CN113464497A - 扩压器、压缩机和空气循环机 - Google Patents

扩压器、压缩机和空气循环机 Download PDF

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CN113464497A CN202110706260.0A CN202110706260A CN113464497A CN 113464497 A CN113464497 A CN 113464497A CN 202110706260 A CN202110706260 A CN 202110706260A CN 113464497 A CN113464497 A CN 113464497A
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沈军
符渡
黄建平
于艳翠
陈云飞
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Abstract

本申请提供一种扩压器、压缩机和空气循环机。该扩压器包括扩压面，扩压面上沿周向设置有多个叶片，叶片的翼型弦长为b，中线为y0，下表面型线为y1，上表面型线为y2，中线型线y0满足y＝‑az6+bz5‑cz4+dz3‑ez2+fz‑g，其中y＝y0/b，z＝x/b，a1＝0～2；b1＝1～4；c1＝1～4；d1＝1.5～2.5；e1＝0～0.5；f1＝0～0.5；g1＝‑0.1～0.1；下表面型线y1满足y＝‑az6+bz5‑cz4+dz3‑ez2+fz‑g，其中y＝y1/b，z＝x/b，a2＝3～6；b2＝12～16；c2＝12～18；d2＝6～10；e2＝0～4；f2＝0.1～1.0；g2＝‑0.1～0.1；上表面型线y2满足y＝az6‑bz5+cz4‑dz3+ez2+‑fz+g，其中y＝y2/b，z＝x/b，a3＝1～4；b3＝3～8；c3＝6～10；d3＝3～6；e3＝0～3；f3＝0～0.6；g3＝‑0.1～0.1。根据本申请的扩压器，能够优化扩压器结构，降低气流在流经扩压器过程中的摩擦阻力损失，提高气体流动效率，提高扩压器效率，提高压缩机的压缩性能。

Description

扩压器、压缩机和空气循环机
技术领域
本申请涉及飞机空调技术领域，具体涉及一种扩压器、压缩机和空气循环机。
背景技术
在采用空气为工质的压缩空气循环制冷系统中，空气先在导向装置中膨胀加速，然后再流入膨胀叶轮，驱动叶轮旋转做功，驱动压缩机压缩空气和风机送风。
压缩机由转子、扩压器和壳体等主要部件组成。扩压器将从转子流出的高速气体动能转变成压力能，进一步提高空气压力，把气流的动能转变成压力能。
压缩机的扩压器结构设计对于气流流动效率影响较大，当结构设计不合理时，会导致气流在压缩机内的流动损失较大，流动效率严重降低，进而影响压缩机的压缩性能。
发明内容
因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种扩压器、压缩机和空气循环机，能够优化扩压器结构，降低气流在流经扩压器过程中的摩擦阻力损失，提高气体流动效率，提高扩压器效率，提高压缩机的压缩性能。
