CN107061356B - 凹槽阻流结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种凹槽阻流结构，设置在离心压气机叶轮出口和扩压器中间的过渡区间内，包括：凹槽，凹槽围绕过渡区间的中轴线周向分布；第一阻流单元，第一阻流单元设置在凹槽内，第一阻流单元围绕过渡区间的中轴线周向分布；第二阻流单元，第二阻流单元设置在凹槽内，第二阻流单元围绕过渡区间的中轴线周向分布；第一阻流单元与第二阻流单元间隔设置，第一阻流单元及第二阻流单元为锯齿结构。本发明的有益效果如下：可以防止端壁区的倒流现象，同时可以阻止上游生成的涡团向下游流动，改善该过渡区间区域和下游扩压器等部件内的流动状况，尤其是对于靠近轮盖一侧的流动改善效果最为明显，减小端壁二次流对主流的影响，提高压气机的稳定工作范围。

Description

凹槽阻流结构
技术领域
本发明涉及离心压气机领域，特别是涉及一种离心压气机叶轮出口和扩压器进口中间的过渡段的凹槽阻流结构。
背景技术
离心压气机工作时，气体先后经过叶轮和扩压器。气流经过叶轮时，叶轮对气体做功，使得气体的速度、压力等都变大；在扩压器中，气体绝对速度减小，根据气体动力学的知识可知，速度减小时，气体的静压变大，即气体的一部分动能转化为压力能，从而使得气体流出叶轮以后压力进一步变大，提高整个压气机的压比。然而，在叶轮和扩压器中间还有一段过渡段，我们称之为过渡区间，它是衔接叶轮和扩压器的重要部件。
实际中气体的流动状况远远比上面描述的要复杂得多，究其原因主要有以下几点。首先，上游涡团的影响。我们期望的是气流随着叶轮的方向流动，但是实际上由于附面层随着流动逐渐发展，再加上尾迹的影响，在叶轮中存在很多大小不一的涡团，它们有的很快就消失了，有的却不会消失，对主流造成很大的影响，甚至跟随主流流向其余的部件，如扩压器、蜗壳等。其次，在叶顶一侧流动状况更加差，原因是，叶顶处存在间隙涡，甚至出现回流现象，这也都将直接影响接下来部件的工作。最后，在叶轮出口和扩压器进口的过渡段，因为气体没有了叶轮的约束，更容易产生二次流动，尤其是逆压梯度比较大时，产生回流现象，再加上来流中包含的涡团的影响，使得这个区域的流动变得异常复杂。尤其在靠近轮盖的一侧，也就是对应着叶轮中叶顶的一侧，逆压梯度加上端壁附面层的综合影响，使得其流动状况往往差强人意。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种能够减小气流在过渡区间的倒流状况，并且可以有效地防止来流中夹杂的涡团向下游发展，改善该区域、扩压器进口段及下游的流动状况，提高离心压气机的稳定工作范围的凹槽阻流结构。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种凹槽阻流结构，设置在离心压气机叶轮出口和扩压器中间的过渡区间内，包括：凹槽，所述凹槽围绕所述过渡区间的中轴线周向分布；第一阻流单元，所述第一阻流单元设置在所述凹槽内，所述第一阻流单元围绕所述过渡区间的中轴线周向分布；第二阻流单元，所述第二阻流单元设置在所述凹槽内，所述第二阻流单元围绕所述过渡区间的中轴线周向分布；其中所述第一阻流单元与所述第二阻流单元间隔设置，所述第一阻流单元及所述第二阻流单元为锯齿结构。
优选地，所述凹槽占据所述过渡区间沿来流方向0％～50％的区域。
优选地，所述凹槽的深度小于等于所述过渡区壁面厚度的50％，所述凹槽的深度为所述过渡区壁面厚度的30％。
优选地，所述凹槽的径向宽度为所述过渡区间径向长度的50％。
优选地，所述第一阻流单元与所述第二阻流单元之间的径向距离为所述凹槽的径向宽度的25％～30％。
