CN113217464A - 一种组合式压气机机匣结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种组合式压气机机匣结构，包括机匣本体，还包括导流件，机匣本体包括间隔设置的上本体、下本体，导流件设置于两者之间，导流件包括相对间隔设置的上环体、下环体以及设置于二者之间并分别与二者连接的多个叶片组件，上环体与上本体固定，下环体与下本体固定，多个叶片组件沿周向依次分布构成闭合的环形。本发明采用导流件实现自循环机匣在轴向间隔的开闭，可以使得压气机效率因为自循环机匣补气而导致效率减小的状况有所改善；在压气机大流量工况运行时匣缝处叶片为全开状态，压气机的失速裕度因为自循环机匣的导流而增大，将不同工况下自循环机匣对压气机效率与压比的影响降低，实现压气机的自我调节。

Description

一种组合式压气机机匣结构
技术领域
本发明涉及涡轮增压器技术领域，尤其是涉及一种组合式压气机机匣结构。
背景技术
压气机是涡轮增压器的重要组成部件，对压气机来说，稳定宽泛的工作范围是其工程广泛应用的前提，尤其是实现高压比、高转速压气机宽泛的稳定工作范围一直是科研人员关注的重点。现今国内外对于高压比高转速的压气机的宽工况要求还是需要借助额外的扩稳控制策略才能实现。机匣装置是目前扩稳最为广泛的措施之一。压气机采用机匣处理，一方面是为了实现气流的回流，增加叶轮进口流量，特别是在近失速工况时对进口流量的补充，从而扩大压气机稳定运行范围，达到扩稳的目的，另一方面降低激波、叶尖间隙泄漏等引起的流动损失。
现有的机匣处理手段主要有周向槽机匣结构、轴向缝机匣结构和自循环机匣结构。三种机匣处理方式的扩稳机理有所不同，周向槽主要是减弱了泄露流及卷起泄漏涡的强度，轴向缝是通过抽吸和喷射的效果起到了激励端区低能流体的作用，自循环机匣是通过将叶轮内的部分气流通过槽口通道回流到叶轮进口来增加压气机阻塞流量增加压气机堵塞状态的流量，减小失速状态的流量。其中周向槽机匣结构保证了几何结构的轴对称性，能以较小的效率损失取得一定的扩稳效果；轴向缝机匣结构导致了非轴对称的端壁结构，能得到更明显的扩稳效果，但也会引起较大的效率损失；自循环机匣结构对离心压气机特性的扩稳作用更好，且扩稳效果随转速增大而改善，但在扩稳的同时会造成效率与压比的降低。
机匣处理通过改变叶顶机匣的几何结构来改善压气机叶顶区域的流动堵塞状况，从而起到拓宽压气机失速裕度的作用。如何设计机匣处理结构来有效地提高压气机稳定工作范围，同时尽量降低压气机的效率损失，仍然是目前十分具有挑战性的问题。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种组合式压气机机匣结构，有效改进压气机的失速裕度，改善在不同工况下压气机的运行状态。
技术方案：一种组合式压气机机匣结构，包括机匣本体，还包括导流件，机匣本体包括间隔设置的上本体、下本体，导流件设置于两者之间，导流件包括相对间隔设置的上环体、下环体以及设置于二者之间并分别与二者连接的多个叶片组件，上环体与上本体固定，下环体与下本体固定，多个叶片组件沿周向依次分布构成闭合的环形。
进一步的，叶片组件包括转动轴、固定叶片、轴承、拉簧，转动轴两端分别通过一个轴承对应与上环体及下环体连接，固定叶片在上环体和下环体之间套设于转动轴上并与其固定，拉簧的一端与上环体连接，另一端与转动轴连接，周向分布的多个固定叶片构成闭合的环形，此时，拉簧处于自然或拉伸状态。
进一步的，叶片组件还包括卡扣一、卡扣二，卡扣一固定于转动轴上，卡扣二固定于上环体，拉簧的一端与卡扣一连接，另一端与卡扣二连接。
最佳的，固定叶片的弦长A为压气机主叶片叶顶轴向弦长的0.1～0.9倍，厚度比为3％～20％，转动轴直径为固定叶片厚度B的0.4～0.7倍。
进一步的，叶片组件包括固定轴、转动叶片、扭簧，固定轴的下端与下环体上表面固定，上端垂直穿设于上环体中，转动叶片套设于固定轴上并与其转动连接，扭簧套设于固定轴的上端部，扭簧的扭力杆一嵌入上环体中并卡紧，扭力杆二嵌入转动叶片的上表面并卡紧。
最佳的，叶片组件的个数为10～50个。
进一步的，上环体为开口朝上的环状U型钢结构。
进一步的，下环体为开口朝下的环状U型钢结构。
进一步的，机匣本体还包括叶栅导流叶片，上本体与下本体沿轴向间隔设置，导流件设置于轴向间隔a中，下本体的外周面与上本体之间具有周向间隙，叶栅导流叶片在周向间隙中间隔设有至少两个并沿周向分布，多个叶栅导流叶片的相对两侧分别与上本体和下本体固定。
最佳的，叶栅导流叶片厚度C为轴向间隔a间距的2～5倍，长度D为轴向间隔a间距的5～10倍，安装角度为20～80°，数量为2～10个。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：
1.本发明将自循环机匣与导流件相结合，综合压气机带有自循环机匣与无机匣时的优势，可以实现机匣内回流气体的反预旋效应，在圆周方向上提供更均匀的混合气流，激励匣缝周围再循环流的均匀性，对压气机有良好的扩稳效果；
