CN106989062A - 一种离心压气机进气畸变调节装置 - Google Patents

一种离心压气机进气畸变调节装置 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种离心压气机进气畸变调节装置。通过铸造并加工一种特殊结构的管道进气装置，该装置内壁周向均匀分布4个内部导流板，内部导流板的高度与离心压气机叶片高度相关，前缘高度大于尾缘高度，其尾缘向叶轮转动相反方向偏斜10°。该装置出口端与离心压气机进口采用法兰连接的形式，可以绕压气进口调整周向角度并通过螺钉固定。将离心压气机进口弯管与该装置进口端相连接，可以对通过弯管后产生气流旋涡畸变进行调整和引导，从而适度增加叶片前缘的进气攻角，达到削弱畸变对叶轮进口流场结构影响的目的。

Description

一种离心压气机进气畸变调节装置
所属技术领域
本发明涉及一种叶轮机械进气畸变调节装置领域，尤其是离心压气机进气畸变的调节。
背景技术
离心压气机在军、民用领域中发挥了巨大的作用，是涡轮增压器、微小型涡喷/涡扇发动机和涡轮轴发动机中使用最为广泛的空气压缩系统。离心压气机的生产实验和研究一般是在均匀进气条件下进行的，即离心压气机进气管道采用直管，这样对应叶轮上游的气动参数是均匀的。而在离心压气机实际应用中，由于受重量、空间及整机布置的限制，使得离心压气机进口经常采用弯曲管道进气，弯曲管道的几何导致了气流在离心压气机进口出现畸变。其结果主要造成离心压机性能下降，同时增大离心压气机气动噪声，增加了离心压气机叶片载荷的不均匀性。
因此，有必要设计开发一种离心压气机进气畸变调节装置，对于弯曲管道进气产生的畸变流场在一定程度上进行整流，使叶轮进口的畸变进气条件有所缓解，降低其对离心压气机性能的影响。
发明内容
为了改善现有弯曲管道进气时离心压气机性能降低(压比和效率不同程度下降)的问题，本发明提供一种进气畸变调节装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：离心压气机进气畸变调节装置由直管辅助段和内部导流板组成，两者为一体化铸件，所述畸变调节装置安装于离心压气机进口，所述内部4个导流板在直管道内壁周向均分布，两相邻内部导流板之间的夹角为90°，沿离心压气机进口轴线旋转设计有周向角度0°、30°和60°三个位置，离心压气机叶轮轴向长度用l表示，离心压气机进口壁厚用c表示，直管辅助段的轴向尺寸与离心压气叶轮的轴向长度l相等，也用l表示，直管辅助段的横截面尺寸与离心压气机进口相同，壁厚都用c表示，直管辅助段与离心压气机进口以法兰连接，以法兰连接的直管辅助段外径的径向加工量为c/2，法兰的轴向加工量为l/3，法兰部分沿周向均匀设置4个螺纹盲孔和12个沉头光孔，相邻两个螺纹盲孔间的周向夹角为90°，光孔中心线距离心压气机进口端面的距离为t/2，螺纹盲孔和沉头光孔均匀交叉设置，相邻两个螺纹盲孔间的沉头光孔为2个，畸变调节装置通过内部导流板对气流的整流和引导作用削弱弯管产生的畸变流场，使离心压气机叶轮进气条件向有利用提高离心压气机性能的方向发展。
所述的离心压气机叶轮叶片前缘高度为h；所述内部导流板壁厚3mm，轴向尺寸与直管辅助段长度l相等；内部导流板)前缘高度为a＝h/2，圆角半径r1＝a/3；内部导流板尾缘高度为b＝h/3，圆角半径r2＝b/2；内部导流板尾缘向离心压气机叶轮转动相反方向偏斜，偏斜角度10°，内部导流板边缘作倒角处理，倒角半径r3＝4.5mm。
所述沉头光孔与螺纹盲孔配合使用，通过螺钉连接，其规格尺寸与随离心压气机进口尺寸相适配。最终，进气调节装置在离心压气机进口的安装示意见图8所示。
本发明的有益效果是，畸变调节装置由单独一体化铸造后加工得到，避免对原离心压气机壳体重新设计；其尺寸与离心压气机叶轮相关联，方便根据不同离心压气机的型号来加工；同时可以根据离心压气机实际进气的弯曲管道安装形式来调整畸变调节装置的安装角度，达到改善畸变进气条件下离心压气机性能的目的。该装置结构简单、易于加工，不仅能够有效缓解弯管进气导致的压气叶轮进口畸变程度，而且安装简易，适应性强，可以适用于离心压气机在不同弯曲管道进气的情况。
附图说明
图1典型离心压气机壳体主要部位结构示意图；
图2畸变调节装置结构示意图；
图3畸变调节装置的法兰与螺纹盲孔结构示意图；
图4畸变调节装置导流板轴向视图；
图5导流叶板外形结构示意图；
图6离心压气机进口连接处结构示意图；
图7畸变调节装置与离心压气机进口的连接示意图；
图8离心压气进口安装畸变调节装置后的示意图。
图中：1.蜗壳，2.离心压气机进口，3.离心压气机出口，4.畸变调节装置辅助加直管段，5.导流板，6.畸变调节装置的法兰，7.螺纹盲孔，8.离心压气机进口法兰，9.光孔。
具体实施方式
以原始离心压气机叶轮轴向长度为66mm为例，叶轮前缘叶高为27mm，离心压气机进口(2)内径为40mm，壁厚为10mm。畸变调节装置(图2)内外径与离心压气机进口(2)一致，其轴向长为66mm，与离心压气机连接端外径被加工成法兰(见图3)，被加工的轴向长度22mm，径向高度为5mm。该法兰环面上周向均布4个螺纹盲孔(7)，螺纹尺寸与标准螺钉(M5×8)相适应。
图1是原始压气壳体，其主要结构包括蜗壳(1)、离心压气机进口(2)、离心压气机出口(3)。其中离心压气机进口(2)连接进气弯管，是本发明的安装部位。图2是本发明的主体部分，主要包括辅加直管段(4)、内部导流板(5)。图3显示了本发明的结构，辅助直管段(4)与离心压气机进口相(2)连接的部分被加工成连接法兰，其上面周向均布4个螺纹盲孔(7)。
图6为离心压气机进口(2)的连接处的被加工后的结构，离心压气机进口(2)连接处也被加工成法兰(8)，法兰上面周向均布12个直径沉头通孔(9)。图7为畸变调节装置(图2)与离心压气机进口(2)的安装后的剖面图，二者之间通过螺钉连接。图8离心压气机进口安装畸变调节装置后的外观示意图。
图2中，畸变调节装置的主要工作元件为辅助直管段(4)内的4个周向均布的内部导流板(5)。导流板(4)壁厚3mm，轴向尺寸66mm；内部导流板前缘高度为13.5mm，圆角半径为4.5mm；内部导流板(5)尾缘高度为9mm，圆角半径4.5mm；内部导流板(5)尾缘向离心压气机叶轮转动相反方向偏斜，偏斜角度10°。内部导流板(5)与辅助直管段(4)为一体化铸件，边缘作倒角(45°)处理。
图6中，对原始离心压气机进口(2)进行处理，加工成连接法兰(8)。对离心压气机进口(2)内壁轴向加工长度为22mm，径向尺寸为5mm，用保证离心压气机进口(2)连接处与畸变调节装置的安装。离心压气机进口(2)连接法兰上均面12个沉头光孔(9)，用以通过螺钉和畸变调节装置相连接。
图8为离心压气机进口(2)连接畸变调节装置后的结构外观。具体操作时，规定图示射线为0°位置。对于离心压气机进气弯管(90°弯管)，当其实际安装角度为345°～15°时，将畸变调节装置插入离心压气机进口(2)并旋转至其中一个内部导流板(5)处于0°位置，并用螺钉固定。当该弯管实际安装角度15°～45°，将畸变调节装置中其中一内部导流板(5)处于30°位置，并用螺钉固定。当该弯管实际安装角度45°～75°，将畸变调节装置中其中一内部导流板(5)处于60°位置，并用螺钉固定。随弯管实际安装角度的增大，依次类推，畸变调节装置内部导流板(5)转动角度重新循环。
畸变调节装置先完成安装后，再将进气弯管与畸变调节装置相连接。当气流通过弯管后产生旋涡畸变，在进入叶轮进口前受内部导流板(5)的调整和引导作用，适度增加了叶片前缘的进气攻角，从而削弱进气畸变对叶轮进口流场结构的影响。

