專利名稱：開槽寬度為圓弧分布的離心壓氣機(jī)非對稱自循環(huán)處理機(jī)匣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離心式壓氣機(jī)處理機(jī)匣，屬于葉輪機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域?？捎糜诟鞣N用途的增壓器離心壓氣機(jī)、工業(yè)用離心壓氣機(jī)以及航空離心壓氣機(jī)等葉輪機(jī)械。

背景技術(shù)：
離心式壓氣機(jī)等葉輪式壓氣機(jī)相對于往復(fù)式壓氣機(jī)，具有效率高、體積重量輕、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)等優(yōu)勢，但其工況范圍有限。離心式壓氣機(jī)低流量工況下內(nèi)部流場出現(xiàn)大尺度流動分離等現(xiàn)象，出現(xiàn)不穩(wěn)定工作現(xiàn)象、造成失速甚至喘振，直接導(dǎo)致壓氣機(jī)效率和壓比急劇下降，壽命嚴(yán)重縮短，甚至短時間內(nèi)直接損壞。因此人們采取了很多方法來推遲壓氣機(jī)失速等不穩(wěn)定現(xiàn)象的發(fā)生，以擴(kuò)大其穩(wěn)定工作范圍。
目前普遍認(rèn)為處理機(jī)匣是提高壓氣機(jī)穩(wěn)定工作范圍的有效方法。但是傳統(tǒng)的處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)一般為軸對稱結(jié)構(gòu)。而當(dāng)壓氣機(jī)處于非設(shè)計工況時，由于離心壓氣機(jī)渦殼的軸向非對稱性導(dǎo)致了葉輪出口流動的周向畸變，從而影響上游的流動參數(shù)，導(dǎo)致壓氣機(jī)葉輪及無葉擴(kuò)壓器內(nèi)部的周向流動參數(shù)呈現(xiàn)非軸對稱性。傳統(tǒng)的軸對稱處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)無法考慮壓氣機(jī)內(nèi)部流場的非軸對稱的特點，因此無法使處理機(jī)匣實現(xiàn)全周向上的最優(yōu)擴(kuò)穩(wěn)效果。因此需要采用非軸對稱的自循環(huán)處理機(jī)匣，以實現(xiàn)在全周向上的最優(yōu)擴(kuò)穩(wěn)效果。
如圖1所示，非軸對稱的自循環(huán)處理機(jī)匣一般包含抽吸環(huán)槽1、導(dǎo)流環(huán)槽2和回流環(huán)槽3，其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有抽吸環(huán)槽相對于主流葉片前緣4位置Sr，抽吸環(huán)槽寬度br，氣體回流引入位置Sf，氣體回流引入寬度bf，旁通高度hb，旁通寬度bb等。研究表明，抽吸環(huán)槽寬度br對擴(kuò)穩(wěn)效果有較大的影響。因此設(shè)計合適的圓周方向上抽吸環(huán)槽寬度br值的分布，是非軸對稱自循環(huán)處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)實現(xiàn)最優(yōu)擴(kuò)穩(wěn)效果的關(guān)鍵。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于，通過設(shè)計一種非對稱自循環(huán)處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)的抽吸環(huán)槽寬度br值在圓周方向上的分布，以優(yōu)化非對稱自循環(huán)處理機(jī)匣對離心壓氣機(jī)的擴(kuò)穩(wěn)效果。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下 開槽寬度為圓弧分布的離心壓氣機(jī)非對稱自循環(huán)處理機(jī)匣，含有壓氣機(jī)渦殼，在所述的壓氣機(jī)渦殼壁面上設(shè)有抽吸環(huán)槽、導(dǎo)流環(huán)槽和回流環(huán)槽，所述的抽吸環(huán)槽、導(dǎo)流環(huán)槽和回流環(huán)槽形成自循環(huán)通道，其特征在于所述的抽吸環(huán)槽的寬度br在圓周方向上為圓弧分布，圓弧段的圓心角為α，其取值范圍為0＜α≤30°；圓弧段的半徑為R，根據(jù)離心壓氣機(jī)的葉輪直徑D確定R的取值范圍為
