CN116241508B - 压气机的出气管、压气机及发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压气机的出气管、压气机及发动机，其中，压气机的出气管包括计算所述出气管横截面，其中：，式中，k1为第一优化因子；r1为优化前出气管内径；r2为优化前出气管外径；v为气流绝对速度；，式中，k2为第二优化因子；v1为气流修正速度；，式中，Cr为第三优化因子；；式中，x为优化前出气管X方向坐标，X1为优化后出气管X方向坐标；；式中，y为优化前出气管Y方向坐标，Y1为优化后出气管Y方向坐标，压气机的气动性能提高。

Description

压气机的出气管、压气机及发动机

技术领域

本发明涉及压气机技术领域，特别涉及一种压气机的出气管、压气机及发动机。

背景技术

压气机作为增压器的核心部件，其内部流动极为复杂，结构设计也占据了流体机械设计领域中的主导地位以及较大的比重。由于压气机内空气流动的复杂性，需对其结构进行深入研究。

然而，现有压气机压力回复系数较低，压力损失系数较高，导致压气机的气动性能较差。

因此，如何提高压气机的气动性能，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种压气机的出气管，计算所述出气管横截面，其中：

，式中，k1为第一优化因子；r1为优化前出气管内径；r2为优化前出气管外径；v为气流绝对速度；

，式中，k2为第二优化因子；v1为气流修正速度；

，式中，Cr为第三优化因子；

；式中，x为优化前出气管X方向坐标，X1为优化后出气管X方向坐标；

；式中，y为优化前出气管Y方向坐标，

Y1为优化后出气管Y方向坐标。

一种压气机，包括压壳喉舌、有叶扩压器及出气管，所述出气管为上述出气管。

可选地，在上述压气机中，有叶扩压器内设有有叶扩压器叶片；其中：

α=100°~170°，其中α为e和f的夹角，其中e为有叶扩压器回转中心和两个所述有叶扩压器叶片形成通道的出气端上与压壳喉舌连线最短距离的点的连线，f为两个所述有叶扩压器叶片形成通道的出气端上与压壳喉舌连线最短距离的点与压壳喉舌的连线；

β=0°~45°，其中β为所述有叶扩压器气体流动方向与水平方向的夹角；

θ=0°~60°，其中θ为有叶扩压器绕回转中心旋转的角度；

所述出气管的出口截面处设有三个曲率最大点，三个所述曲率最大点对应的曲率中心连线形成的三角形中两个角大于0°，且小于60°。

可选地，在上述压气机中，还包括压气机壳，所述有叶扩压器叶片位于所述压气机壳内部，且以所述有叶扩压器的回转中心为圆心周向均匀分布。

可选地，在上述压气机中，所述压气机壳内部设有位于所述有叶扩压器外侧的气流流道，且所述气流流道的截面沿气体流动方向逐渐增大。

可选地，在上述压气机中，θ=20°~40°。

可选地，在上述压气机中，所有所述有叶扩压器叶片的进气端位于同一个同心圆上，和/或所有所述有叶扩压器叶片的出气端位于同一个同心圆上。

可选地，在上述压气机中，β=10°~35°。

可选地，在上述压气机中，α=120°~150°。

一种发动机，包括上述任一项所述的压气机。

在上述技术方案中，本发明提供的压气机的出气管，计算所述出气管横截面，其中：

，式中，k1为第一优化因子；r1为优化前出气管内径；r2为优化前出气管外径；v为气流绝对速度；

，式中，k2为第二优化因子；v1为气流修正速度；

，式中，Cr为第三优化因子；

；式中，x为优化前出气管X方向坐标，X1为优化后出气管X方向坐标；

；式中，y为优化前出气管Y方向坐标，

Y1为优化后出气管Y方向坐标。

通过上述描述可知，在本申请提供的出气管中，通过如上设置仿真及计算后，得知其压气机压力回复系数提高，压力损失系数降低，进而提高了压气机的气动性能。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的压气机的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的压气机的侧视图；

