CN110966260A - 一种两段式扩压器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种两段式扩压器，包括扩压器本体、扩压器第一段叶片以及扩压器第二段叶片，扩压器本体呈圆环状，在扩压器本体上依次径向设置有扩压器第一段叶片和扩压器第二段叶片；所述扩压器第一段叶片呈直臂型，均匀分布在扩压器本体上，并沿顺时针方向偏转；述扩压器第二段叶片呈机翼型，均匀分布在扩压器本体上，并沿逆时针方向偏转。本发明的两段式扩压器，在叶片扩压器上设计一套有叶扩压器成为两段式扩压器，采用直壁型叶片和机翼形叶片的组合，能实现气流从叶轮出口经扩压器后的降低流速，改善小流量区流动的作用。
Description
技术领域
本发明涉及扩压器结构，具体涉及一种两段式扩压器。
背景技术
实际中，为了提高压缩机组的效率，就必须提高输出的气体压力，扩压器就是将风机动压转变为静压，使速度降低，静压提高。所以它的作用就显得尤为重要。离心压缩机的扩压器一般分为无叶扩压器和有叶扩压器两大类，无叶扩压器由两个平壁构成的环形通道组成；有叶扩压器是在无叶扩压器的环形通道中，沿圆周装以均匀分布的叶片而组成，通过叶片的形状限制了气流的流动方向，从而缩短了扩压器通道的总体结构尺寸，有叶扩压器包括：叶片扩压器、直壁型扩压器两种，其工作原理就是利用通流截面积的不同，将速度能转化为压力能。
实际中，无叶扩压器设计简单且易于制造，成本较低，性能曲线平坦，工况范围较宽；但其流动损失较大，效率较低。常规的压缩机，选择使用叶片扩压器的形式，根据扩压器理论计算及试验，叶片扩压器有扩压程度大，尺寸小的优点，在设计工况下的损失比无叶扩压器的小。其流道短，流动损失小，因而效率较高。但同时，压缩机变工况流量减少时，气流冲击损失较大，往往在叶片扩压器中首先出现流动严重分离，从而引起压缩机的喘振，稳定工况范围较窄。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种两段式扩压器，解决目前的有叶扩压器气流冲击损失较大、易出现流动严重分离导致工况不稳定的问题
为此，本发明采用以下技术方案：
一种两段式叶片扩压器，包括扩压器本体、扩压器第一段叶片以及扩压器第二段叶片，扩压器本体呈圆环状，在扩压器本体上依次径向设置有扩压器第一段叶片和扩压器第二段叶片；
所述扩压器第一段叶片呈直臂型，均匀分布在扩压器本体上，并沿顺时针方向偏转，数量介于16-23个之间；
所述扩压器第二段叶片呈机翼型，均匀分布在扩压器本体上，并沿逆时针方向偏转，数量介于16-23个之间；
所述扩压器第一段叶片与扩压器第二段叶片错开设置，错开的距离为扩压器第一段叶片出口宽度值的1/3-1/2；
所述扩压器第一段叶片入口气流角α3与叶轮出口气流角α2的关系为tanα3＝b2/b3tanα2，其中b2为叶轮出口宽度，b3为扩压器第一段叶片进口宽度。
优选的，所述扩压器第二段叶片出口几何角与扩压器第一段叶片进口几何角之差为12°-15°。
优选的，所述扩压器第二段叶片出口直径D4与叶轮出口直径D2的比值介于1.35-1.45。
优选的，扩压器第一段叶片进口宽度b3大于叶轮出口宽度b2。
更优选的，扩压器第一段叶片进口宽度b3大于叶轮出口宽度b2 1-2mm。
最优选的，扩压器第一段叶片进口宽度b3大于叶轮出口宽度b2 1.08-1.15mm。
此外，扩压器第一段叶片数量或扩压器第二段叶片数量少于叶轮的动叶片数，且与动叶片数不成整倍数。
本发明具有以下有益效果：
本发明的两段式扩压器，是根据离心压缩机提高出口静压，改善小流量区流动的需求，在叶片扩压器上设计一套有叶扩压器成为两段式扩压器，采用直壁型叶片和机翼形叶片的组合，气流从叶轮出口先经过扩压器的直壁型叶片，再经过机翼形叶片，实现气流从叶轮出口经扩压器后的降低流速，提高静压，改善小流量区流动，扩大高效区范围，增加扩压器调节范围的作用。
附图说明
图1为扩压器第一段叶片与扩压器第二段叶片错开距离示意图。
图2为本发明的系统示意流程图。
图中，1为扩压器本体，2为扩压器第一段叶片，3为扩压器第二段叶片。
叶轮及叶片扩压器的几何参数及其物理含义包括：叶轮出口宽度b2、叶轮出口直径D2、叶轮出口气流角α2、扩压器第一段叶片进口宽度b3、扩压器第二段叶片出口宽度b4，扩压器进出口直径D3、D4，扩压器入口气流角α3、叶片出口几何角α4、叶片数Z及型线、扩压器第一段叶片出口宽度b5。
具体实施方式
本发明所述直臂型或机翼型，为扩压器叶片设计的常规型面选择，其中，直臂型又称直线形，叶片是等厚度的直钣，设计比较简单，扩压器的叶片若是机翼形的，是将机翼形叶片的中线弯曲成所需的形状，常采用C-4翼型。
