CN115977996A - 一种压气机的叶轮、压气机和涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压气机的叶轮、压气机和涡轮增压器，压气机的叶轮包括：轮毂、大叶片和小叶片，且所述大叶片和所述小叶片沿所述轮毂的周向布置，并且所述大叶片和所述小叶片相间布置，所述大叶片和所述小叶片的尾缘齐平；沿所述大叶片的前缘到尾缘的方向，所述大叶片与所述小叶片之间的距离不同，且相邻两个所述大叶片到所述小叶片的距离不同。通过调节小叶片在相邻两个大叶片之间的位置，使气流在进入小叶片时由于冲角带来的流动损失减少，并且通过小叶片位置的调整,可以优化从吸力面到压力面之间的压力梯度分布，以适应流场的变化，以更合理的分配气动载荷。

Description

一种压气机的叶轮、压气机和涡轮增压器

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种压气机的叶轮、压气机和涡轮增压器。

背景技术

涡轮增压器主要包括压气机和涡轮两部分，其中，压气机主要包括压气机叶轮、扩压器和压气机壳。

压气机叶轮包括轮毂和沿轮毂的周向布置的大叶片和小叶片，通常大叶片和小叶片相间布置。目前，大叶片和小叶片均沿轮毂的周向均匀布置，沿大叶片的走势方向（叶片前缘到尾缘的方向），大叶片与小叶片之间的距离处处相同，即大叶片与小叶片相对平行布置。

但是，大叶片和小叶片相对平行布置的方式，并不能适应流场的变化，无法更加合理的分配大叶片和小叶片的气动载荷。如图1所示，等距小叶片02位置的流场，在叶片的出口尾缘处，发生流动分离，这是由于大叶片01和小叶片02间的压力梯度分布不合理导致的。

因此，如何适应流场的变化，以更合理的分配气动载荷，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种压气机的叶轮，适应流场的变化，以更合理的分配气动载荷。此外，本发明还提供了一种具有上述叶轮的压气机和涡轮增压器。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种压气机的叶轮，包括：轮毂、大叶片和小叶片，且所述大叶片和所述小叶片沿所述轮毂的周向布置，并且所述大叶片和所述小叶片相间布置，所述大叶片和所述小叶片的尾缘齐平；

沿所述大叶片的前缘到尾缘的方向，所述大叶片与所述小叶片之间的距离不同，且相邻两个所述大叶片到所述小叶片的距离不同；

其中，所述大叶片包括压力面和吸力面，且与所述小叶片的第一侧相邻的大叶片为第一大叶片，且所述第一大叶片的压力面与所述小叶片相邻；与所述小叶片的第二侧相邻的大叶片为第二大叶片，且所述第二大叶片的吸力面与所述小叶片相邻；

沿所述第一大叶片与所述小叶片的尾缘连线方向，所述小叶片的前缘到所述第一大叶片的压力面之间的距离S1大于所述小叶片的前缘到所述第二大叶片的吸力面之间的距离L1。

优选的，上述的压气机的叶轮中，所述小叶片的前缘在所述第一大叶片和所述第二大叶片之间的位置系数γ1为0.43~0.47，其中，γ1=L1/(S1+L1)。

优选的，上述的压气机的叶轮中，沿所述第一大叶片与所述小叶片的尾缘连线方向，所述小叶片的中部到所述第一大叶片的压力面之间的距离S2大于等于所述小叶片的中部到所述第二大叶片的吸力面之间的距离L2。

优选的，上述的压气机的叶轮中，所述小叶片的中部在所述第一大叶片和所述第二大叶片之间的位置系数γ2为0.45~0.50，其中，γ2=L2/(S2+L2)。

优选的，上述的压气机的叶轮中，沿所述第一大叶片与所述小叶片的尾缘连线方向，所述小叶片的尾缘到所述第一大叶片的压力面之间的距离S3小于所述小叶片的尾缘到所述第二大叶片的吸力面之间的距离L3。

优选的，上述的压气机的叶轮中，所述小叶片的尾缘在所述第一大叶片和所述第二大叶片之间的位置系数γ3为0.51~0.55，其中，γ3=L3/(S3+L3)。

优选的，上述的压气机的叶轮中，所述小叶片的前缘到所述第一大叶片的垂直距离大于所述小叶片的前缘到所述第二大叶片的垂直距离。

优选的，上述的压气机的叶轮中，所述大叶片的吸力面为由所述大叶片的前缘到所述大叶片的尾缘方向的波纹面；

所述大叶片的厚度由所述大叶片的前缘到所述大叶片的尾缘方向先逐渐变大后逐渐减小。

一种压气机，包括叶轮，所述叶轮为上述任一项所述的叶轮。

一种涡轮增压器，包括压气机，所述压气机为上述所述的压气机。

本发明提供了一种压气机的叶轮，通过调节小叶片在相邻两个大叶片之间的位置，使气流在进入小叶片时由于冲角带来的流动损失减少，并且通过小叶片位置的调整，可以优化从吸力面到压力面之间的压力梯度分布，以适应流场的变化，以更合理的分配气动载荷。