图3为本发明实施例所提供的压气机的三维结构图；

图4为本发明实施例所提供的图3所示I部放大后出气管的局部结构示意图；

图5为传统压气机内部气流分布仿真图；

图6为本申请压气机内部气流分布仿真图；

图7为根据仿真数得出本申请出气管与现有出气管压力回复系数对比图；

图8为根据仿真数得出本申请出气管与现有出气管压力损失系数对比图；

图9为优化后本申请出气管和优化前出气管部分截面对比图。

其中图1-4中：1、压气机壳、11-出气管截面、12-压气机出气口、13-出气管、14-气流流道；

2-有叶扩压器叶片；

a-有叶扩压器回转中心、b-有叶扩压器气体流动方向、c-扩压器气流下游最末端位置、d-压壳喉舌、e-有叶扩压器回转中心a和扩压器气流下游最末端位置c的连线、f-扩压器气流下游最末端位置c与压壳喉舌d的最小距离连线、i1-曲率最大点、i2-曲率最大点、i3-曲率最大点、j1-曲率中心、j2-曲率中心、j3-曲率中心、k-出气管中心线、l-出气管的曲率中心、m-出气管的曲率中心在压气机出气口截面的投影交点、n-出气管中心线的中点、o-压气机中心轴线、p1-优化前出气管部分截面图、p2-优化后出气管部分截面图、p3-优化后出气管部分截面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关申请相关的部分。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如本申请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。

其中，在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，在本申请实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个。

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。

为了便于理解对压气机部分结构进行说明，其中离心式压气机作用为压送由空气滤清器管道送入的空气，增压进入气缸。

压比为叶轮出口的总压与进口总压的比值。

叶轮效率为叶轮出口处的等熵效率。

请参考图1至图9，在一种具体实施方式中，本发明具体实施例提供的压气机的出气管，计算出气管横截面，出气管横截面为垂直于内部气流方向的截面，其中：

，式中，k1为第一优化因子；r1为优化前出气管内径；r2为优化前出气管外径；v为气流绝对速度；优化前的出气管为圆管结构。

，式中，k2为第二优化因子；v1为气流修正速度，其中气流修正速度为优化后气流速度；

，式中，Cr为第三优化因子；

；式中，x为优化前出气管X方向坐标，X1为优化后出气管X方向坐标；

；式中，y为优化前出气管Y方向坐标，Y1为优化后出气管Y方向坐标。

图9中优化后本申请出气管和优化前出气管部分截面对比图，其中P1为优化前出气管部分截面图，P2和P3分别均为优化后出气管部分截面图。

由图7和图8仿真数据（本专利的作为优化后的出气管和普通弯管（优化前出气管））可以看到，本专利提供的出气管相比于优化前出气管，可以降低压力损失，抑制二次流损失，提高整机的压比，提升增压器压气机端的气动性能。

通过上述描述可知，在本申请具体实施例所提供的出气管中，通过如上设置仿真及计算后，得知其压气机压力回复系数提高，压力损失系数降低，可以有效起到整流作用，降低损耗，提高压气机压比，进而提高了压气机的气动性能。

本申请提供的压气机包括压壳喉舌d、有叶扩压器及出气管，出气管为上述出气管13，如图1所示，出气管13为压气机壳1上从截面g-截面h所示。前文叙述了关于出气管13的具体结构，本申请包括上述出气管13，同样具有上述技术效果。

在一种具体实施方式中，有叶扩压器包括有叶扩压器叶片2；其中：β=0°~45°，其中β为有叶扩压器气体流动方向b与水平方向的夹角。β=10°~35°，具体的，β可以为15°、20°等。

θ=0°~60°，其中θ为有叶扩压器绕回转中心旋转的角度，具体的θ=20°~40°，具体的，θ可以为25°、30°、35°等。

α=100°~170°，其中α为e和f的夹角，其中e为有叶扩压器回转中心和两个有叶扩压器叶片2形成通道的出气端上与压壳喉舌连线最短距离的点的连线，f为两个有叶扩压器叶片2形成通道的出气端上与压壳喉舌连线最短距离的点与压壳喉舌的连线。α=120°~150°，具体的，α可以为130°、140°等。

压气机还包括压气机壳1，有叶扩压器叶片2位于压气机壳1内部，且以有叶扩压器的回转中心为圆心周向均匀分布。具体的，有叶扩压器叶片2的数量根据实际需要而定，本申请不做具体限定，优选，所有有叶扩压器叶片2为相同的结构。如图2所示，压气机壳1端部为压气机出气口12，如图3所示，压气机壳1的I部指示的为出气管截面11。

