進(jìn)口導(dǎo)葉及帶有該進(jìn)口導(dǎo)葉的離心式壓縮機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及離心式壓縮機(jī)領(lǐng)域，尤其是具有進(jìn)口導(dǎo)葉的離心式壓縮機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]葉輪式壓縮機(jī)可以分為離心式壓縮機(jī)和軸流式壓縮機(jī)兩種。軸流式壓縮機(jī)的形狀和流動(dòng)性能適用于大流量壓縮系統(tǒng)(例如燃?xì)廨啓C(jī)的透平)。和軸流式壓縮機(jī)相比，離心式壓縮機(jī)體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，并且在較寬的工作流量范圍內(nèi)能夠保持較高的經(jīng)濟(jì)效率，在很多工業(yè)領(lǐng)域(包括航空、石油和天然氣等)都得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]流量調(diào)節(jié)范圍和效率是離心式壓縮機(jī)的兩個(gè)重要性能參數(shù)。用戶需要流量調(diào)節(jié)范圍大，并且要求壓縮機(jī)具有較高效率的流量范圍較寬。在整個(gè)流量調(diào)節(jié)范圍都具有較高的效率。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式公開了一種用于離心式壓縮機(jī)的進(jìn)口導(dǎo)葉，該進(jìn)口導(dǎo)葉位于離心式壓縮機(jī)的葉輪進(jìn)口前側(cè)。進(jìn)口導(dǎo)葉包括:前緣和后緣，與連接前緣和后緣的第一表面和第二表面。其中第二表面與第一表面是相對的。第一表面和第二表面之間的最大距離度沿著從前緣至后緣的方向逐漸減小，第一表面和第二表面為曲率變化的光滑曲面，進(jìn)口導(dǎo)葉翼型的前緣半徑和進(jìn)口導(dǎo)葉弦長的比值在12%至17%，進(jìn)口導(dǎo)葉翼型的相對彎度為5%至8%。
[0005]優(yōu)選，進(jìn)口導(dǎo)葉翼型的相對彎度為6%，進(jìn)口導(dǎo)葉翼型的前緣半徑和進(jìn)口導(dǎo)葉弦長的比值為15%。進(jìn)口導(dǎo)葉10的數(shù)量為9個(gè)。進(jìn)口導(dǎo)葉為軸向安裝的。
[0006]本實(shí)用新型的再一個(gè)實(shí)施方式還公開了一種離心式壓縮機(jī)，其包括:上面所述的進(jìn)口導(dǎo)葉，位于進(jìn)口導(dǎo)葉后側(cè)的葉輪，和位于葉輪后側(cè)的擴(kuò)壓器。其中擴(kuò)壓器中設(shè)有可調(diào)葉片。
【附圖說明】
[0007]圖1為一個(gè)示例性的離心式壓縮機(jī)的示意圖；
[0008]圖2為一個(gè)示例性的進(jìn)口導(dǎo)葉沿圓周方向的斜視圖；
[0009]圖3為一個(gè)示例性的進(jìn)口導(dǎo)葉和葉輪的安裝示意圖；
[0010]圖4為一個(gè)示例性離心式壓縮機(jī)的流量-效率性能曲線圖。
[0011]圖中各個(gè)部件的名稱和編號(hào)列表:
[0012]進(jìn)口導(dǎo)葉10，
[0013]進(jìn)口導(dǎo)葉的前緣11，
[0014]進(jìn)口導(dǎo)葉的后緣12，
[0015]進(jìn)口導(dǎo)葉的第一表面13，
[0016]進(jìn)口導(dǎo)葉的第二表面14，
[0017]蝸殼40，
[0018]進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)30，
[0019]葉輪50，
[0020]壓縮機(jī)機(jī)殼60，
[0021]擴(kuò)壓器20，和
