專(zhuān)利名稱(chēng)：具有非對(duì)稱(chēng)無(wú)葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及葉輪機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種具有非對(duì)稱(chēng)無(wú)葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)。
背景技術(shù)：
離心壓氣機(jī)等葉輪式壓氣機(jī)相對(duì)于往復(fù)式壓氣機(jī)，具有效率高、體積重量輕、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等優(yōu)勢(shì)，但其工況范圍有限。離心壓氣機(jī)在低流量工況下內(nèi)部流場(chǎng)出現(xiàn)大尺度流動(dòng)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(shí)間內(nèi)直接損壞。離心壓氣機(jī)的無(wú)葉擴(kuò)壓器的通道兩側(cè)采用固定輪盤(pán)和輪蓋的形狀，其形狀根據(jù)設(shè)計(jì)點(diǎn)工況確定，在設(shè)計(jì)點(diǎn)獲得最優(yōu)性能，能有效地將葉輪出口氣體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能。傳統(tǒng)的無(wú)葉擴(kuò)壓器的結(jié)構(gòu)均是軸對(duì)稱(chēng)的，即無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度在周向方向上均勻分布。在低流量情況下，無(wú)葉擴(kuò)壓器內(nèi)有大尺度流動(dòng)分離現(xiàn)象發(fā)生，這種失速現(xiàn)象造成流動(dòng)損失增加， 擴(kuò)壓器效率下降；當(dāng)流量進(jìn)一步減小時(shí)，氣體徑向流動(dòng)動(dòng)力不足，在逆壓梯度的作用下，氣體回流，壓氣機(jī)發(fā)生喘振現(xiàn)象。目前已有的關(guān)于抑制無(wú)葉擴(kuò)壓器的失速的方法為在小流量時(shí)減小擴(kuò)壓器的寬度， 以增大氣體的徑向動(dòng)量，減小回流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是基于發(fā)明人對(duì)下面事實(shí)的發(fā)現(xiàn)由于離心壓氣機(jī)蝸殼的非軸對(duì)稱(chēng)性，導(dǎo)致無(wú)葉擴(kuò)壓器內(nèi)部的周向流動(dòng)參數(shù)呈現(xiàn)非軸對(duì)稱(chēng)性，即無(wú)葉擴(kuò)壓器內(nèi)部的流場(chǎng)為非軸對(duì)稱(chēng)的，因此，傳統(tǒng)的減小擴(kuò)壓器的寬度以增大氣體的徑向動(dòng)量而減小回流的方法具有局限性， 無(wú)法考慮到無(wú)葉擴(kuò)壓器內(nèi)部流場(chǎng)的非軸對(duì)稱(chēng)的特點(diǎn)，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)最大限度地抑制無(wú)葉擴(kuò)壓器的失速。本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種具有非對(duì)稱(chēng)無(wú)葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)，所述離心壓氣機(jī)可降低離心壓氣機(jī)內(nèi)部流體流場(chǎng)的非軸對(duì)稱(chēng)性，并擴(kuò)大離心壓縮機(jī)的穩(wěn)定工作范圍。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種上述離心壓氣機(jī)的形成方法。根據(jù)本發(fā)明第一方面實(shí)施例的一種具有非對(duì)稱(chēng)無(wú)葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)，包括 蝸殼，所述蝸殼包括互相連通的第一殼部和第二殼部，所述第一殼部?jī)?nèi)限定有蝸室，且所述第二殼部?jī)?nèi)限定有葉輪安裝空間；葉輪，所述葉輪繞旋轉(zhuǎn)軸可旋轉(zhuǎn)地設(shè)在所述葉輪安裝空間內(nèi)；和無(wú)葉擴(kuò)壓器，所述無(wú)葉擴(kuò)壓器的入口端連通所述第二殼部且所述無(wú)葉擴(kuò)壓器的出口端連通所述第一殼部；其中所述無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度沿周向方向上是非軸對(duì)稱(chēng)分布的。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有非對(duì)稱(chēng)無(wú)葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)，通過(guò)將無(wú)葉擴(kuò)壓器設(shè)計(jì)成寬度沿周向方向上是非軸對(duì)稱(chēng)分布的，能夠降低離心壓氣機(jī)內(nèi)部流體流場(chǎng)的非軸對(duì)稱(chēng)性，抑制離心壓氣機(jī)無(wú)葉擴(kuò)壓器的失速，從而擴(kuò)大離心壓縮機(jī)的穩(wěn)定工作范圍。另外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有非對(duì)稱(chēng)無(wú)葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)還具有如下附加技術(shù)特征在所述無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α小于其周向平均值的周向位置處的所述無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度小于其他周向位置處的寬度，其中，所述無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α定義為所述無(wú)葉擴(kuò)壓器入口端的氣流速度在與旋轉(zhuǎn)軸垂直的平面上的投影速度V與所述周向位置處的切線(xiàn)方向之間的夾角。