在一种具体实施方式中，压气机壳1内部设有位于有叶扩压器外侧的气流流道14，且气流流道14的截面沿气体流动方向逐渐增大。

优选，所有有叶扩压器叶片2的进气端位于同一个同心圆上。

优选，所有有叶扩压器叶片2的出气端位于同一个同心圆上。

在具体进行仿真操作时，通过改变γ角（见图5和图6）来调整有叶扩压器和压壳喉舌的相对位置。

不同角度（γ角）及距离（上文提到的f距离值）对流入压壳的气流分布及气流速度有较大影响，其中γ角为有叶扩压器回转中心a与扩压器出口连线及有叶扩压器回转中心a与压壳喉舌d连线的夹角，选择增压器常用工况点（仿真选取80000rpm，0.3kg/s工况点）为计算工况，利用仿真软件对比两个方案，结果如图5和图6所示。

图5相比于图6，扩压器角度旋转40°，导致扩压器出口与压壳喉舌关于旋转中心o形成的夹角发生变化，从整个马赫数流场分析，图6中压壳内流场分布更为均匀，能够起到更好的整流作用。

本申请中，出气管13的出口截面处设有三个曲率最大点，三个曲率最大点对应的曲率中心连线形成的三角形中两个角位于大于0°，且小于60°，具体的，此两个夹角的范围可以为20°-40°。

如图4所示，三个曲率最大点分别为：曲率最大点i1、曲率最大点i2和曲率最大点i3，三个曲率中心分别为-曲率中心j1、曲率中心j2和曲率中心j3。

压气机出气口弯管与常规普通弯管进行仿真对比，引入评价参数压力回复系数（Pr）和压力损失系数（Lc），定义如下：

；

；

式中：

s代表压气机壳出口截面；

t代表扩压器出口截面；

P0代表静压；

P代表总压。

本申请提供的一种发动机，包括上述任一种压气机。前文叙述了关于压气机的具体结构，本申请包括上述压气机，同样具有上述技术效果。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。本申请中所涉及的申请范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种压气机的出气管，其特征在于，计算所述出气管横截面，其中：

，式中，k1为第一优化因子；r1为优化前出气管内径；r2为优化前出气管外径；v为气流绝对速度；

，式中，k2为第二优化因子；v1为气流修正速度；

，式中，Cr为第三优化因子；

；式中，x为优化前出气管X方向坐标，X1为优化后出气管X方向坐标；

；式中，y为优化前出气管Y方向坐标，

Y1为优化后出气管Y方向坐标。

2.一种压气机，其特征在于，包括压壳喉舌、有叶扩压器及出气管，所述出气管为权利要求1所述的出气管。

3.根据权利要求2所述的压气机，其特征在于，有叶扩压器内设有有叶扩压器叶片（2）；其中：

α=100°~170°，其中α为e和f的夹角，其中e为有叶扩压器回转中心和两个所述有叶扩压器叶片（2）形成通道的出气端上与压壳喉舌连线最短距离的点的连线，f为两个所述有叶扩压器叶片（2）形成通道的出气端上与压壳喉舌连线最短距离的点与压壳喉舌的连线；

β=0°~45°，其中β为所述有叶扩压器气体流动方向与水平方向的夹角；

θ=0°~60°，其中θ为有叶扩压器绕回转中心旋转的角度；

所述出气管（13）的出口截面处设有三个曲率最大点，三个所述曲率最大点对应的曲率中心连线形成的三角形中两个角大于0°，且小于60°。

4.根据权利要求3所述的压气机，其特征在于，还包括压气机壳（1），所述有叶扩压器叶片（2）位于所述压气机壳（1）内部，且以所述有叶扩压器的回转中心为圆心周向均匀分布。

5.根据权利要求4所述的压气机，其特征在于，所述压气机壳（1）内部设有位于所述有叶扩压器外侧的气流流道（14），且所述气流流道（14）的截面沿气体流动方向逐渐增大。

6.根据权利要求3所述的压气机，其特征在于，θ=20°~40°。

7.根据权利要求3所述的压气机，其特征在于，所有所述有叶扩压器叶片（2）的进气端位于同一个同心圆上，和/或所有所述有叶扩压器叶片（2）的出气端位于同一个同心圆上。

8.根据权利要求3所述的压气机，其特征在于，β=10°~35°。

9.根据权利要求3所述的压气机，其特征在于，α=120°~150°。

10.一种发动机，其特征在于，包括如权利要求2-9中任一项所述的压气机。