为了解决上述问题，本申请提供一种扩压器，包括扩压面，扩压面上沿周向设置有多个叶片，叶片的翼型弦长为b，中线为y0，下表面型线为y1，上表面型线为y2，在翼型截面内，以前缘点作为原点，以在前缘点与中线相切的直线作为x轴，以垂直于x轴的直线作为y轴，以中线相对于前缘的方位作为x轴和y轴正方向，中线型线y0满足y＝-az6+bz5-cz4+dz3-ez2+fz-g，其中y＝y0/b，z＝x/b，a1＝0～2；b1＝1～4；c1＝1～4；d1＝1.5～2.5；e1＝0～0.5；f1＝0～0.5；g1＝-0.1～0.1；下表面型线y1满足y＝-az6+bz5-cz4+dz3-ez2+fz-g，其中y＝y1/b，z＝x/b，a2＝3～6；b2＝12～16；c2＝12～18；d2＝6～10；e2＝0～4；f2＝0.1～1.0；g2＝-0.1～0.1；上表面型线y2满足y＝az6-bz5+cz4-dz3+ez2+-fz+g，其中y＝y2/b，z＝x/b，a3＝1～4；b3＝3～8；c3＝6～10；d3＝3～6；e3＝0～3；f3＝0～0.6；g3＝-0.1～0.1。
优选地，叶片的最大厚度dmax＝(0.06～0.08)b，叶片的翼型前缘半径为r1，后缘半径为r2，r1＝dmax，r2＝dmax。
优选地，r1＝0.05dmax，r2＝0.1dmax。
优选地，叶片的入口安装角α1满足α1＝13°～19°。
优选地，叶片的出口安装角α2满足α2＝23°～31°。
优选地，叶片的入口安装角α1和叶片的出口安装角α2满足α2≥α1。
优选地，叶片的进口直径为D1，出口直径为D2，D2/D2＝1.1～1.4。
根据本申请的另一方面，提供了一种压缩机，包括扩压器，该扩压器为上述的扩压器。
优选地，压缩机还包括轴承座，扩压器安装在轴承座上，并与轴承座固定连接。
优选地，轴承座上设置有安装槽，扩压器远离叶片的端面上设置有安装凸起，安装凸起安装固定在安装槽内。
优选地，安装槽为柱形孔，安装凸起为圆柱，圆柱与柱形孔相适配，圆柱朝向安装槽的端面与安装槽的槽底相贴合。
优选地，压缩机还包括涡管，涡管与轴承座分开设置，并固定连接在一起，扩压器设置在轴承座朝向涡管的一侧。
根据本申请的另一方面，提供了一种空气循环机，包括上述的扩压器或压缩机。
本申请提供的扩压器，包括扩压面，扩压面上沿周向设置有多个叶片，叶片的翼型弦长为b，中线为y0，下表面型线为y1，上表面型线为y2，在翼型截面内，以前缘点作为原点，以在前缘点与中线相切的直线作为x轴，以垂直于x轴的直线作为y轴，以中线相对于前缘的方位作为x轴和y轴正方向，中线型线y0满足y＝-az6+bz5-cz4+dz3-ez2+fz-g，其中y＝y0/b，z＝x/b，a1＝0～2；b1＝1～4；c1＝1～4；d1＝1.5～2.5；e1＝0～0.5；f1＝0～0.5；g1＝-0.1～0.1；下表面型线y1满足y＝-az6+bz5-cz4+dz3-ez2+fz-g，其中y＝y1/b，z＝x/b，a2＝3～6；b2＝12～16；c2＝12～18；d2＝6～10；e2＝0～4；f2＝0.1～1.0；g2＝-0.1～0.1；上表面型线y2满足y＝az6-bz5+cz4-dz3+ez2+-fz+g，其中y＝y2/b，z＝x/b，a3＝1～4；b3＝3～8；c3＝6～10；d3＝3～6；e3＝0～3；f3＝0～0.6；g3＝-0.1～0.1。该扩压器对叶片翼型进行了优化，使得扩压器结构也得到了优化，能够降低气流在流经扩压器过程中的摩擦阻力损失，使得气流流动更加均匀，提高气体流动效率，提高扩压器效率，提高压缩机的压缩性能。
附图说明
图1为本申请一个实施例的扩压器的叶片翼型结构示意图；
图2为本申请一个实施例的扩压器的叶片结构示意图；
图3为本申请一个实施例的扩压器的第一轴测结构示意图；
图4为本申请一个实施例的扩压器的第二轴测结构示意图；
图5为本申请一个实施例的空气循环机的轴承座的轴测结构示意图；
图6为本申请一个实施例的空气循环机的剖视结构示意图。
附图标记表示为：
1、扩压面；2、叶片；3、扩压器；4、轴承座；5、安装槽；6、安装凸起；7、涡管。
具体实施方式