上述技術(shù)方案中，所述的壓氣機(jī)渦殼由外殼和內(nèi)嵌套組成，所述的抽吸環(huán)槽設(shè)置在內(nèi)嵌套的壁面上，外殼的內(nèi)壁面和內(nèi)嵌套的外壁面形成所述的導(dǎo)流環(huán)槽和回流環(huán)槽。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及突出性效果采用本發(fā)明所提出的開槽寬度為圓弧分布的離心壓氣機(jī)非對稱自循環(huán)處理機(jī)匣，相比于開槽寬度在圓周方向上一致的軸對稱自循環(huán)處理機(jī)匣可以較大地提高離心式壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍，同時維持效率基本不變。



圖1是自循環(huán)通道示意圖。
圖2是外殼結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是內(nèi)嵌套結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是壓氣機(jī)渦殼示意圖。
圖5是所設(shè)計抽吸環(huán)槽形式對應(yīng)不同初始角度θ0的br值在圓周方向上分布示意圖。
圖6是內(nèi)嵌套上抽吸環(huán)槽示意圖。
圖7是實例中br值分布示意圖。
圖8是實例中初始角度θ0位置示意圖。
圖9a和圖9b是采用開槽寬度為圓弧分布的非對稱自循環(huán)處理機(jī)匣與采用軸對稱自循環(huán)處理機(jī)匣以及無機(jī)匣處理時的壓氣機(jī)性能對比圖。

具體實施例方式 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理、結(jié)構(gòu)和工作過程作進(jìn)一步的說明。
開槽寬度為圓弧分布的離心壓氣機(jī)非對稱自循環(huán)處理機(jī)匣，含有壓氣機(jī)渦殼，在所述的壓氣機(jī)渦殼壁面上設(shè)有抽吸環(huán)槽1、導(dǎo)流環(huán)槽2和回流環(huán)槽3，所述的抽吸環(huán)槽、導(dǎo)流環(huán)槽和回流環(huán)槽形成自循環(huán)通道，其特征在于所述的抽吸環(huán)槽的寬度br在圓周方向上為圓弧分布，圓弧段的圓心角為α，其取值范圍為0＜α≤30°；圓弧段的半徑為R，根據(jù)離心壓氣機(jī)的葉輪直徑D確定R的取值范圍為
所述的壓氣機(jī)渦殼由外殼5和內(nèi)嵌套6組成，所述的抽吸環(huán)槽1設(shè)置在內(nèi)嵌套6的壁面上，外殼的內(nèi)壁面和內(nèi)嵌套的外壁面形成所述的導(dǎo)流環(huán)槽2和回流環(huán)槽3。
圖2是外殼5的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是內(nèi)嵌套6的結(jié)構(gòu)示意圖。外殼和內(nèi)嵌套組合成壓氣機(jī)渦殼，如圖4所示。
固定外殼5，并旋轉(zhuǎn)內(nèi)嵌套6，使二者裝配的相對位置發(fā)生改變，可以得到不同初始角度θ0的抽吸環(huán)槽寬度在圓周方向上的圓弧分布。所述的外殼和內(nèi)嵌套通過螺釘7連接組成，在外殼上周向上均布n個螺釘孔，即可得到對應(yīng)于n個初始角度θ0的分布曲線，通過壓氣機(jī)性能試驗確定最優(yōu)的初始角度θ0。例如，圖2中外殼5上共開有4個螺釘孔，因此可以得到四種不同的抽吸環(huán)槽寬度的圓弧分布，如圖5所示。
圖6是內(nèi)嵌套6上抽吸環(huán)槽1的示意圖。所設(shè)計的在圓周方向上按拋物線分布的抽吸環(huán)槽下邊緣為曲面。
在離心壓氣機(jī)工作過程中，小流量工況時，自循環(huán)通道內(nèi)空氣由抽吸環(huán)槽1，經(jīng)過導(dǎo)流環(huán)槽2和回流環(huán)槽3流出。具體工作過程和原理為自循環(huán)處理機(jī)匣抽吸環(huán)槽1抽吸開槽位置處葉尖區(qū)域的氣體，經(jīng)導(dǎo)流環(huán)槽2，由回流環(huán)槽3射出。抽吸環(huán)槽1對開槽位置處葉尖區(qū)域氣體的抽吸作用造成葉尖間隙泄漏渦被抽吸環(huán)槽1吸取，泄漏流動的通道被阻斷；回流射入壓氣機(jī)入口，由于環(huán)槽內(nèi)流動的相通，實現(xiàn)了壓氣機(jī)入口的流動均勻性，消除通道激波；回流增大了入口流量，使葉片入口正攻角減小，同時抽吸環(huán)槽1的抽吸作用減弱了壓氣機(jī)喉口的背壓，逆壓梯度減小，有效抑制了葉片表面邊界層的分離。使用圓周方向上圓弧分布的抽吸環(huán)槽寬度，使得在圓周方向上相應(yīng)的開槽處回流效果更好，從而更有效地利用回流的作用，使得壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍擴(kuò)大。
