stator blades

Abstract

本发明涉及一种具有扭簧式自适应变几何有叶扩压器的离心压气机，包括蜗壳(1)、端壁(9)、端壁凸台(8)、气道(3)、扩压器(4)、扩压器叶片(2)、压气机叶片(5)、叶轮(6)和扭簧(7)，扩压器叶片(2)上设置有内孔，端壁凸台(8)设置在蜗壳(1)的端壁(9)上，装配时扭簧(7)套在端壁凸台(8)外部，端壁凸台(8)嵌入扩压器叶片(2)的内孔。本发明根据叶轮(6)出口气流的具体工况，通过扭簧(7)的作用实现了扩压器叶片(2)的自适应调整，在非设计工况点自动发生偏转至最佳角度，有效解决了现有有叶扩压器在非设计工况点下扩压器叶片的角度调整问题，有效提高扩压器效率。

Description

具有扭簧式自适应变几何有叶扩压器的离心压气机
技术领域
本发明属于涡轮增压技术领域，特别地，涉及一种具有扭簧式自适应变几何有叶扩压器的离心压气机。
背景技术
离心压气机的有叶扩压器，可以将从叶轮出来的具有较高速度的气流由动能转化为压力能，以便进一步提高空气压力。但是在非设计工况点，由于叶轮出口气流的速度大小和方向与设计工况点不同，如果扩压器叶片的安装角度保持不变，扩压器的效率将明显降低。因此有必要设计变几何有叶扩压器，根据离心压气机工况以调整扩压器叶片的角度。
现有的变几何有叶扩压器常采用主动控制方式，该方式需要通过复杂的机械结构以调节扩压器叶片角度，由于叶片调节机构过于复杂，往往需要较大空间，且瞬态变化时响应较慢，无法有效提高扩压器效率。
发明内容
为了克服现有变几何有叶扩压器的诸多缺点，本发明提供了一种具有扭簧式自适应变几何有叶扩压器的离心压气机，包括蜗壳1、端壁9、气道3、扩压器4、扩压器叶片2、压气机叶片5、叶轮6，所述扩压器叶片2上设置有内孔；所述离心压气机还设置有端壁凸台8，所述端壁凸台8设置在蜗壳1的端壁9上；所述离心压气机还设置有扭簧7；所述扩压器叶片2、蜗壳1的端壁9和扭簧7设置成分离的方式，装配时，扭簧7套在端壁凸台8外部，端壁凸台8嵌入扩压器叶片2的内孔，扭簧7的一端与扩压器叶片2连接，另一端与蜗壳1的端壁9连接。
优选地，所述扭簧7提供的力矩由在非设计工况点时扩压器叶片2发生的偏转角度和气流对扩压器叶片2作用的力矩决定。
优选地，对扩压器叶片2进行三维气动仿真分析，得到其在非设计工况点下的最佳偏转角度，计算出此条件下气流对扩压器叶片2作用的力矩，扭簧7提供的力矩与所述偏转力矩大小相等，方向相反。
优选地，所述扩压器叶片2的初始安装角度通过扭簧7控制在离心压气机的设计工况点，当离心压气机变化为非设计工况点时，扩压器叶片2在气流的作用下自动发生偏转角度，通过扭簧7方向相反的力矩使得扩压器叶片2的角度维持在离心压气机在当前工况下的最高效率。
优选地，所述端壁凸台8在端壁9的位置，为在对扩压器叶片2进行三维气动仿真设计时，在设计工况点下扩压器叶片2的气动力等效中心处。
优选地，扩压器叶片2、端壁凸台8、扭簧7数量相同，均为18个。
本发明的有益效果为：
1、可以根据叶轮出口气流的具体工况，通过扭簧的作用实现了扩压器叶片的自适应调整，在非设计工况点自动发生偏转至最佳角度，有效解决了现有有叶扩压器在非设计工况点下扩压器叶片的角度调整问题，有效提高扩压器效率；
2、与现有的主动控制调整扩压器叶片角度的方式相比，简单的自适应结构几乎不占用空间，且能使其迅速地响应扩压器内流场的瞬态变化，有效提高扩压器效率，进而提高离心压气机在非设计工况点的效率，增加适用范围。
附图说明
图1为本发明的离心压气机的结构示意图；
图2为本发明的离心压气机的扩压器叶片与蜗壳装配示意图；
附图标记说明如下：
1—蜗壳，2—扩压器叶片，3—气道，4—扩压器，5—压气机叶片，6—叶轮，7—扭簧，8—端壁凸台，9—端壁。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
