CN115978005B - 导流叶片及其设计方法、扩压器、压气机及增压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导流叶片及其设计方法、扩压器、压气机及增压器，导流叶片安装在扩压器上；沿着靠近扩压器的方向，导流叶片面向扩压器的进气口的侧面向远离扩压器的进气口的方向倾斜，即导流叶片的底端到顶端的方向，导流叶片的长度增大，而长度越长，气流受到导流叶片的粘滞阻力则越大，从而使得导流叶片沿着顶端到底端的方向速度减小，进而提高了进入扩压器的气流分布的均匀性。导流叶片沿着远离扩压器的方向，导流叶片的进口叶片角逐渐减小，即本发明中导流叶片沿着高度方向设置不同的进口叶片角，从而适应不同高度的气流入射角，提高了扩压器的效率及压比。

Description

导流叶片及其设计方法、扩压器、压气机及增压器

技术领域

本发明涉及增压器技术领域，尤其是涉及一种导流叶片及其设计方法、扩压器、压气机及增压器。

背景技术

目前，有叶扩压器中，从叶片的底部到顶部的方向，叶片的截面和角度完全相同。然而，从叶轮出来的气流在进入有叶扩压器的叶片时，沿着叶片的底部到顶部的方向，入射角度是不同的，因此，无法适应气流入射角，效率和压比较低。

因此，如何提升扩压器的效率及压比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，本发明的第一个目的是提供一种导流叶片，旨在提升扩压器的效率及压比。

本发明的第二个目的是提供一种扩压器。

本发明的第三个目的是提供一种压气机。

本发明的第四个目的是提供一种增压器。

本发明的第五个目的是提供一种导流叶片的设计方法。

为了实现上述第一个目的，本发明提供了如下方案：

一种导流叶片，所述导流叶片安装在扩压器上；

沿着靠近所述扩压器的方向，所述导流叶片面向所述扩压器的进气口的侧面向远离所述扩压器的进气口的方向倾斜；

所述导流叶片沿着远离所述扩压器的方向，所述导流叶片的进口叶片角逐渐减小。

在一个具体的实施方案中，所述导流叶片的叶底的叶片角为θ1，所述导流叶片的叶顶的叶片角为θ2；

1°≤θ1-θ2≤5°。

在另一个具体的实施方案中，所述导流叶片的导流进口型线呈斜线或者曲线设置；

当所述导流进口型线呈曲线设置时，所述导流进口型线沿着远离所述扩压器的方向斜率逐渐增大。

在另一个具体的实施方案中，所述导流叶片的导流出口型线为直线；

沿着所述导流叶片远离所述扩压器的方向，所述导流叶片的出口叶片角相等。

在另一个具体的实施方案中，沿着所述导流叶片远离所述扩压器的方向，所述导流叶片的横截面逐渐增大。

在另一个具体的实施方案中，所述导流叶片的导流进口型线的底端与叶轮的轴心线的距离为D1,所述叶轮的叶轮出口型线的底端与所述叶轮的轴心线的距离为D1＇,D1/D1＇≤1.15；

所述导流叶片的导流进口型线的顶端与所述叶轮的轴心线的距离为D2，所述叶轮的叶轮出口型线的顶端与所述叶轮的轴心线的距离为D2＇，D2/D2＇≥1.08；

所述叶轮的出气口与所述扩压器的进气口连通。

根据本发明的各个实施方案可以根据需要任意组合，这些组合之后所得的实施方案也在本发明范围内，是本发明具体实施方式的一部分。

现有技术中，从叶轮排出并进入扩压器的气流沿着导流叶片的底端到顶端的方向，速度增大。而本发明提供的导流叶片，由于沿着靠近扩压器的方向，导流叶片面向扩压器的进气口的侧面向远离扩压器的进气口的方向倾斜，也就是说，导流叶片的底端到顶端的方向，导流叶片的长度增大，而长度越长，气流受到导流叶片的粘滞阻力则越大，从而使得导流叶片沿着顶端到底端的方向速度减小，进而提高了进入扩压器的气流分布的均匀性。此外，现有技术中，从叶轮排出并进入扩压器的气流沿着导流叶片的底端到顶端的方向，入射角逐渐减小，而本发明中的导流叶片沿着远离扩压器的方向，导流叶片的进口叶片角逐渐减小，即本发明中导流叶片沿着高度方向设置不同的进口叶片角，从而适应不同高度的气流入射角，提高了扩压器的效率及压比。