2.本发明所采用的复位弹簧利用压差与弹簧的蓄能作用将翼型叶片设计成可自动调节形式，更有利于压气机变工况运行时余速动能的回收利用；
3.本发明采用导流件实现自循环机匣在轴向间隔的开闭，可以使得自循环机匣在压气机小流量工况运行时匣缝处叶片为闭合状态或半开状态，压气机效率因为自循环机匣补气而导致效率减小的状况有所改善；在压气机大流量工况运行时匣缝处叶片为全开状态，压气机的失速裕度因为自循环机匣的导流而增大。将不同工况下自循环机匣对压气机效率与压比的影响降低，实现压气机的自我调节。
附图说明
图1为本发明的剖视结构示意图；
图2为机匣本体的剖视结构示意图；
图3为上环体的俯视结构示意图；
图4为导流件的立体透视结构示意图；
图5为本发明实施例一的导流件的结构示意图；
图6为图5的放大视图X；
图7为本发明实施例一中一个叶片组件的连接立体结构示意图；
图8为本发明实施例二的导流件的结构示意图；
图9为图8的放大视图Y；
图10为本发明实施例二中一个叶片组件的连接立体结构示意图；
图中：1、机匣本体；11、上本体；12、下本体；13、叶栅导流叶片；2、导流件；21、上环体；22、下环体；23、叶片组件；231、固定叶片；232、转动轴；233、轴承；234、拉簧；2341、卡扣一；2342、卡扣二；235、固定轴；236、转动叶片；237、扭簧；2371、扭力杆一；2372、扭力杆二。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例一：
一种组合式压气机机匣结构，如图1～7所示，包括机匣本体1，机匣本体1包括上本体11、下本体12、叶栅导流叶片13，还包括导流件2，上本体11与下本体12沿轴向间隔设置，导流件2设置于轴向间隔a中。
导流件2包括相对间隔设置的上环体21、下环体22以及设置于二者之间并分别与二者连接的多个叶片组件23，叶片组件23的个数为10～50个，上环体21为开口朝上的环状U型钢结构，上环体21与上本体11焊接固定，下环体22为开口朝下的环状U型钢结构，下环体22与下本体12焊接固定，多个叶片组件23沿周向依次分布构成闭合的环形。
叶片组件23包括转动轴232、固定叶片231、轴承233、拉簧234、卡扣一2341、卡扣二2342，转动轴232两端分别通过一个轴承233对应与上环体21及下环体22连接，固定叶片231在上环体21和下环体22之间套设于转动轴232上并与其固定，卡扣一2341固定于转动轴232上，卡扣二2342固定于上环体21，拉簧234的一端与卡扣一2341连接，另一端与卡扣二2342连接，周向分布的多个固定叶片231构成闭合的环形，此时，拉簧234处于自然或拉伸状态。
固定叶片231的弦长A为压气机主叶片叶顶轴向弦长的0.1～0.9倍，厚度比为3％～20％，转动轴232直径为固定叶片231厚度B的0.4～0.7倍。
机匣本体1可为现有结构，上本体11与下本体12轴向间隔设置后，下本体12的外周面与上本体11之间具有周向间隙，此间隙构成沿环形轨迹延伸的U型凹槽结构，叶栅导流叶片13在周向间隙中间隔设有至少两个并沿周向分布，数量可为2～10个，多个叶栅导流叶片的相对两侧分别与上本体11和下本体12焊接固定，叶栅导流叶片13厚度C为轴向间隔a间距的2～5倍，长度D为轴向间隔a间距的5～10倍，安装角度为20～80°。
叶片组件可根据气压机气流的大小实现叶片的开闭，其打开程度与气流大小呈正比，当有气流进入机匣本体时，在气压的作用下，转动轴带动固定叶片转动呈一定角度，从而使得原本为闭合环形的多个叶片组件之间产生缝隙，机匣本体U型凹槽结构中的气体从这些缝隙中进入，实现补气，当无气体进入机匣本体时，转动轴在拉簧拉力的作用下转回到原位，多个叶片组件重新构成闭合的环形。
实施例二：
一种组合式压气机机匣结构，如图8～10所示，本实施例与实施例一基本相同，区别点在于：叶片组件23包括固定轴235、转动叶片236、扭簧237，固定轴235的下端与下环体22上表面固定，上端垂直穿设于上环体21中，转动叶片236套设于固定轴235上并与其转动连接，扭簧237套设于固定轴235的上端部，扭簧237的扭力杆一2371嵌入上环体21中并卡紧，扭力杆二2372嵌入转动叶片236的上表面并卡紧。
当有气流进入机匣本体时，在气压的作用下，转动叶片绕固定轴转动一定角度，从而使得原本为闭合环形的多个叶片组件之间产生缝隙，机匣本体U型凹槽结构中的气体从这些缝隙中进入，实现补气，当无气体进入机匣本体时，转动叶片在扭簧扭力的作用下转回到原位，多个叶片组件重新构成闭合的环形。
本发明通过叶片组件的开合程度改变压气机自循环机匣的匣缝面积，从而改变机匣的补气流量，使匣缝周围的再循环流更加均匀，从而改善在不同工况下压气机的运行状态，有效结合了压气机带有自循环机匣与无机匣时的优势，将不同工况下自循环机匣对压气机效率与压比的影响降低，实现压气机的自我调节，拓宽压气机的稳流裕度。

