CN109578339A - 一种双自由度可调半高叶片扩压器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双自由度可调半高叶片扩压器装置，包括前盖板、后盖板、可调半高叶片等部件。可调半高叶片包括一半高外叶片和一套设在半高外叶片中的半高内叶片，半高外叶片底壁上的空心外轴的末端传动连接一齿轮结构，所述齿轮结构用以调整所述空心外轴的旋转角度继而调整所述半高外叶片的气流攻角，半高内叶片底壁上的内轴同心套设在空心外轴内并可沿其轴线上下滑动从而调整可调半高叶片的叶高。本发明通过在攻角及叶高两个自由度上对半高叶片进行调节，可以改善扩压器流道内的流动分布，使压力及速度更加均匀分布，降低流动损失，更好地适应不同工况并扩大稳定工作区间。
Description
技术领域
本发明属于压缩机领域，涉及一种离心压缩机中应用的扩压器装置，具体来说是一种可单侧及两侧布置的双自由度可调半高叶片扩压器装置，用以实现扩压器不同攻角及叶片高度的双自由度灵活调节。
背景技术
在离心压缩机中叶片扩压器已被证实可具有更加良好的气动性能，流动损失小，压力恢复系数高，叶片扩压器可获得更高的压比及效率。然而，在偏离工况下叶片扩压器内会产生较高的冲击损失，流动分离、二次流等不良流动现象，造成压缩机效率下降，甚至在小流量工况下引发压缩机喘振，降低稳定工作区间，尤其是在压缩空气储能领域中压缩机宽工况高效率的要求迫切需要扩压器具有更优越的性能特征。
为抑制扩叶片压器在非设计工况下引发的流动分离、二次流、喘振等不良流动现象，扩大稳定工作区间，现有技术主要通过主动或者被动调整扩压器叶片的气流攻角的方式来避免上述不良现象的发生。然而单纯的改变扩压器叶片的气流攻角，仍然存在着如下的问题：(1)扩压器流道内的流动分布不够均匀，可诱发较大的压力脉动现象，使流动不稳定并产生噪声；(2)扩压器流道存在喉部，可诱发小负荷工况下因回流带来的喘振不良工况，同时较大的叶片表面会产生额外的流动摩擦损失，降低扩压器效率。
为提高压缩机的效率并稳定其工况区间，现有技术还采用了半高叶片扩压器的结构形式，半高扩压器可改善扩压器乃至整个压缩机流道内的流动状态，使扩压器内压力、速度等分布更加均匀，二次流、流动分离等显著减少，从而降低压缩机内部的压力脉动，减少噪声等。然而现有半高叶片扩压器，一方面其半高叶片多采用固定结构，其气流攻角不能调整，很大程度上降低了压缩机的高效工作区间及失速裕度，另一方面，其半高叶片的高度不能调整，限制了扩压器适应宽工况的能力。本发明的双自由度可调半高叶片扩压器不仅可改善扩压器流道内流场的均匀性，降低压力脉动现象，更使压缩机在较宽工况范围高效地工作，提高其失速裕度。
发明内容
针对现有技术的上述缺点和不足，本发明的目的在于提供一种双自由度可调半高叶片扩压器装置，可实现对扩压器半高叶片的攻角及叶高的双重主动调节，从而充分利用有叶片扩压器及无叶扩压器的优点，有效改善扩压器流场分布并降低流场的脉动，提升压缩机性能。
本发明为实现其技术目的所采用的技术方案为：
一种双自由度可调半高叶片扩压器装置，所述半高叶片扩压器包括前盖板和后盖板，所述前盖板和后盖板之间设置有多个沿周向均匀布置的可调半高叶片，其特征在于，
所述可调半高叶片包括一半高外叶片和一半高内叶片，其中，
所述半高外叶片整体呈一顶部开口的空腔叶片结构，其底壁外侧设置一垂直所述底壁的空心外轴，所述半高外叶片的高度为所述前盖板和后盖板之间间距的1/2，
