CN115962155A - 一种可调分流式的开槽叶片扩压器及其离心压气机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可调分流式的开槽叶片扩压器及其离心压气机。离心压气机包括蜗壳、进气罩、叶轮罩、叶片扩压器、离心叶轮。本发明将叶片扩压器分为扩压器机匣、可调式小叶片、扩压器背盘，扩压器机匣上带有固定式大叶片，固定式大叶片上设有大叶片槽口；可调式小叶片通过调节结构与扩压器机匣和扩压器背盘相连。本发明提供的叶片扩压器的结构简单、加工方便，可在扩宽稳定工作流量范围的同时，保持离心压气机的高气动性能。

Description

一种可调分流式的开槽叶片扩压器及其离心压气机

技术领域

本发明涉及压气机技术领域，具体而言，尤其涉及一种可调分流式的开槽叶片扩压器及其离心压气机。

背景技术

扩压器是离心压气机的关键性气动组件，可实现离心叶轮高压空气的二次增压与蜗壳外排空气的预先整流，发挥着承上启下的重要作用。

按照有无叶片结构，扩压器可分类为无叶式与叶片式。相较于无叶扩压器，呈周期性排布的扩压器叶片，可约束流动方向、缩短流程距离，实现在相同增压要求下更小的径向尺寸。同理，在相同的扩压器径向尺寸条件下，叶片扩压器具有更强的增压能力和更高的运行效率。但由于一般的叶片扩压器多数是铸件铣削而成的，扩压器叶片与机匣为一体式结构，无法实现叶片安装角的调动，且只有周向均布的单一弦长、完整叶面的叶片，有时就会造成叶片受力面切向与气流方向之间正攻角或负攻角的产生，甚至导致下游大径向位置流动分离的加剧，使这种优势的流量范围通常只局限在设计工况附近，对于其他非设计工况则往往会加重恶化离心压气机的气动性能，提前喘振或堵塞，从而缩小离心压气机的稳定工作流量范围。

综上所述，在保证足够的离心压气机气动性能的同时，如何通过推迟叶片扩压器的喘振或堵塞来实现更宽广的稳定工作流量范围，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

根据上述提出的由于一般的叶片扩压器多数是铸件铣削而成的，扩压器叶片与机匣为一体式结构，无法实现叶片安装角的调动，且只有周向均布的单一弦长、完整叶面的叶片，有时就会造成叶片受力面切向与气流方向之间正攻角或负攻角的产生，甚至导致下游大径向位置流动分离的加剧，使这种优势的流量范围通常只局限在设计工况附近，对于其他非设计工况则往往会加重恶化离心压气机的气动性能，提前喘振或堵塞，从而缩小离心压气机的稳定工作流量范围的技术问题，而提供一种可调分流式的开槽叶片扩压器及其离心压气机。本发明主要通过固定式大叶片开槽，利用两受力面的压差作用使部分气流通过槽口由压力面流向吸力面，降低高马赫数流体的流速、改善进口气流的不均匀性、推迟旋转失速，从而扩宽稳定工作流量范围。利用可调式小叶片可在不同受力面压力差的作用下自行转动，来调整叶片安装角，可对大叶片槽口泄漏流引发的二次流重新分流约束，降低气流掺混所造成的损失，同时减少流动中气流与叶片的分离，降低吸力面附面层分离所造成的损失，并进一步扩宽稳定工作流量范围。本发明结构简单、加工方便，能够在基本地保持离心压气机高气动性能的同时，有效地拓宽其稳定工作流量范围。

本发明采用的技术手段如下：

一种可调分流式的开槽叶片扩压器，包括：扩压器机匣、呈圆周分布的多个可调式小叶片和扩压器背盘，所述扩压器机匣与扩压器背盘之间形成容纳空间，所述扩压器机匣上设有位于容纳空间内且呈圆周分布的多个固定式大叶片，所述固定式大叶片上设有大叶片槽口，用于气流通过；

多个可调式小叶片位于容纳空间内并与多个固定式大叶片间隔交叉设置，所述可调式小叶片通过调节结构与扩压器机匣和扩压器背盘相连，所述调节结构用于实现可调式小叶片在不同受力面压力差作用下进行自行转动。

