本發(fā)明屬于壓縮設備技術領域,具體涉及一種用于離心壓氣機的新型擴壓器。
背景技術:
隨著現代葉輪機械應用范圍的不斷廣泛,壓氣機作為一種核心的葉輪機械產品,其需求的壓比也越來越高。隨著壓比的提高,壓氣機內部的流速也逐漸由亞聲速提高至超聲速,在擴壓器的進口處也轉變?yōu)榭缏曀倭鲃?。對于跨聲速的擴壓器,傳統(tǒng)擴壓器在氣動性能上會出現較為較為明顯的下降,此時,尋找一種能夠更好的匹配跨聲速流動的擴壓器,以提高高壓比壓氣機的氣動性能顯得尤為必要。
技術實現要素:
有鑒于此,本發(fā)明的目的在于提供一種離心壓氣機的新型擴壓器,通過漸變的擴張圓錐使氣流沿流動方向減速從而實現擴壓,提高高壓比壓氣機的氣動性能。
為達到上述目的,本發(fā)明提供如下技術方案:
一種用于離心壓氣機的新型擴壓器,包括呈盤狀的擴壓器本體,所述擴壓器本體在圓周上均勻設置有多個擴壓氣道,所述擴壓氣道包括由擴壓器本體中心向外連續(xù)設置并貫穿擴壓器本體的圓柱孔段和圓錐孔段,圓柱孔段和圓錐孔段首尾相接、且具有公共的軸線,相鄰圓柱孔段之間在擴壓器本體內側部分相交,形成一尖銳橢圓前緣和在其后的一段圓柱形喉口段。
進一步,所述公共軸線與徑線呈夾角設置。
本發(fā)明的有益效果在于:
本發(fā)明的擴壓氣道由圓柱孔段和圓錐孔段組成,且相鄰圓柱孔段之間在擴壓器本體內側部分相交,形成一尖銳橢圓前緣和一段圓柱形喉口段。由于前緣較尖銳,因此能很好的避免了由于擴壓器前流速過高而導致的激波損失;同時由于其整個通道在半徑截面方向都為圓形結構,其不會產生如同傳統(tǒng)擴壓器那樣的角渦。該擴壓器相對于傳統(tǒng)的翼形擴壓器或槽道型擴壓器,其效率有優(yōu)勢,尤其適用于壓比較高,對效率要求較高,對喘振裕度沒有太高要求的跨音速或超音速壓氣機中。
本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述,并且在某種程度上,基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的,或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導。本發(fā)明的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書來實現和獲得。
附圖說明
為了使本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果更加清楚,本發(fā)明提供如下附圖進行說明:
圖1為本發(fā)明的三維結構圖;
圖2為本發(fā)明在50%葉高方向上的剖視圖;
圖3為擴壓氣道的放大圖。
具體實施方式
下面將結合附圖,對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。
如圖1、2、3所示,本實施例中的一種用于離心壓氣機的新型擴壓器,包括呈盤狀的擴壓器本體10,擴壓器本體在圓周上均勻設置有多個擴壓氣道11,擴壓氣道包括由擴壓器本體中心向外連續(xù)設置并貫穿擴壓器本體的圓柱孔段12和圓錐孔段13,圓柱孔段和圓錐孔段首尾相接、且具有公共的軸線,相鄰圓柱孔段之間在擴壓器本體內側,即靠近葉輪出口側部分相交,葉輪出口半徑線,形成一尖銳的橢圓前緣5和一段圓柱形喉口段7,橢圓前緣的交界邊,即為擴壓器前緣線4,由于前緣為三維結構,在50%葉高方向為前緣的拐點,該點稱為前緣頂點2,而在該頂點處的半徑方向上的線為該擴壓器的前緣半徑線6,即從該半徑方向,氣流完全進入擴壓器中進行流動擴壓。在前緣半徑線后為圓柱形喉口段7,其主要為圓柱形的均布孔構成,其主要的設計參數有:圓柱直徑,喉口長度(前緣半徑線與喉口出口段的長度),安裝角(圓柱的軸心線與徑線的夾角)及數量。與圓柱形喉口段7后部相連的為圓錐形擴壓段8,該段由帶一定錐度的圓錐在圓周方向均布而成,其軸心線與喉口段圓柱的軸心線相同,其主要的設計參數有:擴張角(及圓錐形的錐度)與擴壓長度(進口至尾緣的長度)。另外兩個參數:安裝角和數量與圓柱形喉口段一致。在圓錐形擴壓段8的出口,其會與一環(huán)形截面相交形成該擴壓器的尾緣,尾緣所處的半徑位置為出口尾緣半徑線9。