优选地，所述第一阻流单元及所述第二阻流单元沿主流方向向后倾斜，倾斜角度为25°。
优选地，所述第一阻流单元及所述第二阻流单元在所述凹槽壁面上的径向投影长度小于等于所述凹槽径向宽度的50％，所述第一阻流单元及所述第二阻流单元在所述凹槽壁面上的径向投影长度为所述凹槽径向宽度的45％。
优选地，所述第一阻流单元及所述第二阻流单元与所述凹槽的连接处为倒角设置。
优选地，所述第一阻流单元及所述第二阻流单元的顶点的轴向高度大于所述凹槽的深度。
优选地，所述第一阻流单元及所述第二阻流单元的顶点的轴向高度小于等于所述过渡区间轴向宽度的5％。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：可以防止端壁区的倒流现象，同时可以阻止上游生成的涡团向下游流动，改善该过渡区间区域和下游扩压器等部件内的流动状况，尤其是对于靠近轮盖一侧的流动改善效果最为明显，减小端壁二次流对主流的影响，提高压气机的稳定工作范围。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征目的和优点将会变得更明显。
图1为带有本发明凹槽阻流结构离心压气机的结构示意图；
图2为本发明凹槽阻流结构单个锯齿结构局部放大示意图；
图3为本发明凹槽阻流结构局部放大示意图。
图中：
1-流道段 2-过渡区间 3-扩压器
4-凹槽 5-第一阻流单元 6-第二阻流单元
具体实施方式
下面采用具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1～图3所示，在离心压气机叶轮出口(流道段1)和扩压器3中间的过渡区2部分，在叶轮轮盖一侧，沿着整个圆周开一个凹槽4，并且在凹槽4中嵌有两圈绕整个圆周的倾斜的锯齿形结构(第一阻流单元5和第二阻流单元6)，锯齿形结构(第一阻流单元5和第二阻流单元6)向后倾斜，即锯齿形结构(第一阻流单元5和第二阻流单元6)倾斜方向与气流的主流方向相同，凹槽4的边缘、锯齿形结构(第一阻流单元5和第二阻流单元6)与扩压器壁面连接处等位置进行倒角操作，以保证连接处光滑。
本发明在离心压气机过渡区间2靠近轮盖的一侧的隔板上，沿着周向均匀地开一个凹槽4并且嵌上两圈锯齿形结构(第一阻流单元5和第二阻流单元6)，如图1中所示。凹槽4分布在过渡区间进口端的0％～50％，凹槽4在任何的位置深度h1相等，可取整个隔板厚度的30％，建议不要超过50％，这是为了保证隔板的强度。凹槽4在任何周向任何位置宽度d1相等，可取过渡区间整个径向长度的50％，不宜取太长，不然会对下游的扩压器内部的流动影响较大，也不宜太短，不然防止端壁区的回流的效果不明显，凹槽4在圆周上连续无间断，并且边缘倒角，保证平滑过渡。
两圈锯齿形结构(第一阻流单元5和第二阻流单元6)均沿着整个圆周连续分布，中间没有间隔。锯齿的根部，即锯齿结构与隔板相连的部分，第一阻流单元5和第二阻流单元6径向间距为凹槽4径向宽度的25％～30％，这个宽度的实际距离与图3中标注的d2是一样，d2是第一阻流单元5和第二阻流单元6的齿间的径向距离。在这里取为25％～30％是要保证两点，一是保证两圈锯齿形结构(第一阻流单元5和第二阻流单元6)的根部要都位于凹槽4内部，不可到隔板上，这样会弱化凹槽4的作用；二是，该径向间距不宜取太短，不然，两层锯齿形结构(第一阻流单元5和第二阻流单元6)相邻的太近，对该部分的流动造成影响，不但改善不了，或许起到相反的作用。
