CN113944656B - 一种变截面端壁预旋导叶管路结构 - Google Patents

一种变截面端壁预旋导叶管路结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种变截面端壁预旋导叶管路结构，包括变截面管路管体及其内部设置的若干预旋导流叶片，且所述若干预旋导流叶片沿变截面管路管体的内壁径向均布，且每个预旋导流叶片的第一端固定连接至变截面管路管体的内侧壁，每个预旋导流叶片的第二端均设有出口叶片角。本发明所述的一种变截面端壁预旋导叶管路结构，使其在对压气机进气流动进行控制，形成进气预旋，改善进口流场结构，拓宽压气机稳定工作范围、提升工作效率之外，其变截面结构还能够在不同流量下调节通过预旋导流叶片的空气流量，形成不同流量下不同的预旋效果，进而更好的匹配不同流量下压气机的来流需求，对压气机性能喘振线或阻塞线进行单向调节。

Description

一种变截面端壁预旋导叶管路结构
技术领域
本发明属于废气涡轮增压技术领域，尤其是涉及一种变截面端壁预旋导叶管路结构。
背景技术
内燃机高功率密度和高原功率恢复的要求需要增压系统性能不断的提高和优化，从而使增压系统能够与发动机进行良好的匹配。随着增增压压比的不断提高，叶轮进口马赫数不断增大，离心压气机内部流动转化为跨音速流动结构。复杂的跨声速激波、旋涡流动分离等使增压器稳定流量范围变窄、效率下降。而进口流场结构，特别是进口攻角的分布，对于离心压气机的性能(压比、效率和稳定工作范围)有着决定性的影响。因此需要对压气机进气流动进行控制，形成进气预旋流动而改变进气攻角以适应需求，拓宽其稳定工作范围、提高性能。因此需要一种端壁预旋导叶结构，对离心压气机的性能快速调节及提升。
由于单直径管体的端壁预旋导叶管路在全工况下的来流预旋作用，对离心压气机性能调节为单向调节，即是全部压气机性能曲线向小流量或大流量方向移动。而需要只调节喘振线或阻塞线则需要对端壁预旋导叶管路进行改进。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种变截面端壁预旋导叶管路结构，以解决复杂的跨声速激波、旋涡流动分离等使增压器稳定流量范围变窄、效率下降的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种变截面端壁预旋导叶管路结构，包括变截面管路管体及其内部设置的若干预旋导流叶片，且所述若干预旋导流叶片沿变截面管路管体的内壁径向均布，且每个预旋导流叶片的第一端固定连接至变截面管路管体的内侧壁，每个预旋导流叶片的第二端均设有出口叶片角。
进一步的，所述变截面管路管体包括由上至下依次设置的小管径管体、变径管体和大管径管体，且小管径管体、变径管体和大管径管体为一体结构，且小管径管体、变径管体和大管径管体位于同轴心。
进一步的，所述若干预旋导流叶片沿大管径管体内壁径向均布，且大管径管体的一端固定连接至外部装置。
进一步的，所述小管径管体的一端是来流气体进口端，小管径管体的另一端通过变径管体连通至大管径管体的一端，且大管径管体的另一端是气流出口端。
进一步的，所述每个预旋导流叶片高度是H，H的范围为为大管径管体内径的1/8～1/3。
进一步的，所述每个预旋导流叶片的第二端出口叶片角是α，α范围为-60°～60°。
进一步的，所述变径管体是中空圆台结构，变径管体侧壁的坡度A，A的范围为0°～60°。
进一步的，所述大管径管体内径D2与小管径管体内径D1之差大于叶片高度H的2倍。
相对于现有技术，本发明所述的一种变截面端壁预旋导叶管路结构具有以下有益效果：预旋导流叶片，能改变管路中气体流动形式，使来流气体经过预旋导叶后形成预旋流动，变截面管体气流过渡时会在变径后一段位置产生回流区，小流量时回流区小，气流度过后通过预旋导叶形成预旋，大流量时回流区大包含住导流叶片，气流流过后无预旋，因此可在不同流量下调节通过预旋导流叶片的空气流量，形成不同流量下不同的预旋效果，更好的匹配不同流量下压气机的来流需求，进而拓宽压气机流量范围和提高压气机工作效率，达到对压气机性能的提升和快速调节的目的。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种变截面端壁预旋导叶管路结构局部剖面示意图；
图2为本发明实施例所述的一种变截面端壁预旋导叶管路结构在增压系统中连接的应用示意图。
图3为本发明实施例所述的预旋导流叶片的结构示意图。
图4为本发明实施例所述的一种变截面端壁预旋导叶管路结构的剖面示意图。
图5为本发明实施例所述的一种变截面端壁预旋导叶管路结构在增压系统小流量工况应用时内部气流效果示意图。
图6为本发明实施例所述的一种变截面端壁预旋导叶管路结构在增压系统大流量工况应用时内部气流效果示意图。
附图标记说明：
1-预旋导流叶片；2-大管径管体；3-变径管体；4-小管径管体；5-压气机；6-来流气体；7-回旋区域。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-6所示，一种变截面端壁预旋导叶管路结构，包括变截面管路管体及其内部设置的若干预旋导流叶片1，且所述若干预旋导流叶片1沿变截面管路管体的内壁径向均布，且每个预旋导流叶片1的第一端固定连接至变截面管路管体的内侧壁，每个预旋导流叶片1的第二端均设有出口叶片角，此端壁预旋导叶结构，可对压气机5进气流动进行控制，形成进气预旋流动而改变进气攻角以适应进气需求，拓宽其稳定工作范围、提高性能，同时此端壁预旋导叶结构可方便的连接在压气机5进口前，对原压气机5性能进行快速的提升和调节。