结合参见图1至图4所示，根据本申请的实施例，扩压器包括扩压面1，扩压面1上沿周向设置有多个叶片2，叶片2的翼型弦长为b，中线为y0，下表面型线为y1，上表面型线为y2，在翼型截面内，以前缘点作为原点，以在前缘点与中线相切的直线作为x轴，以垂直于x轴的直线作为y轴，以中线相对于前缘的方位作为x轴和y轴正方向，中线型线y0满足y＝-az6+bz5-cz4+dz3-ez2+fz-g，其中y＝y0/b，z＝x/b，a1＝0～2；b1＝1～4；c1＝1～4；d1＝1.5～2.5；e1＝0～0.5；f1＝0～0.5；g1＝-0.1～0.1；下表面型线y1满足y＝-az6+bz5-cz4+dz3-ez2+fz-g，其中y＝y1/b，z＝x/b，a2＝3～6；b2＝12～16；c2＝12～18；d2＝6～10；e2＝0～4；f2＝0.1～1.0；g2＝-0.1～0.1；上表面型线y2满足y＝az6-bz5+cz4-dz3+ez2+-fz+g，其中y＝y2/b，z＝x/b，a3＝1～4；b3＝3～8；c3＝6～10；d3＝3～6；e3＝0～3；f3＝0～0.6；g3＝-0.1～0.1。
作为优选地，a1＝1.031，b1＝2.7739，c1＝2.7752，d1＝1.2807，e1＝0.0744，f1＝0.0417，g1＝0.0002；a2＝4.8171，b2＝14.104，c2＝15.923，d2＝8.7353，e2＝2.2868，f2＝0.4053，g2＝0.0004；a3＝2.3023，b3＝6.9734，c3＝8.148，d3＝4.5875，e3＝1.5967，f3＝0.2718，g3＝0。
该扩压器对叶片2的翼型进行了优化，使得扩压器结构也得到了优化，能够降低气流在流经扩压器过程中的摩擦阻力损失，使得气流流动更加均匀，提高气体流动效率，提高扩压器效率，提高压缩机的压缩性能。
在本实施例中，多个叶片2沿着扩压器的周向均匀分布在扩压面1上，且每个叶片2的分布形态相同，从而能够形成均匀的气流流动，提高气流流动效率。
本实施例的扩压器通过优化叶片2的翼型，可以取得更大的扩压度，从而使得气流流动能够具有更大的速度降落和压力分布，提高扩压器的工作效率。
经压缩叶轮流出的高速气体流入扩压器后，气体动能转变成压力能，可以有效提高流体的压力。
利用上述方式获得的叶片型线如表1所示：
表1叶片型线
x/b y1/b y2/b y0/b
0.00 0.0000 0.0000 0.0000
0.05 0.0145 -0.0100 0.0016
0.10 0.0243 -0.0149 0.0041
0.15 0.0314 -0.0166 0.0076
0.20 0.0380 -0.0162 0.0120
0.25 0.0454 -0.0144 0.0174
0.30 0.0535 -0.0112 0.0238
0.35 0.0621 -0.0064 0.0311
0.40 0.0714 0.0000 0.0395
0.45 0.0814 0.0079 0.0488
0.50 0.0921 0.0175 0.0591
0.55 0.1034 0.0287 0.0705
0.60 0.1151 0.0418 0.0828
0.65 0.1274 0.0567 0.0962
0.70 0.1404 0.0734 0.1107
0.75 0.1540 0.0918 0.1263
0.80 0.1684 0.1119 0.1429
0.85 0.1836 0.1336 0.1607
0.90 0.1996 0.1567 0.1796
0.95 0.2164 0.1812 0.1997
1.00 0.2150 0.2150 0.2150
在一个实施例中，叶片2的最大厚度dmax＝(0.06～0.08)b，叶片2的翼型前缘半径为r1，后缘半径为r2，r1＝0.04～0.06dmax，r2＝0.09～0.11dmax。