Claims (3)

1.离心压气机进气畸变调节装置，其特征在于：畸变调节装置结构由直管辅助段和内部导流板组成，两者为一体化铸件，所述畸变调节装置安装于离心压气机进口，所述内部4个导流板在直管道内壁周向均分布，两相邻内部导流板之间的夹角为90°，沿离心压气机进口轴线旋转设计有周向角度0°、30°和60°三个安装位置，离心压气机叶轮轴向长度用l表示，离心压气机进口壁厚用c表示，直管辅助段的轴向尺寸与离心压气叶轮的轴向长度l相等，也用l表示，直管辅助段的横截面尺寸与离心压气机进口相同，壁厚都用c表示，直管辅助段与离心压气机进口以法兰连接，以法兰连接的直管辅助段外径的径向加工量为c/2，轴向的加工量为l/3，法兰部分沿周向均匀设置4个螺纹盲孔和12个沉头光孔，相邻两个螺纹盲孔间的周向夹角为90°，光孔中心线距离心压气机进口端面的距离为t/2，螺纹盲孔和沉头光孔均匀交叉设置，相邻两个螺纹盲孔间的沉头光孔为2个，畸变调节装置通过内部导流板对气流的整流和引导作用削弱弯管产生的畸变流场，使离心压气机叶轮进气条件向有利用提高离心压气机性能的方向发展。
2.根据权利要求1所述的离心压气机进气畸变调节装置，其特征在于：所述内部导流板壁厚3mm，轴向尺寸与直管辅助段长度l相等；叶轮前缘高度用h表示，内部导流板前缘高度为a＝h/2，圆角半径r1＝a/3；内部导流板尾缘高度为b＝h/3，圆角半径r2＝b/2；内部导流板尾缘向离心压气机叶轮转动相反方向偏斜，偏斜角度10°，内部导流板边缘作倒角处理，倒角半径r3＝4.5mm。
3.根据权利要求1或2所述的离心压气机进气畸变调节装置，其特征在于：所述沉头光孔与螺纹盲孔配合使用，通过螺钉连接，其规格尺寸与随离心压气机进口尺寸相适配。
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