其中，在同一周向位置所述無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度沿徑向均勻。所述第一殼部和第二殼部之間通過(guò)輪蓋和輪盤(pán)連接，且所述無(wú)葉擴(kuò)壓器由所述輪蓋和輪盤(pán)之間限定出的通道形成。其中所述第一殼部、第二殼部與所述輪蓋一體形成。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離心壓氣機(jī)，在周向非對(duì)稱(chēng)寬度的無(wú)葉擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)的作用下，原本無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α在周向上的非軸對(duì)稱(chēng)性減弱，從而有效增加了在周向上最小的氣流角度α，從而可抑制小流量下無(wú)葉擴(kuò)壓器的失速，進(jìn)而擴(kuò)大了離心壓縮機(jī)的穩(wěn)定工作范圍。根據(jù)本發(fā)明第二方面實(shí)施例的離心壓氣機(jī)的形成方法，對(duì)無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度為周向均勻的對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型進(jìn)行改進(jìn)以得到根據(jù)本發(fā)明第一方面實(shí)施例中的具有非對(duì)稱(chēng)無(wú)葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)。根據(jù)本發(fā)明第二方面實(shí)施例的離心壓氣機(jī)的形成方法，包括以下步驟(1)設(shè)定周向起始位置；(2)通過(guò)數(shù)值仿真或?qū)嶒?yàn)得到所述對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度ay在周向上的分布，并計(jì)算出無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度ay的周向平均值aymg;同時(shí)得到所述對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度by ；(3)在所述對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度a y在周向上小于其周向平均值a Yavg的周向位置處，將所述無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度by減小以得到該周向位置處的第一寬度bl，同時(shí)，在所述對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度ay在周向上大于其周向平均值a Yavg的周向位置處，將所述無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度by增大以得到該周向位置處的第一寬度bl，以使所述第一寬度bl的周向平均值bly與所述對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度by大致相等，從而得到第一離心壓氣機(jī)的無(wú)葉擴(kuò)壓器的第一寬度bl沿周向的分布；(4)根據(jù)步驟(3)的寬度bl的結(jié)果，通過(guò)數(shù)值仿真或?qū)嶒?yàn)得到所述第一離心壓氣機(jī)的第一無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α 1在周向上的分布，并計(jì)算出第一無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α 的周向平均值α Iavg ；(5)基于步驟(4)中的無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α 1在周向上的分布，在第一無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α 1在周向上小于其周向平均值α Iavg的周向位置處，將所述無(wú)葉擴(kuò)壓器的第一寬度bl減小以得到該周向位置處的第二寬度1^2，同時(shí)，在第一無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α 1在周向上大于其周向平均值α lavg的周向位置處，將所述無(wú)葉擴(kuò)壓器的第一寬度bl增大以得到該周向位置處的第二寬度b2，以使所述第二寬度1^2的周向平均值b2y 與所述對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度by大致相等，從而得到第二離心壓氣機(jī)的無(wú)葉擴(kuò)壓器的的第二寬度沿周向的分布；(6)重復(fù)步驟⑷和步驟(5)對(duì)無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度進(jìn)行反復(fù)修正，直到得到寬度 b，以使無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α沿周向最小的速度值amin大于預(yù)定臨界氣流角；和(7)根據(jù)步驟(6)中得到的寬度b，得到離心壓氣機(jī)。其中，所述無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α定義為所述無(wú)葉擴(kuò)壓器入口端的氣流速度在與旋轉(zhuǎn)軸垂直的平面上的投影速度V與所述周向位置處的切線(xiàn)方向之間的夾角。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有非對(duì)稱(chēng)無(wú)葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)的剖視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有非對(duì)稱(chēng)無(wú)葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)的周向定義示意圖；圖3是無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α的定義示意圖；圖4是作為本發(fā)明實(shí)施例的離心壓氣機(jī)的改進(jìn)基礎(chǔ)的對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度ay的周向分布圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例的離心壓氣機(jī)的無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度b的周向分布圖；和圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離心壓氣機(jī)和與其相應(yīng)的傳統(tǒng)的對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的性能比較。