所述每个预旋导流叶片1的第二端出口叶片角是α，α范围为-60°～60°，其中α范围为-60°～0°时，为负预旋效果导流叶片，α范围为0°～60°时，为正预旋效果导流叶片，α绝对值大于60°时，会使气体旋转过大造成流动损失。
变截面管路管体包括由上至下依次设置的小管径管体4、变径管体3和大管径管体2，且小管径管体4、变径管体3和大管径管体2为一体结构，且小管径管体4、变径管体3和大管径管体2位于同轴心,变径管体3是中空圆台结构，变径管体3侧壁的坡度A，A的范围为0°～60°,可使本发明有明显调节效果，A大于60°时，气流由小管径流向大管径时过渡平滑，只有微小回流区域或不产生回流区域，无法实现本发明的功能，变截面管体用来调节不同流量下通过预旋导流叶片1的空气流量，气流方向从小管径流向大管径，由于变径结构存在,气流过渡时会在变径后一段位置产生回流区域，即绝大部分气流不通过此区域直接流入大直径管道，回流区域的大小与两管径、变径段角度以及气体流量相关。
若干预旋导流叶片1沿大管径管体2内壁径向均布，且大管径管体2的一端固定连接至外部装置,小管径管体4的一端是来流气体6进口端，小管径管体4的另一端通过变径管体3连通至大管径管体2的一端，且大管径管体2的另一端是气流出口端,每个预旋导流叶片1高度是H，H的范围为为大管径管体2内径的1/8～1/3,可以保证预旋导流叶片1处于最佳功效范围，当H小于管体内径的1/8时，叶片导流作用较小，气体预旋效果不明显，当H大于管体内径1/3时，叶片占用管截面过大，造成节流损失，影响进气效果；
大管径管体2内径D2与小管径管体4内径D1之差大于叶片高度H的2倍，即叶片高度不突出进入小管径尺寸内，可以避免对管径中心部分仍径直流动的气流产生预旋，影响本发明使用效果。
因此，通过调节管径参数，可以调节回流区域，配合导流叶片位置，可进行来流预旋效果调节：小流量时回流区域小，大部分气流通过回流区后的导流叶片，形成预旋效果；大流量时回流区域大，此时，导流叶片处于回流区内，大部分气流不经过导流叶片，因此预旋效果不明显，即可认为导流叶片被旁通掉，气流来流与直管来流相同。不同流量下形成不同的预旋效果，更好的匹配不同流量下压气机5的来流需求，进而拓宽压气机5流量范围和提高压气机5工作效率，达到对压气机5性能的提升和快速调节的目的。
一种变截面端壁预旋导叶管路结构的使用过程；
如图2、5和6所示，将一种变截面端壁预旋导叶结构连接到增压系统中压气机5的进口前端；
如图5所示，当增压系统小流量工作时，变径管后回流区较小，气流通过变径管体3后流入端壁预旋导叶结构，此时，由于预旋导流叶片1作用，使进气气流产生预旋流动，改变气流进入压气机5叶轮的攻角，以适应压气机5尤其是高压比压气机5的进气需求，可拓宽其压气机5喘振流量；
如图6所示，当增压系统大流量工作时，变径管后回流区较大，此时导流叶片处于回流区内，绝大部分气流不经过导流叶片直接流入大径管体，无预旋效果，可保证大流量时压气机5性能不偏移。因此，利用本结构大小流量不同特性，可实现对压气机5性能喘振线或阻塞线进行单向调节的功能。
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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种变截面端壁预旋导叶管路结构，其特征在于：包括变截面管路管体及其内部设置的若干预旋导流叶片(1)，且所述若干预旋导流叶片(1)沿变截面管路管体的内壁周向均布，且每个预旋导流叶片(1)的第一端固定连接至变截面管路管体的内侧壁，每个预旋导流叶片(1)的第二端均设有出口叶片角；变截面管路管体包括由上至下依次设置的小管径管体(4)、变径管体(3)和大管径管体(2)，且小管径管体(4)、变径管体(3)和大管径管体(2)为一体结构，且小管径管体(4)、变径管体(3)和大管径管体(2)位于同轴心；每个预旋导流叶片(1)的第二端出口叶片角是α，α范围为-60°～60°；变径管体(3)是中空圆台结构，变径管体(3)侧壁的坡度A，A的范围为0°～60°；
若干预旋导流叶片(1)沿大管径管体(2)内壁径向均布，且大管径管体(2)的一端固定连接至外部装置；
小管径管体(4)的一端是来流气体(6)进口端，小管径管体(4)的另一端通过变径管体(3)连通至大管径管体(2)的一端，且大管径管体(2)的另一端是气流出口端；
大管径管体(2)内径D2与小管径管体(4)内径D1之差大于叶片高度H的2倍；
流入变截面管路管体的气流会在变径管体(3)后一段位置产生回流区，小流量时回流区小，气流通过变径管体(3)后流入预旋导流叶片(1)形成预旋，大流量时回流区大，预旋导流叶片(1)处于回流区内，气流流过后无预旋。
2.根据权利要求1所述的一种变截面端壁预旋导叶管路结构，其特征在于：每个预旋导流叶片(1)高度是H，H的范围为大管径管体(2)内径的1/8～1/3。
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