本實施例中,公共軸線與徑線呈夾角設置,即安裝角不為零。
該新型擴壓器主要是利用流體在圓錐形的通道擴壓中流動損失較小,靜壓回復系數即擴壓能力更大的特點進行設計的一款新型擴壓器。
具體的,當流體從葉輪出口處流出時,其首先通過橢圓前緣的一段無葉擴壓區(qū)域進行部分擴壓及摻混,使氣流流動更平均,然后再通過橢圓前緣進入圓柱形喉口段,此時氣流在一個環(huán)面的流動變?yōu)檠囟鄠€圓柱形通道內的流動。
該擴壓器由于橢圓前緣其特殊結構形式,其厚度非常的薄而尖,這樣氣流在與前緣接觸后,氣流的流通面積變化較小,而且在橢圓前緣流動角的變化非常小,不會產生傳統(tǒng)擴壓器前緣導致的氣流過加速及流通阻塞,尤其是在跨聲速或超聲速流動中,能很好的避免由于該原因所導致的激波損失;而且由于通道形狀為一圓柱,在半徑截面方向上為一圓形,不同于傳統(tǒng)類型的擴壓器的長方形,從而不會產生在邊角處所產生的角渦,這樣就極大的減小了在整個擴壓流動中的渦量,使流動損失減小,提高效率。由于圓柱形喉口段7在整個擴壓器中的面積最小,因此其為擴壓器的限流段,一般也為整個壓氣機的限流段,故該處直接決定了壓氣機的流量。
當氣流進入圓錐形擴壓段8后,由于通道面積沿半徑方向在不斷增加,因此氣流速度開始下降,壓力不斷上升,從而實現擴壓。面積變化率決定擴壓的速率,而面積變化率又與擴張角相關,因此為了提高擴壓速率,可以通過提高擴張角來實現。但由于擴壓器中的流動為較強逆壓梯度流動,因此很容易產生分離,若擴張角過大,則流動會由于逆壓梯度太大從而產生分離,因此需根據壓氣機的情況來合理的選擇擴張角,一般來說,擴張角越小,效率越高,但擴壓能力較低。為了保證在合理的擴張角下仍能達到相應的擴壓能力,需通過改變擴壓長度來實現。一般來說,由于擴張角的限制,往往會使擴壓段的擴壓長度較長,從而導致該型擴壓器在半徑方向的尺寸要稍大于傳統(tǒng)擴壓器。
優(yōu)缺點概述。
與傳統(tǒng)的擴壓器相比較,其具有特殊的結構特征,并導致了特有的流動特征。在橢圓前緣處,其沒有由于不匹配來流所導致的額外損失,因此其具有較高的氣動效率,但是在變工況特性下,由于較尖銳的前緣會導致對變工況的適用性較差,導致其在非橢圓前緣的效率會偏低,且在偏離前緣后易形成較大的分離渦從而使擴壓器失速,從而其喘振裕度更低。另外,傳統(tǒng)的擴壓器都需要與擴壓器罩殼相配合形成擴壓通道,這樣就會形成葉頂間隙,從而導致流動損失,而該擴壓器為一個單獨零件構成的擴壓氣道,不存在該類型的間隙,因此也不存在這部分流動損失。
綜上,該新型擴壓器的特點為在橢圓前緣處擁有更高的效率,但是喘振裕度更低,流量范圍更小。
同時,該新型擴壓器在加工上較易實現,主要為在一圓環(huán)實體毛坯上進行周向打孔,再配合一定的車削工序既能完成,不需采用如傳統(tǒng)擴壓器那樣的數控銑削工藝進行準確的型線控制,但由于其通道數一般多余傳統(tǒng)擴壓器,因此在加工成本上差異并不大。
最后說明的是,以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制,盡管通過上述優(yōu)選實施例已經對本發(fā)明進行了詳細的描述,但本領域技術人員應當理解,可以在形式上和細節(jié)上對其作出各種各樣的改變,而不偏離本發(fā)明權利要求書所限定的范圍。