气流在叶片上贴附流动，叶片的结构设计影响到气流的流动效率，为了使得气流的流线均匀顺畅，减小气流的流动损失，对叶片2的翼型进行了上述优化，将叶片的前缘半径和后缘半径与叶片的最大厚度进行了关联，使得叶片的前缘半径和后缘半径由叶片2的厚度来进行限定，从而设计出既能够便于实现，易于加工，又能够形成摩擦阻力损失较小的流线型叶片结构。
作为一个优选的实施例，r1＝0.05dmax，r2＝0.1dmax。
在一个实施例中，叶片2的入口安装角α1满足α1＝13°～19°。通过对叶片2的入口安装角α1进行优化，可以避免叶片2的入口安装角α1设计的过大或者过小，从而使得气流流入扩压器时，对叶片2不会产生过大的撞击损失。
在一个实施例中，叶片2的出口安装角α2满足α2＝23°～31°。随着出口安装角α2的增大，叶片出口流速下降和压力显著增加，但安装角α2过大时，容易促使扩压器叶片凹面上的气流发生分离，扩压器叶片中的流道发生气流严重脱离，从而引起扩压流动效果恶化，加大流动损失，通过对α2进行合理限定，既能够保证叶片出口流速下降和压力增加满足设计要求，又能够避免扩压流动效果恶化，获得较好的气体流动效率。
在一个实施例中，叶片2的入口安装角α1和叶片2的出口安装角α2满足α2≥α1，优选地，α2＞α1，一方面在同样径向尺寸条件下使得扩压器的扩压能力提高；另一方面缩短了气体流程，减小摩擦阻力损失，提高了扩压器的效率。
在一个实施例中，叶片2的进口直径为D1，出口直径为D2，D2/D2＝1.1～1.4，既能够避免D2/D1取值太小，导致气流在扩压器内没有充分扩压，又能够避免D2/D1取值太大，扩压器内流动摩擦损失增加，对扩压程度的增加没有好的效果。
结合参见图5和图6所示，根据本申请的实施例，压缩机包括扩压器3，该扩压器3为上述的扩压器。
在一个实施例中，压缩机还包括轴承座4，扩压器3安装在轴承座4上，并与轴承座4固定连接。
轴承座4上设置有安装槽5，扩压器3远离叶片2的端面上设置有安装凸起6，安装凸起6安装固定在安装槽5内。
安装槽5为柱形孔，安装凸起6为圆柱，圆柱与柱形孔相适配，圆柱朝向安装槽5的端面与安装槽5的槽底相贴合。
在本实施例中，扩压器3上的圆柱与轴承座4上的柱形孔采用轴孔配合装配，能够实现扩压器3的径向定位，扩压器3的圆柱朝向安装槽5的端面为第一定位面，轴承座4上与扩压器3的第一定位面相对的槽底面为第二定位面，第一定位面与第二定位面采用贴合装配，可以实现扩压器3与轴承座4之间的轴向定位，在扩压器3和轴承座4上对应设置有螺栓孔，螺栓穿过扩压器3上的螺栓孔拧入轴承座4上的螺纹孔内，实现扩压器3在轴承座4上的安装固定。
在一个实施例中，安装凸起6例如为多边形，或者椭圆形，安装槽5为相应的形状，此种结构在安装凸起6与安装槽5装配之后，能够利用安装凸起6与安装槽5的结构配合形成周向限位，从而利用安装凸起6与安装槽5的装配结构本身承载可能出现的剪切应力，避免连接扩压器3与轴承座4的螺栓承载剪切应力，因此能够对螺栓形成有效保护，延长螺栓的使用寿命。同时，由于安装凸起6与安装槽5的装配结构所能承受的剪切应力一般远超螺栓所能承受的剪切应力，因此利用安装凸起6与安装槽5的装配结构来形成限位，也能够大幅度提高扩压器3与轴承座4组装形成的扩压结构的使用寿命。
在一个实施例中，压缩机还包括涡管7，涡管7与轴承座4分开设置，并固定连接在一起，扩压器3设置在轴承座4朝向涡管7的一侧。将涡管7与轴承座4设置为分体结构，各自分别独自成型之后固定安装，能够降低涡管7与轴承座4的内部结构的加工难度，提高加工效率，降低加工成本。