每一所述半高外叶片通过其底壁上的空心外轴设置在所述前盖板和/或后盖板的内壁上，且所述空心外轴伸出所述前盖板和/或后盖板之外的末端传动连接一齿轮结构，所述齿轮结构用以调整所述空心外轴的旋转角度继而调整所述半高外叶片的气流攻角，
所述半高内叶片套设在所述半高外叶片的叶片空腔内，且所述半高内叶片的外表面与所述半高外叶片的叶片空腔的内表面的形状和尺寸相适配，使得所述半高内叶片可沿所述半高外叶片的叶片空腔的内表面在叶片高度方向上下滑动，
所述半高内叶片的高度为所述前盖板和后盖板之间间距的1/2，
所述半高内叶片的底壁外侧垂直设置一内轴，所述内轴同心套设在所述空心外轴内并可沿其轴线上下滑动，当所述内轴向下运动至最低位置时，所述半高内叶片完全位于所述半高外叶片的叶片空腔内，当所述内轴向上运动至最高位置时，所述半高内叶片完全位于所述半高外叶片的叶片空腔外且此时所述半高内叶片的底壁与所述半高外叶片的顶面平齐。
优选地，各所述半高外叶片均通过其底壁上的空心外轴设置在所述前盖板或后盖板的内壁上，且沿周向均匀布置。此时，本发明的双自由度可调半高叶片扩压器装置按照单侧的方式进行布置，双自由度可调半高叶片布置在前盖板或后盖板的圆周方向上。
优选地，部分所述半高外叶片设置在所述前盖板上，其余所述半高外叶片设置在所述后盖板上，且布置在前盖板与后盖板上的半高外叶片错列分布。
优选地，每一所述半高外叶片的空心外轴的末端设置一攻角齿轮，所述前盖板和/或后盖板的外侧设置一可旋转的扩压器外齿圈，各所述攻角齿轮均与其对应侧的所述扩压器外齿圈啮合传动以实现叶片不同攻角的调节。
优选地，所述前盖板和/或后盖板的外侧还设置一可上下移动的扩压器推板，各所述内轴的末端均与其对应侧的所述扩压器推板连接以实现不同叶高的调节。
优选地，所述可调半高叶片单侧布置在所述前盖板或后盖板上时，每一所述半高外叶片、半高内叶片的高度不超过所述前盖板和后盖板之间间距的1/2，当所述内轴向上运动至最高位置时，扩压器即为全叶高扩压器。
优选地，所述可调半高叶片两侧布置在所述前盖板和后盖板上时，每一所述半高外叶片、半高内叶片的高度，不超过所述前盖板和后盖板之间间距的1/4，当所述内轴向上运动至最高位置时，扩压器即为半高错列扩压器。
进一步地，所述扩压器外齿圈、扩压器推板均传动连接一致动器。
同现有技术相比，本发明的双自由度可调半高叶片扩压器装置具有以下优点与积极效果：本发明的扩压器可选择性的在单侧及两侧布置可调半高叶片，周向均布，两侧布置时前盖板及后盖板侧的叶片均匀错列，可有效改善扩压器内的流场分布，减小流动损失，降低流场脉动，降低流体诱导的振动及噪声；扩压器攻角及叶高的主动可控调节能更有效的适应不同工况需求，扩大稳定工作区间；可调半高叶片结构简单，制造难度及成本较低，并易于执行机构控制。
附图说明
图1为本发明中可调半高叶片的结构示意图；
图2为本发明中单侧布置的可调半高叶片扩压器的结构俯视图，其中，(A)为布置在前盖板侧的结构，(B)为布置在后盖板侧的结构；
图3为本发明中单侧布置的可调半高叶片扩压器的结构侧视图，其中，(A)为布置在前盖板侧的结构，(B)为布置在后盖板侧的结构；
图4为本发明中两侧布置的可调半高叶片扩压器的轴测图；
图5为图4的侧视图；
图6为本发明的可调半高叶片扩压器与现有技术中有叶扩压器的相同流线位置静压分布云图，其中，(A)本发明的可调半高叶片扩压器的静压分布云图，(B)现有技术中有叶扩压器的静压分布云图；