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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为现有技术中等距布置小叶片的流场图；

图2为本发明实施例中公开的压气机的叶轮的结构示意图；

图3为本发明实施例中公开的压气机的叶轮的叶片关系图；

图4为本发明实施例中公开的压气机的叶轮的叶片另一关系图；

图5为本发明实施例中公开的压气机的非等距布置的小叶片的流场图。

具体实施方式

本发明公开了一种压气机的叶轮，适应流场的变化，以更合理的分配气动载荷。此外，本发明还公开了一种具有上述叶轮的压气机和涡轮增压器。

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。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。

以下，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

如图2所示，本申请中公开了一种压气机的叶轮，包括轮毂1、大叶片2和小叶片3。大叶片2和小叶片3沿压气机的周向布置，并且大叶片和小叶片相间布置，结合图3可知，大叶片2的尾缘和小叶片3的尾缘齐平，即大叶片2和小叶片3远离轮毂1的一端平齐布置。大叶片2和小叶片3的延伸方向的长度不同，大叶片2的长度大于小叶片3的长度，由于大叶片2和小叶片3远离轮毂1的一端平齐布置，则大叶片2和小叶片3靠近轮毂1的一端则不平齐。

需要说明的是，本文中的前缘为靠近轮毂1的一端，而尾缘为远离轮毂1的一端。

结合图3所示，沿大叶片2的前缘到尾缘的方向，本申请中大叶片2和小叶片3之间的距离不同，并且相邻的两个大叶片2到小叶片3的距离不同。本申请中通过调节小叶片3在相邻两个大叶片2之间的位置，使气流在进入小叶片3时由于冲角带来的流动损失减少，并且通过小叶片3位置的调整，可以优化从吸力面到压力面之间的压力梯度分布，以适应流场的变化，以更合理的分配气动载荷。

本申请中的大叶片包括压力面和吸力面，具体的布置结合图3所示进行说明：与小叶片3的第一侧相邻的大叶片为第一大叶片21（图3中位于上方的叶片），且第一大叶片21的压力面212与小叶片3相邻；与小叶片3的第二侧相邻的大叶片为第二大叶片22，且第二大叶片22的吸力面211与小叶片3相邻。

从图3中可以看出，沿第一大叶片21的尾缘与小叶片3的尾缘连线方向，小叶片3的前缘到第一大叶片21的压力面212之间的距离S1大于小叶片3的前缘到第二大叶片22的吸力面211之间的距离L1；小叶片3的中部到第一大叶片21的压力面212之间的距离S2大于等于小叶片3的中部到第二大叶片22的吸力面211之间的距离L2；小叶片3的尾缘到第一大叶片21的压力面212之间的距离S3小于小叶片3的尾缘到第二大叶片22的吸力面211之间的距离L3。

具体的，小叶片3的前缘在第一大叶片21和第二大叶片22之间的位置系数γ1为0.43~0.47，其中，γ1=L1/(S1+L1)，即小叶片3作为分流叶片更贴近于第二大叶片22的吸力面211。

小叶片3的中部在第一大叶片21和第二大叶片22之间的位置系数γ2为0.45~0.50，其中，γ2=L2/(S2+L2)，即小叶片3作为分流叶片靠近中间并略偏向于第二大叶片22的吸力面211。

小叶片3的尾缘在第一大叶片21和第二大叶片22之间的位置系数γ3为0.51~0.55，其中，γ3=L3/(S3+L3)，即小叶片3作为分流叶片贴近于第一大叶片21的压力面212。

结合小叶片3的位置系数的变化，在小叶片3的中部以及尾缘过渡位置，由于增压压力强度越来越高，压力梯度越来越大，通过增大位置系数，使小叶片3到大叶片的吸力面之间的压力梯度降低，可以更好地抑制气流的二次流动，减少流动损失，提升增压器效率。