[0022]擴(kuò)壓器的可調(diào)葉片21。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，以下舉例對本實(shí)用新型實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0024]在本說明書中，進(jìn)口導(dǎo)葉為設(shè)置在離心式壓縮機(jī)葉輪進(jìn)氣口處的導(dǎo)葉?！扒啊焙汀昂蟆笔窍鄬τ诹黧w的流動(dòng)方向而言的。流體進(jìn)入進(jìn)口導(dǎo)葉的一端為前緣，流體流出進(jìn)口導(dǎo)葉的一端為后緣，第一表面和第二表面是連接前緣和后緣從而形成進(jìn)口導(dǎo)葉翼型的兩個(gè)曲面。翼型彎度為翼型中弧線A到葉弦(參見圖1中示出的葉弦B)間的垂直距離，翼型的相對彎度是指最大彎度W和葉弦B的弦長L(即前緣點(diǎn)到后緣點(diǎn)連線的長度)的比值。
[0025]圖1為一個(gè)示例性的離心式壓縮機(jī)的示意圖。如圖1所示，該離心式壓縮機(jī)主要包括:壓縮機(jī)機(jī)殼60，設(shè)置在壓縮機(jī)機(jī)殼60內(nèi)的葉輪50，設(shè)置在葉輪50前側(cè)的進(jìn)口導(dǎo)葉10。流體先流經(jīng)進(jìn)口導(dǎo)葉10，然后再進(jìn)入葉輪50。離心式壓縮機(jī)還包括設(shè)有擴(kuò)壓器20，擴(kuò)壓器20中設(shè)有多個(gè)可調(diào)葉片21，擴(kuò)壓器20出口連接有蝸殼40。可以根據(jù)需要選擇可調(diào)葉片21的個(gè)數(shù)。流體流經(jīng)葉輪50后進(jìn)入擴(kuò)壓器20，經(jīng)擴(kuò)壓器20的可調(diào)葉片21實(shí)現(xiàn)擴(kuò)壓后，流入蝸殼40，從蝸殼40的出口流出離心式壓縮機(jī)。通過擴(kuò)壓器20的擴(kuò)壓使得從葉輪50中流出的具有較大流速的流體減速，使流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓。如圖1所示，在擴(kuò)壓器20的環(huán)形空間內(nèi)裝上一系列可調(diào)葉片21后，離心式壓縮機(jī)具有擴(kuò)壓能力強(qiáng)、尺寸小的優(yōu)點(diǎn)。其流道短，流動(dòng)損失小，因而效率較高。在設(shè)計(jì)工況下其效率可比無葉擴(kuò)壓器高3%?5%，特別是存在變工況時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)可調(diào)葉片21的角度，大幅地減小沖擊損失，明顯提高效率。
[0026]圖2為一個(gè)示例性的進(jìn)口導(dǎo)葉沿圓周方向的斜視圖。進(jìn)口導(dǎo)葉10包括前緣11和后緣12，連接前緣11和后緣12的第一表面13和與第一表面相對的第二表面14。第一表面13和第二表面14之間的最大距離(即翼型厚度)沿著從翼型前緣11到后緣12的方向逐漸減小，參見圖1中示出的中弧線A和翼型厚度T。第一表面13和第二表面14為曲率變化的光滑曲面，進(jìn)口導(dǎo)葉10翼型的前緣11半徑和進(jìn)口導(dǎo)葉10的弦長的比值在12%至17%，進(jìn)口導(dǎo)葉10翼型的相對彎度為5%至8%。
[0027]從圖2中可以看到，進(jìn)口導(dǎo)葉10翼型在前緣11處的翼型厚度T最大，而在后緣12處的翼型厚度T最小，即從前緣11到后緣12的翼型厚度T是逐漸減小的。第一表面13和第二表面14為沿著中弧線A對稱的光滑曲面，并且第一表面13和第二表面14的曲率是變化的。例如，這兩個(gè)曲面的曲線可以是三次樣條曲線。再如，這兩個(gè)曲面還可以是曲率的三階倒數(shù)連續(xù)的曲線。曲率變化的光滑曲面使得進(jìn)口導(dǎo)葉10的翼型符合流場特性，能夠減少流動(dòng)損失。