图7为本发明的可调半高叶片扩压器与现有技术中有叶扩压器的相同流线位置速度分布云图，其中，(A)本发明的可调半高叶片扩压器的速度分布云图，(B)现有技术中有叶扩压器的速度分布云图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
结合图1～5，本发明所述的双自由度可调半高叶片扩压器装置主要由前盖板8，后盖板9，可调半高叶片，由攻角齿轮5、扩压器齿轮6、扩压器推板7等组成的调节执行机构组成。可调半高叶片沿周向均匀布置在前盖板8与后盖板9之间。可调半高叶片与前盖板8、后盖板9之间及可调半高叶片之间形成气体流动通道。
如图1所示，可调半高叶片包括半高外叶片1及半高内叶片2，其底壁上分别连接有空心外轴4及内轴3。半高外叶片1整体呈一顶部开口的空腔叶片结构，半高外叶片1的高度为前盖板8和后盖板9之间间距的1/2，每一半高外叶片1通过其底壁上的空心外轴4设置在前盖板8和/或后盖板9的内壁上，且空心外轴4伸出前盖板8和/或后盖板9之外的末端传动连接一齿轮结构，所述齿轮结构用以调整空心外轴4的旋转角度继而调整半高外叶片1的气流攻角。半高内叶片2套设在半高外叶片1的叶片空腔内，且半高内叶片2的外表面与半高外叶片1的叶片空腔的内表面的形状和尺寸相适配，使得半高内叶片2可沿半高外叶片1的叶片空腔的内表面在叶片高度方向上下滑动，半高内叶片2的高度为1/2，半高内叶片2的底壁外侧上垂直设置的内轴3同心套设在空心外轴4内并可沿其轴线上下滑动，当内轴3向下运动至最低位置时，半高内叶片2完全位于半高外叶片1的叶片空腔内，当内轴3向上运动至最高位置时，半高内叶片2完全位于半高外叶片1的叶片空腔外且此时半高内叶片2的底壁与半高外叶片1的顶面平齐。
本发明的双自由度可调半高叶片扩压器装置，按照可调半高叶片的布置方式可分为单侧可调扩压器装置和两侧可调扩压器装置。如图2、3所示，当可调半高叶片单侧布置在前盖板或后盖板上时，可调半高叶片沿圆周方向均布置在前盖板8上或后盖板9上。如图4、5所示，当可调半高叶片同时布置在前盖板8上和后盖板9时，可调半高叶片沿圆周方向均匀错列布置在前盖板及后盖板上，前、后盖板上布置的可调半高叶片数目为单侧布置总数的1/2。此外，每一半高外叶片1的空心外轴4的末端设置一攻角齿轮5，前盖板8和/或后盖板9的外侧设置一可旋转的扩压器外齿圈6，扩压器外齿圈6与一致动器传动连接，各攻角齿轮5均与其对应侧的扩压器外齿圈6啮合传动以实现叶片不同攻角的调节。在工作状态时，扩压器外齿圈6按照指令转动，通过啮合传动给所有攻角齿轮5，从而实现所有可调半高叶片不同攻角的调节。前盖板8和/或后盖板9的外侧还设置一可上下移动的扩压器推板7，扩压器推板7与一致动器传动连接，各半高内叶片2的内轴3的末端均与其对应侧的扩压器推板7连接以实现不同叶高的调节。在工作状态时，扩压器推板7在给定指令下实现上下推拉动作，通过内轴3联动实现所有半高内叶片不同叶高的调节。
此外，需要说明的是，本发明的双自由度可调半高叶片扩压器装置在使用时，若可调半高叶片单侧布置在前盖板8或后盖板9上，当内轴3向上运动至最高位置时，可调半高叶片的总高度不超过前盖板8和后盖板9之间间距的1/2。若可调半高叶片单侧同时布置在前盖板8和后盖板9上，当内轴3向上运动至最高位置时，可调半高叶片的总高度不超过前盖板8和后盖板9之间间距的1/2。
如图6、7所示，同现有技术中的有叶扩压器相比，本发明提供的双自由度可调半高叶片扩压器不仅改善了扩压器内的包括静压及速度分布的流场分布，还有效降低了流动损失、提高压缩机的效率，还能减小流场脉动性能、降低流体诱导的振动及噪声，同时双自由度调节(攻角、叶高)方式能更有效的适应不同工况需求，扩大稳定工作区间。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。