进一步地，所述大叶片槽口位于固定式大叶片的轴向端面、1/4～1/2弦长，靠近固定式大叶片的前缘；大叶片槽口的深度不大于固定式大叶片高度的1/10；大叶片槽口的宽度不大于固定式大叶片弦长的2/5。

进一步地，所述大叶片槽口的进气口截面积大于出气口截面积；大叶片槽口的内边界、外边界为一段式直边；大叶片槽口的内边界向下游的延伸线位于可调式小叶片的压力面侧。

进一步地，所述调节结构包括长销钉、扩压器机匣上设置的机匣装配孔、可调式小叶片上设置的小叶片装配孔以及扩压器背盘上设置的背盘装配孔，所述小叶片装配孔沿径向位于可调式小叶片的前缘，所述机匣装配孔、小叶片装配孔和背盘装配孔同轴设置，所述长销钉依次插入机匣装配孔、小叶片装配孔和背盘装配孔中配合连接，所述可调式小叶片通过小叶片装配孔围绕所述长销钉旋转。

进一步地，所述扩压器机匣上设有限位槽，所述可调式小叶片上靠近前缘的底部设有限位销，所述限位销插入至限位槽中配合连接并可在限位槽中进行往复滑动，形成限位结构，用于限制可调式小叶片的周向转角范围、轴向叶顶间隙。

进一步地，所述机匣装配孔沿周向位于固定式大叶片的叶间均分位；

所述限位槽的径向边界为机匣装配孔的同心圆弧，限位槽所限制的转角不大于20°；

所述限位槽的深度小于限位销的高度0.1～0.2mm，用于调节可调式小叶片与扩压器机匣的轴向装配间隙；

所述限位销沿径向位于可调式小叶片的2/5～4/5弦长。

进一步地，所述固定式大叶片与可调式小叶片的尾缘位于同一圆周上，固定式大叶片的叶形为低稠度机翼式，叶数为7～9，沿周向均布；

所述固定式大叶片为全叶高叶片，即扩压器机匣与扩压器背盘的装配间隙为零。

进一步地，所述可调式小叶片的叶形为机翼式；所述可调式小叶片的组数为一组，组内叶片同型号，叶片弦长为固定式大叶片的0.6～0.8倍。

进一步地，所述机匣装配孔与小叶片装配孔之间、小叶片装配孔与背盘装配孔之间分别设置垫片A和垫片B，所述垫片A、垫片B的厚度为0.1～0.2mm。

本发明还提供了一种离心压气机，包括蜗壳、进气罩、叶轮罩、离心叶轮和如权利要求1-9任意一项所述的叶片扩压器；

所述离心叶轮安装在叶片扩压器的中部安装孔中，所述进气罩、叶轮罩和叶片扩压器从下至上依次安装在蜗壳上，叶轮罩套设在离心叶轮外部。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的可调分流式的开槽叶片扩压器及其离心压气机，当从离心叶轮流出的增压空气具有超马赫数流速时，不均匀气流会引发下游扩压进气流道内强压缩波效果、造成气流的强间断性，并进一步诱发扩压器旋转失速的发生。通过固定式大叶片开槽，利用两受力面的压差作用使部分气流通过槽口由压力面流向吸力面，降低高马赫数流体的流速、改善进口气流的不均匀性、推迟旋转失速，从而扩宽稳定工作流量范围。而可调式小叶片，可在不同受力面压力差的作用下自行转动，来调整叶片安装角，可对大叶片槽口泄漏流引发的二次流重新分流约束，降低气流掺混所造成的损失，同时减少流动中气流与叶片的分离，降低吸力面附面层分离所造成的损失，并进一步扩宽稳定工作流量范围。综上所述，本发明提供的叶片扩压器的结构简单、加工方便，可在扩宽稳定工作流量范围的同时，基本地保持离心压气机高气动性能。

本发明提供的离心压气机包括上述叶片扩压器，由于上述叶片扩压器具有上述技术效果，上述离心压气机也应具有同样的技术效果，在此不再详细介绍。

综上，应用本发明的技术方案能够解决现有技术中由于一般的叶片扩压器多数是铸件铣削而成的，扩压器叶片与机匣为一体式结构，无法实现叶片安装角的调动，且只有周向均布的单一弦长、完整叶面的叶片，有时就会造成叶片受力面切向与气流方向之间正攻角或负攻角的产生，甚至导致下游大径向位置流动分离的加剧，使这种优势的流量范围通常只局限在设计工况附近，对于其他非设计工况则往往会加重恶化离心压气机的气动性能，提前喘振或堵塞，从而缩小离心压气机的稳定工作流量范围的问题。