如图1所示，本发明的离心压气机，包括蜗壳1、端壁9、端壁凸台8、气道3、扩压器4、扩压器叶片2、压气机叶片5、叶轮6、扭簧7。
如图2所示，扩压器叶片2数量为18个，每个扩压器叶片2上均设置有内孔，蜗壳1的端壁9上设置有与扩压器叶片2数量相同的端壁凸台8，扭簧7数量同样为18个。扩压器叶片2、蜗壳1的端壁9和扭簧7设置成可分离的方式。
装配时，扭簧7套在端壁凸台8外部，端壁凸台8嵌入扩压器叶片2的内孔，这时，扭簧7的一端与扩压器叶片2连接，另一端与蜗壳1的端壁9连接。
应当意识到，上述有关数量的设置仅为示例，不应当理解为对本发明的限制。
所述扭簧7提供的力矩由在非设计工况点时扩压器叶片2发生的偏转角度和气流对扩压器叶片2作用的力矩决定。具体的，对扩压器叶片2进行三维气动仿真分析，得到其在非设计工况点下的最佳偏转角度，计算出此条件下气流对扩压器叶片2作用的力矩，扭簧7提供的力矩与所述偏转力矩大小相等，方向相反。
所述扩压器叶片2的初始安装角度通过扭簧7控制在离心压气机的设计工况点，当离心压气机变化为非设计工况点时，扩压器叶片2气流的作用下自动发生偏转角度，通过扭簧7方向相反的力矩使得扩压器叶片2的角度维持在离心压气机在当前工况下的最高效率。
所述端壁凸台8在端壁9的位置由扩压器叶片2的设计过程决定，即为在对扩压器叶片2进行三维气动仿真设计时，在设计工况点下扩压器叶片2的气动力等效中心处。
由此，可使得在非设计工况下，扩压器叶片2发生自适应的角度偏转，产生变几何效果，提高非设计工况点扩压器的效率，进而提高离心压气机在非设计工况点的效率。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种具有扭簧式自适应变几何有叶扩压器的离心压气机，包括蜗壳(1)、端壁(9)、气道(3)、扩压器(4)、扩压器叶片(2)、压气机叶片(5)、叶轮(6)，其特征在于，
所述扩压器叶片(2)上设置有内孔；
离心压气机还包括端壁凸台(8)，所述端壁凸台(8)设置在蜗壳(1)的端壁(9)上；
离心压气机还包括扭簧(7)；
所述扩压器叶片(2)、蜗壳(1)的端壁(9)和扭簧(7)设置成分离的方式，装配时，扭簧(7)套在端壁凸台(8)外部，端壁凸台(8)嵌入扩压器叶片(2)的内孔，扭簧(7)的一端与扩压器叶片(2)连接，另一端与蜗壳(1)的端壁(9)连接。
2.根据权利要求1所述的离心压气机，其特征在于，所述扭簧(7)提供的力矩由在非设计工况点时扩压器叶片(2)发生的偏转角度和气流对扩压器叶片(2)作用的力矩决定。
3.根据权利要求2所述的离心压气机，其特征在于，对扩压器叶片(2)进行三维气动仿真分析，得到其在非设计工况点下的最佳偏转角度，计算出此条件下气流对扩压器叶片(2)作用的力矩，扭簧(7)提供的力矩与所述偏转力矩大小相等，方向相反。
4.根据权利要求1所述的离心压气机，其特征在于，所述扩压器叶片(2)的初始安装角度通过扭簧(7)控制在离心压气机的设计工况点，当离心压气机变化为非设计工况点时，扩压器叶片(2)在气流的作用下自动发生偏转角度，通过扭簧(7)方向相反的力矩使得扩压器叶片(2)的角度维持在离心压气机在当前工况下的最高效率。
5.根据权利要求1所述的离心压气机，其特征在于，所述端壁凸台(8)在端壁(9)的位置，为在对扩压器叶片(2)进行三维气动仿真设计时，在设计工况点下扩压器叶片(2)的气动力等效中心处。
6.根据权利要求1所述的离心压气机，其特征在于，扩压器叶片(2)、端壁凸台(8)、扭簧(7)数量相同。
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