为了实现上述第二个目的，本发明提供了如下方案：

一种扩压器，包括扩压器主体及如上述中任意一项所述的导流叶片；

所述导流叶片安装在所述扩压器主体上。

由于本发明提供的扩压器包含上述任意一项中的导流叶片，因此，导流叶片所具有的有益效果均是本发明提供的扩压器所包含的。

为了实现上述第三个目的，本发明提供了如下方案：

一种压气机，包括叶轮及如上述所述的扩压器；

所述叶轮的出气口与所述扩压器的进气口连通。

由于本发明提供的压气机包含上述任意一项中的扩压器，因此，扩压器所具有的有益效果均是本发明提供的压气机所包含的。

为了实现上述第四个目的，本发明提供了如下方案：

一种增压器，包括如上述所述的压气机或者如上述所述的扩压器。

由于本发明提供的增压器包含上述中的扩压器或者压气机，因此，扩压器或者压气机所具有的有益效果均是本发明提供的增压器所包含的。

为了实现上述第五个目的，本发明提供了如下方案：

一种导流叶片的设计方法，包括：

对叶轮及未安装导流叶片的扩压器进行仿真，并获取所述扩压器的进气口位置处的第一气流速度分布曲线；

根据获取所述第一气流速度分布曲线设计安装在扩压器上的导流叶片；

对所述叶轮及安装所述导流叶片后的扩压器进行仿真，获取所述扩压器的进气口位置处的第二气流速度分布曲线；

对所述第二气流速度分布曲线进行拟合，获取所述导流叶片在面向所述扩压器的进气口的曲线，并对所述导流叶片的前缘进行调整，直到满足预设要求，获取如上述中任意一项所述的导流叶片。

本发明提供的导流叶片的设计方法，通过根据仿真调节导流叶片，最终获取上述任一项中的导流叶片，方便快捷。

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为本发明提供的扩压器的主视结构示意图；

图2为本发明提供的导流叶片投影至扩压器子午面中的示意图；

图3为本发明提供的压气机的结构示意图；

图4为本发明提供的压气机投影至压气机子午面中的示意图；

图5为现有技术中的扩压器流体仿真图；

图6为本发明提供的扩压器流体仿真图；

图7为本发明提供的导流叶片的设计方法的流程图。

图1-图7中：

导流叶片100、导流进口型线101、导流出口型线102、扩压器1000、叶轮2000、叶轮出口型线2001、压气机10000。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图1-图7，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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶面”、“底面”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位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，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。

本发明的发明人经过试验研究，得到：现有技术中，从叶轮2000排出并进入扩压器1000的气流沿着导流叶片的底端到顶端的方向，速度增大，从叶轮2000排出并进入扩压器1000的气流沿着导流叶片的底端到顶端的方向，入射角逐渐减小。

结合图1-图4所示，本发明一方面提供了一种导流叶片100，其中，导流叶片100安装在扩压器1000上。

从叶轮2000排出并进入扩压器1000的气流沿着导流叶片100的底端到顶端的方向，速度增大。而本发明提供的导流叶片100，沿着靠近扩压器1000的方向，导流叶片100面向扩压器1000的进气口的侧面向远离扩压器1000的进气口的方向倾斜，也就是说，导流叶片100的底端到顶端的方向，导流叶片100的长度增大，而长度越长，气流受到导流叶片100的粘滞阻力则越大，从而使得导流叶片100沿着顶端到底端的方向速度减小，进而提高了进入扩压器1000的气流分布的均匀性。