基于上述理由本发明可在压气机等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中的离心压气机的装配剖视图，压气机为带有一种可调分流式的开槽叶片扩压器的离心压气机。

图2为本发明实施例中的离心压气机的另一装配剖视图，对扩压器叶片部分保留。

图3为本发明实施例中的叶片扩压器的装配剖视图，扩压器为带有大小叶片且大叶片开槽、小叶片可调的叶片扩压器。

图4为本发明实施例中的扩压器机匣的结构示意图。

图5为本发明实施例中的可调式小叶片的结构示意图。

图6为本发明实施例中的扩压器背盘的结构示意图。

图7为本发明实施例中的可调式小叶片的旋转方式示意图。

图8为本发明实施例中的限位槽的结构示意图。

图9为本发明实施例中的叶片相关术语示意图。

图中：1、蜗壳；2、进气罩；3、叶轮罩；4、叶片扩压器；5、离心叶轮；6、扩压器机匣；7、可调式小叶片；8、扩压器背盘；9、机匣装配孔；10、限位槽；11、固定式大叶片；12、大叶片槽口；13、限位销；14、小叶片装配孔；15、背盘装配孔；16、垫片A；17、垫片B；18、长销钉。

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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明提供了一种可调分流式的开槽叶片扩压器及其离心压气机，包括一种可调分流式的开槽叶片扩压器，以及安装有该扩压器的一种离心压气机。离心压气机包括蜗壳、进气罩、叶轮罩、叶片扩压器、离心叶轮。本发明将叶片扩压器分为扩压器机匣、可调式小叶片、扩压器背盘，扩压器机匣上带有固定式大叶片，固定式大叶片上设有大叶片槽口。当从离心叶轮流出的增压空气具有超马赫数流速时，不均匀气流会引发下游扩压进气流道内强压缩波效果、造成气流的强间断性，并进一步诱发扩压器旋转失速的发生。通过固定式大叶片开槽，利用两受力面的压差作用使部分气流通过大叶片槽口由压力面流向吸力面，降低高马赫数流体的流速、改善进口气流的不均匀性、推迟旋转失速，从而扩宽稳定工作流量范围。而可调式小叶片，可在不同受力面压力差的作用下自行转动，在一定角度内调整叶片安装角，可对大叶片槽口泄漏流引发的二次流重新分流约束，降低气流掺混所造成的损失，同时减少流动中气流与叶片的分离，降低吸力面附面层分离所造成的损失，并进一步扩宽稳定工作流量范围。本发明提供的叶片扩压器的结构简单、加工方便，可在扩宽稳定工作流量范围的同时，保持离心压气机的高气动性能。本发明可广泛应用于离心压气机特别是扩压器失速型离心压气机的稳定工作流量范围拓宽工作中。为了在扩压器不稳定流动时推迟失速、保持性能，本发明推出了一种带有大小叶片的叶片扩压器，且大叶片开槽，小叶片旋转可调，既利用大叶片槽道流抽吸降低叶前高马赫数流体流速、推迟扩压器失速，又利用可调小叶片减少槽道二次流的下游掺混损失，实现离心压气机保持气动性能的同时，有效地拓宽其稳定工作流量范围。

具体地，本发明的一种可调分流式的开槽叶片扩压器4，包括扩压器机匣6、多个可调式小叶片7、扩压器背盘8。扩压器机匣6与扩压器背盘8之间形成容纳空间，扩压器机匣6上设有位于容纳空间内且呈圆周分布的多个固定式大叶片11，多个可调式小叶片7位于容纳空间内并与多个固定式大叶片11间隔交叉设置。其中，扩压器机匣6上设有机匣装配孔9、限位槽10、固定式大叶片11，固定式大叶片11上设有大叶片槽口12；可调式小叶片7为多个独立叶片，其上设有限位销13、小叶片装配孔14；扩压器背盘8上设有背盘装配孔15。

优选的，机匣装配孔9、小叶片装配孔14与背盘装配孔15，三者对应(同轴设置)，以垫片A16、垫片B17间隔，再通过长销钉18装配。可调式小叶片7通过小叶片装配孔14围绕所述长销钉18旋转。