Claims (10)

1.一种组合式压气机机匣结构，包括机匣本体，其特征在于：还包括导流件，机匣本体包括间隔设置的上本体、下本体，导流件设置于两者之间，导流件包括相对间隔设置的上环体、下环体以及设置于二者之间并分别与二者连接的多个叶片组件，上环体与上本体固定，下环体与下本体固定，多个叶片组件沿周向依次分布构成闭合的环形。
2.根据权利要求1所述的一种组合式压气机机匣结构，其特征在于：叶片组件包括转动轴、固定叶片、轴承、拉簧，转动轴两端分别通过一个轴承对应与上环体及下环体连接，固定叶片在上环体和下环体之间套设于转动轴上并与其固定，拉簧的一端与上环体连接，另一端与转动轴连接，周向分布的多个固定叶片构成闭合的环形，此时，拉簧处于自然或拉伸状态。
3.根据权利要求2所述的一种组合式压气机机匣结构，其特征在于：叶片组件还包括卡扣一、卡扣二，卡扣一固定于转动轴上，卡扣二固定于上环体，拉簧的一端与卡扣一连接，另一端与卡扣二连接。
4.根据权利要求2所述的一种组合式压气机机匣结构，其特征在于：固定叶片的弦长A为压气机主叶片叶顶轴向弦长的0.1～0.9倍，厚度比为3％～20％，转动轴直径为固定叶片厚度B的0.4～0.7倍。
5.根据权利要求1所述的一种组合式压气机机匣结构，其特征在于：叶片组件包括固定轴、转动叶片、扭簧，固定轴的下端与下环体上表面固定，上端垂直穿设于上环体中，转动叶片套设于固定轴上并与其转动连接，扭簧套设于固定轴的上端部，扭簧的扭力杆一嵌入上环体中并卡紧，扭力杆二嵌入转动叶片的上表面并卡紧。
6.根据权利要求1～5任一所述的一种组合式压气机机匣结构，其特征在于：叶片组件的个数为10～50个。
7.根据权利要求1所述的一种组合式压气机机匣结构，其特征在于：上环体为开口朝上的环状U型钢结构。
8.根据权利要求1所述的一种组合式压气机机匣结构，其特征在于：下环体为开口朝下的环状U型钢结构。
9.根据权利要求1所述的一种组合式压气机机匣结构，其特征在于：机匣本体还包括叶栅导流叶片，上本体与下本体沿轴向间隔设置，导流件设置于轴向间隔a中，下本体的外周面与上本体之间具有周向间隙，叶栅导流叶片在周向间隙中间隔设有至少两个并沿周向分布，多个叶栅导流叶片的相对两侧分别与上本体和下本体固定。
10.根据权利要求9所述的一种组合式压气机机匣结构，其特征在于：叶栅导流叶片厚度C为轴向间隔a间距的2～5倍，长度D为轴向间隔a间距的5～10倍，安装角度为20～80°，数量为2～10个。
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Assignee: Jiangsu University of Science and Technology Technology Transfer Center Co.,Ltd.

Assignor: JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Contract record no.: X2022980022975

Denomination of invention: A Combined Compressor Casing Structure

Granted publication date: 20220819

License type: Common License

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