Claims (8)
1.一种双自由度可调半高叶片扩压器装置，所述半高叶片扩压器包括前盖板和后盖板，所述前盖板和后盖板之间设置有多个沿周向均匀布置的可调半高叶片，其特征在于，
所述可调半高叶片包括一半高外叶片和一半高内叶片，其中，
所述半高外叶片整体呈一顶部开口的空腔叶片结构，其底壁外侧设置一垂直所述底壁的空心外轴，所述半高外叶片的高度为所述前盖板和后盖板之间间距的1/2，
每一所述半高外叶片通过其底壁上的空心外轴设置在所述前盖板和/或后盖板的内壁上，且所述空心外轴伸出所述前盖板和/或后盖板之外的末端传动连接一齿轮结构，所述齿轮结构用以调整所述空心外轴的旋转角度继而调整所述半高外叶片的气流攻角，
所述半高内叶片套设在所述半高外叶片的叶片空腔内，且所述半高内叶片的外表面与所述半高外叶片的叶片空腔的内表面的形状和尺寸相适配，使得所述半高内叶片可沿所述半高外叶片的叶片空腔的内表面在叶片高度方向上下滑动，
所述半高内叶片的高度为所述前盖板和后盖板之间间距的1/2，
所述半高内叶片的底壁外侧垂直设置一内轴，所述内轴同心套设在所述空心外轴内并可沿其轴线上下滑动，当所述内轴向下运动至最低位置时，所述半高内叶片完全位于所述半高外叶片的叶片空腔内，当所述内轴向上运动至最高位置时，所述半高内叶片完全位于所述半高外叶片的叶片空腔外且此时所述半高内叶片的底壁与所述半高外叶片的顶面平齐。
2.根据上述权利要求所述的双自由度可调半高叶片扩压器装置，其特征在于，各所述半高外叶片均通过其底壁上的空心外轴设置在所述前盖板或后盖板的内壁上，且沿周向均匀布置。
3.根据上述权利要求所述的双自由度可调半高叶片扩压器装置，其特征在于，部分所述半高外叶片设置在所述前盖板上，其余所述半高外叶片设置在所述后盖板上，且布置在前盖板与后盖板上的半高外叶片错列分布。
4.根据上述权利要求所述的双自由度可调半高叶片扩压器装置，其特征在于，每一所述半高外叶片的空心外轴的末端设置一攻角齿轮，所述前盖板和/或后盖板的外侧设置一可旋转的扩压器外齿圈，各所述攻角齿轮均与其对应侧的所述扩压器外齿圈啮合传动以实现叶片不同攻角的调节。
5.根据上述权利要求所述的双自由度可调半高叶片扩压器装置，其特征在于，所述前盖板和/或后盖板的外侧还设置一可上下移动的扩压器推板，各所述内轴的末端均与其对应侧的所述扩压器推板连接以实现不同叶高的调节。
6.根据上述权利要求所述的双自由度可调半高叶片扩压器装置，其特征在于，所述可调半高叶片单侧布置在所述前盖板或后盖板上时，每一所述半高外叶片、半高内叶片的高度不超过所述前盖板和后盖板之间间距的1/2，当所述内轴向上运动至最高位置时，扩压器即为全叶高扩压器。
7.根据上述权利要求所述的双自由度可调半高叶片扩压器装置，其特征在于，所述可调半高叶片两侧布置在所述前盖板和后盖板上时，每一所述半高外叶片、半高内叶片的高度，不超过所述前盖板和后盖板之间间距的1/4，当所述内轴向上运动至最高位置时，扩压器即为半高错列扩压器。
8.根据上述权利要求所述的双自由度可调半高叶片扩压器装置，其特征在于，所述扩压器外齿圈、扩压器推板分别传动连接一致动器。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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