优选的，限位槽10与限位销13为配合关系，限位销13插入至限位槽10中配合连接并可在限位槽10中进行往复滑动，形成限位结构，用于限制可调式小叶片7的周向转角范围、轴向叶顶间隙。

优选的，机匣装配孔9沿周向位于固定式大叶片11的叶间均分位。

优选的，限位槽10的径向边界为机匣装配孔9的同心圆弧，限位槽10所限制的转角不大于20°。

优选的，限位槽10的深度小于限位销13的高度0.1～0.2mm，用于调节可调式小叶片7与扩压器机匣6的轴向装配间隙。

优选的，固定式大叶片11的叶形为机翼式，沿周向均布。固定式大叶片11为低稠度叶片，叶数为7～9。

优选的，固定式大叶片11为全叶高叶片，即扩压器机匣6与扩压器背盘8的装配间隙为零。

优选的，大叶片槽口12位于固定式大叶片的轴向端面。大叶片槽口12位于固定式大叶片的1/4～1/2弦长。大叶片槽口12的深度不大于固定式大叶片11高度的1/10；大叶片槽口12的宽度不大于固定式大叶片11弦长的2/5。

优选的，大叶片槽口12的进气口截面积大于出气口截面积；大叶片槽口12的内边界、外边界为一段式直边；大叶片槽口12的内边界向下游的延伸线位于可调式小叶片7的压力面侧。

优选的，可调式小叶片7的叶形为机翼式；可调式小叶片7的组数为一组，组内叶片同型号，叶片弦长为固定式大叶片11的0.6～0.8倍。

优选的，小叶片装配孔14沿径向位于可调式小叶片7的前缘。

优选的，限位销13沿径向位于可调式小叶片7的2/5～4/5弦长。

优选的，固定式大叶片11与可调式小叶片7的尾缘位于同一圆周上。

优选的，垫片A16、垫片B17的厚度为0.1～0.2mm。

实施例1

本发明实施例公开一种可调分流式的开槽叶片扩压器及其离心压气机。其结构简单、加工方便，能够在基本地保持离心压气机高气动性能的同时，有效地拓宽其稳定工作流量范围。

本发明实施例离心压气机的结构如图1、图2所示。其包括蜗壳1、进气罩2、叶轮罩3、叶片扩压器4、离心叶轮5。

叶片扩压器4的结构如图3所示，叶片扩压器4包括扩压器机匣6、可调式小叶片7、扩压器背盘8。

扩压器机匣6的结构如图4所示，扩压器机匣6设有机匣装配孔9、限位槽10、固定式大叶片11、大叶片槽口12，其中大叶片槽口位于固定式大叶片11上。

可调式小叶片7的结构如图5所示，可调式小叶片7设有限位销13、小叶片装配孔14。

扩压器背盘8的结构如图6所示，扩压器背盘8设有背盘装配孔15。

可调式小叶片7的旋转方式如图7所示，通过长销钉18按序连通机匣装配孔9、小叶片装配孔14、背盘装配孔15，使可调式小叶片7围绕长销钉18转动，且小叶片装配孔14的两侧接触面通过垫片16、垫片17间隔。

限位槽10的结构如图8所示，通过限位槽10与限位销13的配合，由限位槽10来限制可调式小叶片7的转动范围。

叶片的相关术语如图9所示，叶片的受力面为两面，即压力面、吸力面，压力面的压力大于吸力面的压力。按照气体流动方向，先经过的受力面交线为前缘、后经过的受力面交线为后缘。压力面的开槽口为进气口、吸力面的开槽口为出气口。大叶片槽口12中，靠近前缘的边界为内边界，远离前缘的边界为外边界。固定式大叶片11上设有大叶片槽口12后，气流由其压力面的进气口流入大叶片槽口12，再由吸力面的出气口流出，可调小叶片可根据上游主流气流与槽口二次气流的分配差异，自动调动其叶片安装角。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种可调分流式的开槽叶片扩压器，其特征在于，包括：扩压器机匣(6)、呈圆周分布的多个可调式小叶片(7)和扩压器背盘(8)，所述扩压器机匣(6)与扩压器背盘(8)之间形成容纳空间，所述扩压器机匣(6)上设有位于容纳空间内且呈圆周分布的多个固定式大叶片(11)，所述固定式大叶片(11)上设有大叶片槽口(12)；