需要说明的是，导流叶片100的底端是指导流叶片100与扩压器1000连接的一端，导流叶片100的顶端是指导流叶片100远离连接扩压器1000的一端。

此外，从叶轮2000排出并进入扩压器1000的气流沿着导流叶片100的底端到顶端的方向，入射角逐渐减小，而本发明中的导流叶片100沿着远离扩压器1000的方向，导流叶片100的进口叶片角逐渐减小，即本发明中导流叶片100沿着高度方向设置不同的进口叶片角，从而适应不同高度的气流入射角，提高了扩压器1000的效率及压比。

在一些实施例中，导流叶片100的叶底的叶片角为θ1，导流叶片100的叶顶的叶片角为θ2，其中，1°≤θ1-θ2≤5°，在此角度范围下，进入扩压器1000的气流分布最均匀。

在一些实施例中，导流叶片100的导流进口型线101呈斜线或者曲线设置，当导流进口型线101呈曲线设置时，导流进口型线101沿着远离扩压器1000的方向斜率逐渐增大，使气流在导流叶片100的速度更加均匀，减少了气流的二次流动损失，从而提升了整个压气机10000的效率。

在一些实施例中，导流叶片100的导流出口型线102为直线，且沿着导流叶片100远离扩压器1000的方向，导流叶片100的出口叶片角相等。

需要说明的是，导流叶片100的导流出口型线102为直线仅是本发明的一个具体实施方式，在实际应用中，也可以根据扩压器1000的出气口气流速度分布设置导流叶片100的出口型线为曲线等。

在一些实施例中，沿着导流叶片100远离扩压器1000的方向，导流叶片100的横截面逐渐增大，也即相邻导流叶片100之间，越靠近导流叶片100的顶端，面积越大，从而使得气流能够尽可能在相邻导流叶片100之间流动，进一步提高了导流叶片100的导流效果。

在一些实施例中，导流叶片100的导流进口型线101的底端与叶轮2000的轴心线的距离为D1,叶轮2000的叶轮出口型线2001的底端与叶轮2000的轴心线的距离为D1＇,D1/D1＇≤1.15，导流叶片100的导流进口型线101的顶端与叶轮2000的轴心线的距离为D2，叶轮2000的叶轮出口型线2001的顶端与叶轮2000的轴心线的距离为D2＇，D2/D2＇≥1.08，本发明的发明人经过创造性的多次试验，得到：在此范围内，气流进入导流叶片100的冲角为0°，导流叶片100的速度最均匀。

其中，叶轮2000的出气口与扩压器1000的进气口连通。

改善前后流体仿真图如图5及图6所示。

本发明第二方面提供了一种扩压器1000，包括扩压器主体及如上述中任意一项实施例中的导流叶片100，其中，导流叶片100安装在扩压器主体上。

由于本发明提供的扩压器1000包含上述任意一项实施例中的导流叶片100，因此，导流叶片100所具有的有益效果均是本发明提供的扩压器1000所包含的。

本发明第三方面提供了一种压气机10000，包括叶轮2000及如上述实施例中的扩压器1000，叶轮2000的出气口与扩压器1000的进气口连通，即叶轮2000排出的气体进入扩压器1000内。

由于本发明提供的压气机10000包含上述实施例中的扩压器1000，因此，扩压器1000所具有的有益效果均是本发明提供的压气机10000所包含的。

本发明第四方面提供了一种增压器，包括如上述实施例中的压气机10000或者如上述实施例中的扩压器1000。

由于本发明提供的增压器包含上述实施例中的扩压器1000或者压气机10000，因此，扩压器1000或者压气机10000所具有的有益效果均是本发明提供的增压器所包含的。