结合参见图6所示，根据本申请的实施例，空气循环机包括2述的扩压器3或上述的压缩机。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (13)

1.一种扩压器，其特征在于，包括扩压面(1)，所述扩压面(1)上沿周向设置有多个叶片(2)，所述叶片(2)的翼型弦长为b，中线为y0，下表面型线为y1，上表面型线为y2，在翼型截面内，以前缘点作为原点，以在前缘点与中线相切的直线作为x轴，以垂直于x轴的直线作为y轴，以中线相对于前缘的方位作为x轴和y轴正方向，中线型线y0满足y＝-az6+bz5-cz4+dz3-ez2+fz-g，其中y＝y0/b，z＝x/b，a1＝0～2；b1＝1～4；c1＝1～4；d1＝1.5～2.5；e1＝0～0.5；f1＝0～0.5；g1＝-0.1～0.1；下表面型线y1满足y＝-az6+bz5-cz4+dz3-ez2+fz-g，其中y＝y1/b，z＝x/b，a2＝3～6；b2＝12～16；c2＝12～18；d2＝6～10；e2＝0～4；f2＝0.1～1.0；g2＝-0.1～0.1；上表面型线y2满足y＝az6-bz5+cz4-dz3+ez2+-fz+g，其中y＝y2/b，z＝x/b，a3＝1～4；b3＝3～8；c3＝6～10；d3＝3～6；e3＝0～3；f3＝0～0.6；g3＝-0.1～0.1。
2.根据权利要求1所述的扩压器，其特征在于，所述叶片(2)的最大厚度dmax＝(0.06～0.08)b，所述叶片(2)的翼型前缘半径为r1，后缘半径为r2，r1＝(0.04～0.06)dmax，r2＝(0.09～0.11)dmax。
3.根据权利要求2所述的扩压器，其特征在于，r1＝0.05dmax，r2＝0.1dmax。
4.根据权利要求1所述的扩压器，其特征在于，所述叶片(2)的入口安装角α1满足α1＝13°～19°。
5.根据权利要求1所述的扩压器，其特征在于，所述叶片(2)的出口安装角α2满足α2＝23°～31°。
6.根据权利要求1所述的扩压器，其特征在于，所述叶片(2)的入口安装角α1和所述叶片(2)的出口安装角α2满足α2≥α1。
7.根据权利要求1所述的扩压器，其特征在于，所述叶片(2)的进口直径为D1，出口直径为D2，D2/D2＝1.1～1.4。
8.一种压缩机，包括扩压器(3)，其特征在于，所述扩压器(3)为权利要求1至7中任一项所述的扩压器。
9.根据权利要求8所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机还包括轴承座(4)，所述扩压器(3)安装在所述轴承座(4)上，并与所述轴承座(4)固定连接。
10.根据权利要求9所述的压缩机，其特征在于，所述轴承座(4)上设置有安装槽(5)，所述扩压器(3)远离所述叶片(2)的端面上设置有安装凸起(6)，所述安装凸起(6)安装固定在所述安装槽(5)内。
11.根据权利要求10所述的压缩机，其特征在于，所述安装槽(5)为柱形孔，所述安装凸起(6)为圆柱，所述圆柱与所述柱形孔相适配，所述圆柱朝向所述安装槽(5)的端面与所述安装槽(5)的槽底相贴合。
12.根据权利要求9所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机还包括涡管(7)，所述涡管(7)与所述轴承座(4)分开设置，并固定连接在一起，所述扩压器(3)设置在所述轴承座(4)朝向所述涡管(7)的一侧。
13.一种空气循环机，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的扩压器(3)或权利要求8至12中任一项所述的压缩机。
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