多个可调式小叶片(7)位于容纳空间内并与多个固定式大叶片(11)间隔交叉设置，所述可调式小叶片(7)通过调节结构与扩压器机匣(6)和扩压器背盘(8)相连，所述调节结构用于实现可调式小叶片(7)在不同受力面压力差作用下进行自行转动。

2.根据权利要求1所述的可调分流式的开槽叶片扩压器，其特征在于，所述大叶片槽口(12)位于固定式大叶片(11)的轴向端面、1/4～1/2弦长，靠近固定式大叶片(11)的前缘；大叶片槽口(12)的深度不大于固定式大叶片(11)高度的1/10；大叶片槽口(12)的宽度不大于固定式大叶片(11)弦长的2/5。

3.根据权利要求1或2所述的可调分流式的开槽叶片扩压器，其特征在于，所述大叶片槽口(12)的进气口截面积大于出气口截面积；大叶片槽口(12)的内边界、外边界为一段式直边；大叶片槽口(12)的内边界向下游的延伸线位于可调式小叶片(7)的压力面侧。

4.根据权利要求1所述的可调分流式的开槽叶片扩压器，其特征在于，所述调节结构包括长销钉(18)、扩压器机匣(6)上设置的机匣装配孔(9)、可调式小叶片(7)上设置的小叶片装配孔(14)以及扩压器背盘(8)上设置的背盘装配孔(15)，所述小叶片装配孔(14)沿径向位于可调式小叶片(7)的前缘，所述机匣装配孔(9)、小叶片装配孔(14)和背盘装配孔(15)同轴设置，所述长销钉(18)依次插入机匣装配孔(9)、小叶片装配孔(14)和背盘装配孔(15)中配合连接，所述可调式小叶片(7)通过小叶片装配孔(14)围绕所述长销钉(18)旋转。

5.根据权利要求1或4所述的可调分流式的开槽叶片扩压器，其特征在于，所述扩压器机匣(6)上设有限位槽(10)，所述可调式小叶片(7)上靠近前缘的底部设有限位销(13)，所述限位销(13)插入至限位槽(10)中配合连接并可在限位槽(10)中进行往复滑动，形成限位结构，用于限制可调式小叶片(7)的周向转角范围、轴向叶顶间隙。

6.根据权利要求5所述的可调分流式的开槽叶片扩压器，其特征在于，所述机匣装配孔(9)沿周向位于固定式大叶片(11)的叶间均分位；

所述限位槽(10)的径向边界为机匣装配孔(9)的同心圆弧，限位槽(10)所限制的转角不大于20°；

所述限位槽(10)的深度小于限位销(13)的高度0.1～0.2mm，用于调节可调式小叶片(7)与扩压器机匣(6)的轴向装配间隙；

所述限位销(13)沿径向位于可调式小叶片(7)的2/5～4/5弦长。

7.根据权利要求1所述的可调分流式的开槽叶片扩压器，其特征在于，所述固定式大叶片(11)与可调式小叶片(7)的尾缘位于同一圆周上，固定式大叶片(11)的叶形为低稠度机翼式，叶数为7～9，沿周向均布；

所述固定式大叶片(11)为全叶高叶片，即扩压器机匣(6)与扩压器背盘(8)的装配间隙为零。

8.根据权利要求1所述的可调分流式的开槽叶片扩压器，其特征在于，所述可调式小叶片(7)的叶形为机翼式；所述可调式小叶片(7)的组数为一组，组内叶片同型号，叶片弦长为固定式大叶片(11)的0.6～0.8倍。

9.根据权利要求4所述的可调分流式的开槽叶片扩压器，其特征在于，所述机匣装配孔(9)与小叶片装配孔(14)之间、小叶片装配孔(14)与背盘装配孔(15)之间分别设置垫片A(16)和垫片B(17)，所述垫片A(16)、垫片B(17)的厚度为0.1～0.2mm。

10.一种离心压气机，其特征在于，包括蜗壳(1)、进气罩(2)、叶轮罩(3)、离心叶轮(5)和如权利要求1-9任意一项所述的叶片扩压器(4)；

所述离心叶轮(5)安装在叶片扩压器(4)的中部安装孔中，所述进气罩(2)、叶轮罩(3)和叶片扩压器(4)从下至上依次安装在蜗壳(1)上，叶轮罩(3)套设在离心叶轮(5)外部。

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