如图7所示，本发明的第五方面提供了一种导流叶片100的设计方法，包括：

步骤S1:对叶轮2000及未安装导流叶片100的扩压器1000进行仿真，并获取扩压器1000的进气口位置处的第一气流速度分布曲线。

需要说明的是，对叶轮2000及未安装导流叶片100的扩压器1000进行仿真具体是指对装配完成的叶轮2000及无叶扩压器1000进行流体动力学仿真。

步骤S2:根据获取第一气流速度分布曲线设计安装在扩压器1000上的导流叶片100。

具体地，导流叶片100根据第一气流速度不同高度的气流速度以及气流方向进行三维设计。

步骤S3:对叶轮2000及安装导流叶片100后的扩压器1000进行仿真，获取扩压器1000的进气口位置处的第二气流速度分布曲线。

步骤S4:对第二气流速度分布曲线进行拟合，获取导流叶片100的导流进口型线101。

步骤S5:判断气流在导流叶片100的进气口的冲角是否为0°，若是，则输出导流叶片100，若否，则调节导流叶片100的叶片角，并转步骤S3。

本发明提供的导流叶片100的设计方法，通过根据仿真调节导流叶片100，最终获取上述任一项实施例中的导流叶片100，方便快捷。

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创造特点相一致的最宽的范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种导流叶片（100），其特征在于，所述导流叶片（100）安装在扩压器（1000）上；

沿着靠近所述扩压器（1000）的方向，所述导流叶片（100）面向所述扩压器（1000）的进气口的侧面向远离所述扩压器（1000）的进气口的方向倾斜；

所述导流叶片（100）沿着远离所述扩压器（1000）的方向，所述导流叶片（100）的进口叶片角逐渐减小；

沿着所述导流叶片（100）远离所述扩压器（1000）的方向，所述导流叶片（100）的横截面逐渐增大；

所述导流叶片（100）的导流进口型线（101）的底端与叶轮（2000）的轴心线的距离为D1,所述叶轮（2000）的叶轮出口型线（2001）的底端与所述叶轮（2000）的轴心线的距离为D1＇,D1/D1＇≤1.15；

所述导流叶片（100）的导流进口型线（101）的顶端与所述叶轮（2000）的轴心线的距离为D2，所述叶轮的叶轮出口型线（2001）的顶端与所述叶轮（2000）的轴心线的距离为D2＇，D2/D2＇≥1.08；

所述叶轮（2000）的出气口与所述扩压器（1000）的进气口连通。

2.根据权利要求1所述的导流叶片（100），其特征在于，所述导流叶片（100）的叶底的叶片角为θ1，所述导流叶片（100）的叶顶的叶片角为θ2；

1°≤θ1-θ2≤5°。

3.根据权利要求1所述的导流叶片（100），其特征在于，所述导流叶片（100）的导流进口型线（101）呈斜线或者曲线设置；

当所述导流进口型线（101）呈曲线设置时，所述导流进口型线（101）沿着远离所述扩压器（1000）的方向斜率逐渐增大。

4.根据权利要求1所述的导流叶片（100），其特征在于，所述导流叶片（100）的导流出口型线（102）为直线；

沿着所述导流叶片（100）远离所述扩压器（1000）的方向，所述导流叶片（100）的出口叶片角相等。

5.一种扩压器（1000），其特征在于，包括扩压器主体及如权利要求1-4中任意一项所述的导流叶片（100）；

所述导流叶片（100）安装在所述扩压器主体上。

6.一种压气机（10000），其特征在于，包括叶轮（2000）及如权利要求5所述的扩压器（1000）；

所述叶轮（2000）的出气口与所述扩压器（1000）的进气口连通。

7.一种增压器，其特征在于，包括如权利要求6所述的压气机（10000）或者权利要求5所述的扩压器（1000）。

8.一种获取如权利要求1-4中任意一项所述的导流叶片（100）的设计方法，其特征在于，包括：

对叶轮（2000）及未安装导流叶片（100）的扩压器（1000）进行仿真，并获取所述扩压器（1000）的进气口位置处的第一气流速度分布曲线；

根据获取所述第一气流速度分布曲线设计安装在扩压器（1000）上的导流叶片（100）；

对所述叶轮（2000）及安装所述导流叶片（100）后的扩压器（1000）进行仿真，获取所述扩压器（1000）的进气口位置处的第二气流速度分布曲线；

对所述第二气流速度分布曲线进行拟合，获取所述导流叶片（100）在面向所述扩压器（1000）的进气口的曲线，并对所述导流叶片（100）的前缘进行调整，直到满足预设要求，获得所述导流叶片（100）。