综上，本申请中通过改变压气机叶轮的小叶片3在大叶片2之间的位置，使气流在进入小叶片3时由于冲角带来的流动损失减少，并且通过小叶片3位置的调整，可以优化相邻大叶片2在吸力面211到压力面212之间的压力梯度分布，通过寻优，可以最大程度的减少叶轮出口处的二次流动损失，找到最佳效率的小叶片3的位置。

如图4所示，小叶片3的前缘到第一大叶片21的垂直距离h1大于小叶片3的前缘到第二大叶片22的垂直距离h2。即小叶片3的布置，使小叶片3两侧的喉口大小不同，即产生了不同大小的小叶片喉口，从而可控制进入小叶片3两侧的气流流量。当流量不同时，所产生的压力梯度也会发生变化，从而减少气流二次流动的发生。

一些实施例中，本申请中的大叶片2为弯曲的叶片，并且大叶片2沿长度方向的厚度截面面积不同。具体的，大叶片2的吸力面为由大叶片2的前缘到大叶片2的尾缘方向的波纹面；并且大叶片2的厚度由大叶片2的前缘到大叶片2的尾缘方向先逐渐变大后逐渐减小。

本申请还公开了一种压气机，包括叶轮，其中，该叶轮为上述实施例中公开的叶轮，因此，具有该叶轮的压气机也具有上述所有技术效果，在此不再一一赘述。

此外，本申请还公开了一种涡轮增压器，包括压气机，其中，该压气机为上述实施例中公开的压气机，因此，具有该压气机的涡轮增压器也具有上述所有技术效果，在此不再一一赘述。

如本发明和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种压气机的叶轮，其特征在于，包括：轮毂、大叶片和小叶片，且所述大叶片和所述小叶片沿所述轮毂的周向布置，并且所述大叶片和所述小叶片相间布置，所述大叶片和所述小叶片的尾缘齐平，所述大叶片的长度大于所述小叶片的长度；

沿所述大叶片的前缘到尾缘的方向，所述大叶片与所述小叶片之间的距离不同，且相邻两个所述大叶片到所述小叶片的距离不同；

其中，所述大叶片包括压力面和吸力面，且与所述小叶片的第一侧相邻的大叶片为第一大叶片，所述第一大叶片的压力面与所述小叶片相邻；与所述小叶片的第二侧相邻的大叶片为第二大叶片，且所述第二大叶片的吸力面与所述小叶片相邻；

沿所述第一大叶片与所述小叶片的尾缘连线方向，所述小叶片的前缘到所述第一大叶片的压力面之间的距离S1大于所述小叶片的前缘到所述第二大叶片的吸力面之间的距离L1。

2.根据权利要求1所述的压气机的叶轮，其特征在于，所述小叶片的前缘在所述第一大叶片和所述第二大叶片之间的位置系数γ1为0.43~0.47，其中，γ1=L1/(S1+L1)。

3.根据权利要求1所述的压气机的叶轮，其特征在于，沿所述第一大叶片与所述小叶片的尾缘连线方向，所述小叶片的中部到所述第一大叶片的压力面之间的距离S2大于等于所述小叶片的中部到所述第二大叶片的吸力面之间的距离L2。

4.根据权利要求3所述的压气机的叶轮，其特征在于，所述小叶片的中部在所述第一大叶片和所述第二大叶片之间的位置系数γ2为0.45~0.50，其中，γ2=L2/(S2+L2)。

5.根据权利要求1所述的压气机的叶轮，其特征在于，沿所述第一大叶片与所述小叶片的尾缘连线方向，所述小叶片的尾缘到所述第一大叶片的压力面之间的距离S3小于所述小叶片的尾缘到所述第二大叶片的吸力面之间的距离L3。

6.根据权利要求5所述的压气机的叶轮，其特征在于，所述小叶片的尾缘在所述第一大叶片和所述第二大叶片之间的位置系数γ3为0.51~0.55，其中，γ3=L3/(S3+L3)。

7.根据权利要求1至6任一项所述的压气机的叶轮，其特征在于，所述小叶片的前缘到所述第一大叶片的垂直距离大于所述小叶片的前缘到所述第二大叶片的垂直距离。

8.根据权利要求1至6任一项所述的压气机的叶轮，其特征在于，所述大叶片的吸力面为由所述大叶片的前缘到所述大叶片的尾缘方向的波纹面；

所述大叶片的厚度由所述大叶片的前缘到所述大叶片的尾缘方向先逐渐变大后逐渐减小。

9.一种压气机，包括叶轮，其特征在于，所述叶轮为如权利要求1至8任一项所述的叶轮。

10.一种涡轮增压器，包括压气机，其特征在于，所述压气机为如权利要求9所述的压气机。

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