接下来，具体介绍锯齿形结构(第一阻流单元5和第二阻流单元6)的设计方法，图3是本发明锯齿形结构的局部放大示意图，以此图为示例进行说明。锯齿形结构(第一阻流单元5和第二阻流单元6)都是倾斜的，倾斜方向沿主流方向向后，倾斜角取为25°，并且锯齿形结构(第一阻流单元5和第二阻流单元6)顶尖边缘和与凹槽4相连的部分要倒角，以保证连接处光滑过度，减小流动的阻力。锯齿形结构(第一阻流单元5和第二阻流单元6)在凹槽4壁面上的径向投影长度不超过整个凹槽4径向的长度的50％，可以取45％，这样同时是为了保证凹槽4部分能够容纳整两圈锯齿，避免锯齿形结构(第一阻流单元5和第二阻流单元6)向下游延伸太多，减少对下游流动的影响。确定了锯齿形结构(第一阻流单元5和第二阻流单元6)的倾斜角和径向长度就能够确定锯齿顶点与凹槽4壁面的垂直高度，也即为轴向高度。但是，在此要检查确保锯齿顶点轴向高度要高于凹槽4的深度h1，即锯齿形结构(第一阻流单元5和第二阻流单元6)顶点构成的平面要露出凹槽4，这样锯齿形结构(第一阻流单元5和第二阻流单元6)才能够发挥最后该位置倒流的作用，而凹槽4又可以起到防止上游来的涡团向下游发展，两者共同作用下，改善该位置的流动状况。相应的，锯齿形结构(第一阻流单元5和第二阻流单元6)顶点的高度还不应该大于过渡区间整个轴向宽度的5％，即不超过该区域两隔板的间距的5％，原因是防止该结构对主流区的影响太大。当检验不满足要求时，应该适当的调整锯齿的径向长度或者倾斜角，保证锯齿形结构(第一阻流单元5和第二阻流单元6)顶点的垂直高度的要求，具体的调整范围参照权利要求说明。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种凹槽阻流结构，设置在离心压气机叶轮出口和扩压器中间的过渡区间内，其特征在于，包括：
凹槽，所述凹槽围绕所述过渡区间的中轴线周向分布；
第一阻流单元，所述第一阻流单元设置在所述凹槽内，所述第一阻流单元围绕所述过渡区间的中轴线周向分布；
第二阻流单元，所述第二阻流单元设置在所述凹槽内，所述第二阻流单元围绕所述过渡区间的中轴线周向分布；其中
所述第一阻流单元与所述第二阻流单元间隔设置，所述第一阻流单元及所述第二阻流单元为锯齿结构；
所述凹槽占据所述过渡区间沿来流方向0％～50％的区域。
2.根据权利要求1所述的凹槽阻流结构，其特征在于，所述凹槽的深度小于等于所述过渡区壁面厚度的50％，所述凹槽的深度为所述过渡区壁面厚度的30％。
3.根据权利要求1所述的凹槽阻流结构，其特征在于，所述凹槽的径向宽度为所述过渡区间径向长度的50％。
4.根据权利要求1所述的凹槽阻流结构，其特征在于，所述第一阻流单元与所述第二阻流单元之间的径向距离为所述凹槽的径向宽度的25％～30％。
5.根据权利要求1所述的凹槽阻流结构，其特征在于，所述第一阻流单元及所述第二阻流单元沿主流方向向后倾斜，倾斜角度为25°。
6.根据权利要求1所述的凹槽阻流结构，其特征在于，所述第一阻流单元及所述第二阻流单元在所述凹槽壁面上的径向投影长度小于等于所述凹槽径向宽度的50％，所述第一阻流单元及所述第二阻流单元在所述凹槽壁面上的径向投影长度为所述凹槽径向宽度的45％。
7.根据权利要求1所述的凹槽阻流结构，其特征在于，所述第一阻流单元及所述第二阻流单元与所述凹槽的连接处为倒角设置。
8.根据权利要求2所述的凹槽阻流结构，其特征在于，所述第一阻流单元及所述第二阻流单元的顶点的轴向高度大于所述凹槽的深度。
9.根据权利要求2所述的凹槽阻流结构，其特征在于，所述第一阻流单元及所述第二阻流单元的顶点的轴向高度小于等于所述过渡区间轴向宽度的5％。
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