本发明所述叶片进出口几何角，是叶片骨线的切线方向和旋转圆周速度方向的反方向的夹角。
以下本发明所述扩压器其他参数，均为本领域的常规理解。
实施例1：
如图1-2所示，本发明提供一种两段式叶片扩压器，包括扩压器本体1、扩压器第一段叶片2以及扩压器第二段叶片3，扩压器本体呈圆环状，在扩压器本体上依次径向设置有扩压器第一段叶片2和扩压器第二段叶片3；所述扩压器第一段叶片2呈直臂型，均匀分布在扩压器本体1上，并沿顺时针方向偏转，所述扩压器第二段叶片3呈机翼型，均匀分布在扩压器本体1上，并沿逆时针方向偏转，可以明显减少扩压器进出口叶片气流分离的程度，同时能使动压较大程度的转换为静压能。
根据流场参数进行扩压器叶片设计时，采用直壁型叶片和机翼形叶片的组合，变成两段式扩压器，气流从叶轮出口先经过扩压器的直壁型叶片，再经过机翼形叶片，如图1。进一步地，所述叶片均采用二元叶片，根据流场参数平均值进行叶片设计。
进一步地，扩压器第一段叶片采用直壁形，其通道基本上呈直线形，气流速度、压力分布较均匀，流动损失小；均布在叶轮出口一段间隙后的圆周上。扩压器第二段叶片采用机翼形，流动损失小，变工况性能好；均布在第一段叶片出口圆周上。如图1，所述扩压器第一段叶片与扩压器第二段叶片错开设置，错开距离L等于1/3-1/2节距(节距即：扩压器第一段叶片出口宽度)。
进一步地，扩压器第一段叶片进口宽度b3大于叶轮出口宽度b2，并且之间留有一段间隙，这一间隙实际上就等于是一段很短的无叶扩压器，可使叶轮流出的气体在进入扩压器之前，变得均匀，速度有所下降，改善扩压器进气状态，同时降低气流脉动所产生的噪声。
进一步地，如上所述，b3＝b2+(1-2)mm，控制扩压器进口马赫数小于0.8，一般叶片扩压器中无叶段的长度为D3/D2＝1.08-1.15。
更进一步地，叶片扩压器的外径D4/D2,对于中间级：D4/D2＝1.45-1.55；对于蜗室末级：D4/D2＝1.35-1.45；对径向直叶片叶轮的级：D4/D2＝1.55-1.65。
进一步地，所述叶片扩压器出口几何角与叶片扩压器进口几何角之差为12°-15°，均匀控制气流。
进一步地，扩压器入口气流角α3,可通过公式计算：
tanα3＝b2/b3 tanα2，
能减少在第二叶片的流动损失。
进一步地，扩压器叶片数Z一般为16-23片，而且要少于叶轮的动叶片数。为避免发生共振现象，扩压器和叶轮的叶片数不应相等或成整倍数。
效果验证：
离心压缩机试验参数：叶轮转速为60000r/min，离心压缩机的最高效率点为设计点，在设计点工况附近的效率，比传统有叶扩压器最高效率提高了约3.5％。
如上所述，便可较好地实现本发明。上述实施例仅为本发明的一种实施例，并非用来限定本发明的实施范围，即凡以本发明所做的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。
Claims (8)
1.一种两段式扩压器，包括扩压器本体、扩压器第一段叶片以及扩压器第二段叶片，扩压器本体呈圆环状，在扩压器本体上依次径向设置有扩压器第一段叶片和扩压器第二段叶片；
其特征在于：
所述扩压器第一段叶片呈直臂型，均匀分布在扩压器本体上，并沿顺时针方向偏转，数量介于16-23个之间；
所述扩压器第二段叶片呈机翼型，均匀分布在扩压器本体上，并沿逆时针方向偏转，数量介于16-23个之间；
所述扩压器第一段叶片与扩压器第二段叶片错开设置，错开的距离为扩压器第一段叶片出口宽度值的1/3-1/2；
所述扩压器第一段叶片入口气流角α3与叶轮出口气流角α2的关系为tanα3＝b2/b3 tanα2，其中b2为叶轮出口宽度，b3为扩压器第一段叶片进口宽度。
2.如权利要求1所述两段式扩压器，其特征在于，所述扩压器第二段叶片出口几何角与扩压器第一段叶片进口几何角之差为12°-15°。
3.如权利要求1所述两段式扩压器，其特征在于，所述扩压器第二段叶片出口直径D4与叶轮出口直径D2的比值介于1.35-1.45。
4.如权利要求1所述两段式扩压器，其特征在于，扩压器第一段叶片进口宽度b3大于叶轮出口宽度b2。
5.如权利要求4所述两段式扩压器，其特征在于，扩压器第一段叶片进口宽度b3大于叶轮出口宽度b2 1-2mm。
6.如权利要求5所述两段式扩压器，其特征在于，扩压器第一段叶片进口宽度b3大于叶轮出口宽度b2 1.08-1.15mm。
7.如权利要求1所述两段式扩压器，其特征在于，扩压器第一段叶片数量或扩压器第二段叶片数量少于叶轮的动叶片数，且与动叶片数不成整倍数。
8.如权利要求1所述两段式扩压器，其特征在于，所述扩压器第一叶片进口马赫数小于0.8。
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