[0028]前緣11半徑和弦長的比值表征葉片的頭部大小。本實(shí)施方式中的翼型具有較大的前緣11，即具有鈍頭，而非常規(guī)的尖頭。當(dāng)前緣11半徑和弦長的比值大于12%時(shí)，可降低流體的流動(dòng)損失，即提高離心式壓縮機(jī)的效率。而當(dāng)前緣11半徑和弦長的比值超過17%時(shí)，進(jìn)口導(dǎo)葉的翼型不再是流線型，會(huì)導(dǎo)致較大的流動(dòng)損失。同時(shí)，進(jìn)口導(dǎo)葉翼型的相對彎度在5%至8%。申請人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)翼型相對彎度大于5%后，相對彎度越大，離心式壓縮機(jī)的有效相對流量的調(diào)節(jié)范圍越大。但是，當(dāng)翼型相對彎度大于8%后，進(jìn)口導(dǎo)葉10尾部會(huì)導(dǎo)致流體產(chǎn)生分離，這樣會(huì)帶來流動(dòng)損失。翼型相對彎度在5%至8%的翼型能夠增大離心式壓縮機(jī)的有效相對流量調(diào)節(jié)范圍，同時(shí)使得壓縮機(jī)的效率較高。翼型厚度和相對彎度是關(guān)聯(lián)的。為在各個(gè)設(shè)計(jì)流量值獲得較大的效率，需要在上述的翼型厚度范圍和相對彎度范圍內(nèi)選擇合適的翼型厚度和相對彎度?？梢酝ㄟ^計(jì)算獲得匹配最佳的翼型厚度和相對彎度。
[0029]在上述實(shí)施方式中，相對彎度為5%至8%的進(jìn)口導(dǎo)葉增大了離心式壓縮機(jī)的有效流量范圍，具體而言能夠增大小流量區(qū)域的有效范圍，使得喘振點(diǎn)出現(xiàn)在更小的流量值。翼型前緣半徑和弦長的比值在12%至17%時(shí)，能夠降低流體的流動(dòng)損失，提高離心式壓縮機(jī)的效率。翼型厚度T從前緣11到后緣12逐漸減小，第一表面和第二表面是曲率變化的光滑曲面，這使得進(jìn)口導(dǎo)葉10的翼型符合流場特性，能夠進(jìn)一步減少流動(dòng)損失。
[0030]圖3為一個(gè)示例性的進(jìn)口導(dǎo)葉和葉輪的安裝示意圖。圖中示出有進(jìn)口導(dǎo)葉10有9個(gè)，進(jìn)口導(dǎo)葉10和進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)30連接，進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)30可以驅(qū)動(dòng)進(jìn)口導(dǎo)葉10調(diào)節(jié)其安裝角度，以適應(yīng)不同的工況需求。優(yōu)選進(jìn)口葉片10為9個(gè)，因?yàn)楫?dāng)進(jìn)口葉片大于9個(gè)時(shí)，葉片稠度太大，會(huì)影響流體的流動(dòng)暢通性，當(dāng)進(jìn)口葉片數(shù)小于9時(shí)，對流體的流動(dòng)方向的調(diào)節(jié)效果較小。
[0031]優(yōu)選，進(jìn)口導(dǎo)葉10為軸向安裝的。流體從離心式壓縮機(jī)的軸向進(jìn)入進(jìn)口導(dǎo)葉10，并沿軸向流出進(jìn)口導(dǎo)葉10進(jìn)入葉輪50。軸向軸向安裝方便進(jìn)口導(dǎo)葉的安裝和調(diào)節(jié)。
[0032]優(yōu)選，進(jìn)口導(dǎo)葉10的相對彎度為6%，前緣11半徑和弦長的比值為15%。圖4為一個(gè)示例性離心式壓縮機(jī)的流量-效率性能曲線圖。圖中橫坐標(biāo)表示離心式壓縮機(jī)的實(shí)際質(zhì)量流量和設(shè)計(jì)質(zhì)量流量的比值q/qd (簡稱為流量百分比)，縱坐標(biāo)表示壓縮機(jī)的效率。曲線K 一種現(xiàn)有離心式壓縮機(jī)的流量百分比和效率曲線，該種離心式壓縮機(jī)具有對稱翼型的現(xiàn)有進(jìn)口導(dǎo)葉(即進(jìn)口導(dǎo)葉的中弧線接近直線)，進(jìn)口導(dǎo)葉的安裝角度為20度，并且該壓縮機(jī)的擴(kuò)壓器內(nèi)沒有可調(diào)葉片。曲線J為本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式中的離心式壓縮機(jī)的流量百分比和效率曲線。從圖4中可以看到，本實(shí)用新型實(shí)施方式中的離心式壓縮機(jī)在小流量范圍的有效流量在大約55%，而現(xiàn)有的離心式壓縮機(jī)在校流量范圍的有效流量在大約65%。
