CN114183401A - 离心式压气机可调机匣引气再循环结构及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供离心式压气机可调机匣引气再循环结构及控制方法，包括外机匣、内机匣，内机匣位于外机匣内部，内机匣的端部与外机匣形成引气口，引气口下方放置叶轮，外机匣的内侧通过销钉固定有齿条，内机匣的外侧固定有齿轮座，齿轮通过齿轮轴安装在齿轮座上，齿轮与齿条啮合，齿轮轴连接舵机，引气口的开口大小通过齿轮与齿条的相对移动，从而改变。本发明采用内外双流道，以齿轮齿条传动实现引气开口调节的机械设计，舵机控制系统根据压气机内不同的流动状态，动态调节引气开口，更加及时、准确地解决了压气机喘振和堵塞的难题，拓宽了压气机稳定工作的范围，增加了喘振裕度。此外，通过调节引气开口能够匹配不同的设计点，适应性更好。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种压气机，具体地说是压气机机匣结构以及引气控制方法。
背景技术
目前国内外高功率密度船用柴油机技术发展迅速，对涡轮增压器的增压比提出了更高的要求。离心压气机增压比提高后，稳定运行范围变窄，难以满足宽流量范围的要求，机匣引气再循环技术就是拓宽压气机稳定工作范围的一种技术。
机匣引气再循环技术使压气机叶轮入口的相对马赫数分布更加均匀，叶片入口正攻角减小，从而抑制了叶片表面边界层的分离，增加了喘振裕度，拓宽了高效工作范围。与此同时，引气的方法增大了损失，压气机的压比和效率都会有一定程度的下降(2％以内)，但在可接受的范围内。
发明内容
本发明的目的在于提供能解决压气机所面临的喘振和堵塞的难题，适合在高功率密度、宽流量范围的柴油机上使用的离心式压气机可调机匣引气再循环结构及控制方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明离心式压气机可调机匣引气再循环结构，包括外机匣、内机匣，内机匣位于外机匣内部，内机匣的端部与外机匣形成引气口，引气口下方放置叶轮，其特征是：外机匣的内侧通过销钉固定有齿条，内机匣的外侧固定有齿轮座，齿轮通过齿轮轴安装在齿轮座上，齿轮与齿条啮合，齿轮轴连接舵机，引气口的开口大小通过齿轮与齿条的相对移动，从而改变。
本发明离心式压气机可调机匣引气再循环控制方法，其特征是：采用上述的离心式压气机可调机匣引气再循环结构；压气机开始运行后，采集流量信息判断压气机的工作状态：首先判断是否越过喘振边界，如果越过，控制舵机设置引气口开口为50％，如果没有超出喘振边界，再次判断是否越过堵塞边界，如果越过堵塞边界，控制舵机设置机匣引气口开口为60％；如果没有超出喘振和堵塞边界，压气机工作在稳定范围内，控制舵机引气口开口20％。
本发明的优势在于：本发明采用一种内外双流道(内流道是进气通道，外流道是引气通道)，以齿轮齿条传动实现引气开口调节的机械设计，舵机控制系统根据压气机内不同的流动状态，动态调节引气开口，更加及时、准确地解决了压气机喘振和堵塞的难题，拓宽了压气机稳定工作的范围，增加了喘振裕度。此外，通过调节引气开口能够匹配不同的设计点，适应性更好。
附图说明
图1为本发明的整体示意图；
图2为本发明的剖视图；
图3为压气机特性图；
图4为齿轮齿条局部示意图；
图5为本发明流程图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-5，本发明是一种离心压气机可调式机匣引气再循环的机械设计，主要结构包括外机匣2、内机匣1、销钉8、齿轮4、齿条3、齿轮轴5、齿轮座7、引气口6等。
可调式机匣引气再循环系统的工作过程如下：
离心压气机开始工作时，空气经过内流道流向叶轮。当工作在设计工况时，机匣引气开口6设在默认大小，与设计点相匹配。当工作在低工况时，排气能量不足导致压气机转速下降，进一步引起流量减小，当越过喘振边界(见图3中)时，压气机进入不稳定工作状态即发生了喘振。此时控制系统增大机匣上的引气开口6，引流作用增强，部分气体通过引气口6回流，最终使得流动趋于平缓，压气机回到稳定流动状态；当工作在高工况时，排气能量充足，压气机转速更高，对应的流量也更大，一旦超出堵塞边界(如图3)，压气机又将处在不稳定工作状态。增大机匣引气开口6将使多余的空气由外流道流出，此时流量将会减小，压气机重新回到了稳定的工作范围。
可调式机匣引气再循环系统控制方法如下：
系统的控制主要是依据流量的变化，流量过大或者过小时都会使得压气机内部流动受阻，此时机匣引气开口6的导流作用将使流动趋向平缓。系统的控制机构是舵机，执行机构是齿轮齿条传动结构。其中齿条3由销钉8固定在外机匣2上，齿轮4由齿轮座7和内机匣1连接。当舵机收到指令时，传动装置控制齿轮轴5旋转，带动内机匣1轴向移动，机匣引气开口6对应增大或减小。
在图4中，显示了齿轮齿条的局部详图。齿条3由销钉8固定在外机匣2上，齿轮4通过齿轮座7与内机匣1固结。图中加粗的位置是引气口6，下方放置了叶轮。空气经过内流道流向叶轮，在叶轮位置处的机匣上开有引气口6，当出现喘振和阻塞现象时，系统将控制舵机通过齿轮齿条传动机构增大机匣引气开口6，多余的空气经过引气口6流出。
在图5中，以流程图的形式呈现了系统具体的控制过程。压气机开始运行后，控制系统依据采集到的流量信息判断压气机的工作状态。首先判断是否越过喘振边界，如果越过将设置机匣引气开口为50％(相对于最大开口计算)，；如果没有超出喘振边界再次判断是否越过堵塞边界，越过后将设置机匣引气开口为60％；如果没有超出喘振和堵塞边界，压气机工作在稳定范围内，设置为默认开口20％。
Claims (2)
1.离心式压气机可调机匣引气再循环结构，包括外机匣、内机匣，内机匣位于外机匣内部，内机匣的端部与外机匣形成引气口，引气口下方放置叶轮，其特征是：外机匣的内侧通过销钉固定有齿条，内机匣的外侧固定有齿轮座，齿轮通过齿轮轴安装在齿轮座上，齿轮与齿条啮合，齿轮轴连接舵机，引气口的开口大小通过齿轮与齿条的相对移动，从而改变。
2.离心式压气机可调机匣引气再循环控制方法，其特征是：采用权利要求1所述的离心式压气机可调机匣引气再循环结构；压气机开始运行后，采集流量信息判断压气机的工作状态：首先判断是否越过喘振边界，如果越过，控制舵机设置引气口开口为50％，如果没有超出喘振边界，再次判断是否越过堵塞边界，如果越过堵塞边界，控制舵机设置机匣引气口开口为60％；如果没有超出喘振和堵塞边界，压气机工作在稳定范围内，控制舵机引气口开口20％。
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