在近堵塞工況，自循環(huán)通道內(nèi)空氣經(jīng)回流環(huán)槽3、導(dǎo)流環(huán)槽2，從抽吸環(huán)槽1射出?；亓鳝h(huán)槽3使入口周向上流動相通，從而使壓氣機(jī)入口流動均勻性增加，削弱了入口激波；抽吸環(huán)槽1的射流使流通能力增強(qiáng)，從而拓展了堵塞邊界。但是，由于近堵塞工況抽吸動力不足，故該處理機(jī)匣對堵塞邊界的擴(kuò)展沒有對失速邊界的擴(kuò)展明顯。
以下為針對某一尺寸的離心壓氣機(jī)，采用開槽寬度為圓弧分布的離心壓氣機(jī)非對稱自循環(huán)處理機(jī)匣以提高穩(wěn)定工作范圍的實例。
該壓氣機(jī)非對稱自循環(huán)處理機(jī)匣br值分布為如圖7所示。初始角度θ0＝90°，其位置如圖8所示。
圖9a和圖9b為該離心壓氣機(jī)采用本發(fā)明開槽寬度為圓弧分布的非對稱自循環(huán)處理機(jī)匣與采用開槽寬度在圓周方向上一致的軸對稱的自循環(huán)處理機(jī)匣以及無機(jī)匣處理的壓氣機(jī)性能對比圖。
通過性能對比，可知采用本發(fā)明開槽寬度為圓弧分布的離心壓氣機(jī)非對稱自循環(huán)處理機(jī)匣相對于無機(jī)匣處理，以及采用開槽寬度在周向上一致的離心壓氣機(jī)軸對稱自循環(huán)處理機(jī)匣可較大地提高壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍，同時維持效率基本不變。
權(quán)利要求
1.開槽寬度為圓弧分布的離心壓氣機(jī)非對稱自循環(huán)處理機(jī)匣，含有壓氣機(jī)渦殼，在所述的壓氣機(jī)渦殼壁面上設(shè)有抽吸環(huán)槽(1)、導(dǎo)流環(huán)槽(2)和回流環(huán)槽(3)，所述的抽吸環(huán)槽、導(dǎo)流環(huán)槽和回流環(huán)槽形成自循環(huán)通道，其特征在于所述的抽吸環(huán)槽的寬度br在圓周方向上為圓弧分布，圓弧段的圓心角為α，其取值范圍為0＜α≤30°；圓弧段的半徑為R，根據(jù)離心壓氣機(jī)的葉輪直徑D確定R的取值范圍為
2.按照權(quán)利要求1所述的開槽寬度為圓弧分布的離心壓氣機(jī)非對稱自循環(huán)處理機(jī)匣，其特征在于所述的壓氣機(jī)渦殼由外殼(5)和內(nèi)嵌套(6)組成，所述的抽吸環(huán)槽(1)設(shè)置在內(nèi)嵌套(6)的壁面上，所述的外殼的內(nèi)壁面和內(nèi)嵌套的外壁面形成所述的導(dǎo)流環(huán)槽(2)和回流環(huán)槽(3)。
全文摘要
開槽寬度為圓弧分布的離心壓氣機(jī)非對稱自循環(huán)處理機(jī)匣，涉及一種離心式壓氣機(jī)處理機(jī)匣，屬于葉輪機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。通過在壓氣機(jī)渦殼壁面上設(shè)置抽吸環(huán)槽、回流環(huán)槽和導(dǎo)流環(huán)槽，形成自循環(huán)通道，并使抽吸環(huán)槽的寬度br在圓周方向上為圓弧分布，以優(yōu)化非對稱自循環(huán)處理機(jī)匣對離心壓氣機(jī)的擴(kuò)穩(wěn)效果。采用本發(fā)明所提出的開槽寬度為圓弧分布的離心壓氣機(jī)非對稱自循環(huán)處理機(jī)匣，相比于開槽寬度在圓周方向上一致的軸對稱自循環(huán)處理機(jī)匣可以較大地提高離心式壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍，同時維持效率基本不變。
文檔編號F04D29/42GK101761513SQ20101011027
公開日2010年6月30日 申請日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者鄭新前, 張揚軍, 楊名洋, 馬場隆弘, 玉木秀明, 林韻 申請人:清華大學(xué), 株式會社Ihi