[0033]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。在具體的實(shí)施過程中可對根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，以適應(yīng)具體情況的具體需要。因此可以理解，本文所述的本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】只是起示范作用，并不用以限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于離心式壓縮機(jī)的進(jìn)口導(dǎo)葉(10)，進(jìn)口導(dǎo)葉(10)位于離心式壓縮機(jī)的葉輪(50)前側(cè)，其特征在于，進(jìn)口導(dǎo)葉(10)包括: 前緣(11)和后緣(12)， 連接前緣(11)和后緣(12)的第一表面(13)和第二表面(14)，第一表面(13)與第二表面(14)是相對的，其中第一表面(13)和第二表面(14)之間的最大距離度沿著從前緣(11)至后緣(12)的方向逐漸減小，第一表面(13)和第二表面(14)為曲率變化的光滑曲面，進(jìn)口導(dǎo)葉(10)翼型的前緣(11)半徑和進(jìn)口導(dǎo)葉(10)弦長的比值在12%至17%，進(jìn)口導(dǎo)葉(10)翼型的相對彎度為5%至8%。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進(jìn)口導(dǎo)葉(10)，其特征在于，其中進(jìn)口導(dǎo)葉(10)的相對彎度為6%，進(jìn)口導(dǎo)葉(10)的前緣(11)半徑和進(jìn)口導(dǎo)葉(10)弦長的比值為15%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進(jìn)口導(dǎo)葉(10)，其特征在于，其中進(jìn)口導(dǎo)葉(10)的數(shù)量為9個(gè)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進(jìn)口導(dǎo)葉(10)，其特征在于，其中進(jìn)口導(dǎo)葉(10)為軸向安裝的。5.一種離心式壓縮機(jī)，其特征在于，包括: 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的進(jìn)口導(dǎo)葉(10); 葉輪(50)，位于進(jìn)口導(dǎo)葉(10)后側(cè)，和 擴(kuò)壓器(20)，位于葉輪(50)后側(cè)，其中擴(kuò)壓器(20)中設(shè)有可調(diào)葉片(21)。
【專利摘要】一種用于離心式壓縮機(jī)的進(jìn)口導(dǎo)葉，該進(jìn)口導(dǎo)葉位于離心式壓縮機(jī)的葉輪進(jìn)口前側(cè)。進(jìn)口導(dǎo)葉翼型包括：前緣和后緣，與連接前緣和后緣的第一表面和第二表面。其中第二表面與第一表面是相對的。第一表面和第二表面之間的最大距離度從前緣至后緣逐漸減小，第一表面和第二表面為曲率變化的光滑曲面，進(jìn)口導(dǎo)葉翼型的前緣半徑和進(jìn)口導(dǎo)葉的弦長的比值在12％至17％，進(jìn)口導(dǎo)葉翼型的相對彎度為5％至8％。具有上述翼型的進(jìn)口導(dǎo)葉增大了離心式壓縮機(jī)的有效流量范圍，使得離心式壓縮機(jī)的喘振點(diǎn)出現(xiàn)在更小的流量值。同時(shí)還能夠提高離心式壓縮機(jī)的效率。
【IPC分類】F04D29/28, F04D29/44
【公開號(hào)】CN204628089
【申請?zhí)枴緾N201520113608
【發(fā)明人】張陳慧, 馬秀娟, 李長鵬
【申請人】西門子公司
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年2月16日