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，術(shù)語(yǔ)“內(nèi)側(cè)”、“外側(cè)”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“頂”、“底” 等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明而不是要求本發(fā)明必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。下面參考圖1-圖3描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種具有非對(duì)稱(chēng)無(wú)葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)。其中在下面的描述中，將繞旋轉(zhuǎn)軸3的方向稱(chēng)為周向(如圖2中所示)，將與旋轉(zhuǎn)軸6平行的方向稱(chēng)為軸向，將相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸6的半徑方向稱(chēng)為徑向，將上述周向上的位置稱(chēng)為周向位置。在本發(fā)明的描述中，某參數(shù)“分布非對(duì)稱(chēng)或非軸對(duì)稱(chēng)”表示該參數(shù)在關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸6的周向位置上的分布是非軸對(duì)稱(chēng)的，即參數(shù)在周向位置上是不均勻的。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有非對(duì)稱(chēng)無(wú)葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)，包括蝸殼1、葉輪2和無(wú)葉擴(kuò)壓器4。蝸殼1包括互相連通的第一殼部11和第二殼部12，第一殼部11內(nèi)限定有蝸室M，且第二殼部12內(nèi)限定有葉輪安裝空間N，葉輪2繞旋轉(zhuǎn)軸3可旋轉(zhuǎn)地設(shè)在葉輪安裝空間N內(nèi)。無(wú)葉擴(kuò)壓器4的入口端41 (如圖1中的下虛線(xiàn)處)連通第二殼部12且無(wú)葉擴(kuò)壓器4的出口端42 (如圖1中的上虛線(xiàn)處)連通第一殼部11。其中無(wú)葉擴(kuò)壓器4的寬度沿周向方向是非軸對(duì)稱(chēng)分布的，以適應(yīng)離心壓氣機(jī)內(nèi)部流體流動(dòng)的非軸對(duì)稱(chēng)性。工作過(guò)程中，葉輪2繞旋轉(zhuǎn)軸3旋轉(zhuǎn)，將流體沿圖1中箭頭方向吸入離心壓氣機(jī)內(nèi)，并增加流體的動(dòng)能和壓力。當(dāng)流體離開(kāi)葉輪2進(jìn)入無(wú)葉擴(kuò)壓器4時(shí)，流體的動(dòng)能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為壓能，從而提高流體的壓力；最后流體從無(wú)葉擴(kuò)壓器4流出，進(jìn)入蝸室M內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有非對(duì)稱(chēng)無(wú)葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)，通過(guò)將無(wú)葉擴(kuò)壓器設(shè)計(jì)成其寬度沿周向方向是非軸對(duì)稱(chēng)分布的，能夠降低離心壓氣機(jī)內(nèi)部流體流場(chǎng)的非軸對(duì)稱(chēng)性，抑制離心壓氣機(jī)無(wú)葉擴(kuò)壓器的失速，從而擴(kuò)大離心壓縮機(jī)的穩(wěn)定工作范圍。如圖2所示，假設(shè)設(shè)定周向起始位置，則本發(fā)明的描述中所提到的周向角度為從該周向起始位置沿周向方向偏離的角度。在本發(fā)明的描述中，以沿順時(shí)針?lè)较蚱x為例進(jìn)行說(shuō)明。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α小于其周向平均值的周向位置處的無(wú)葉擴(kuò)壓器4的寬度b小于其他周向位置處的寬度，其中，無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α定義為無(wú)葉擴(kuò)壓器4的入口端41的氣流速度在與旋轉(zhuǎn)軸3垂直的平面上的投影速度V與周向位置處的切線(xiàn)方向之間的夾角，如圖3所示。同時(shí)，在同一周向位置無(wú)葉擴(kuò)壓器4的寬度b沿徑向均勻大小。上述實(shí)施例是基于以下原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的在某一周向位置上，無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α與對(duì)應(yīng)位置處的無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度b之間的關(guān)系為tana =c/b，其中c為對(duì)應(yīng)于該周向位置的一個(gè)常數(shù)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離心壓氣機(jī)的第一殼部11和第二殼部12之間通過(guò)輪蓋5和輪盤(pán)6連接，且無(wú)葉擴(kuò)壓器4由輪蓋5和輪盤(pán)6之間限定出的通道形成。其中第一殼部11、 第二殼部12與輪蓋5 —體形成，且輪盤(pán)6可拆卸的安裝在第一殼部11和第二殼部12之間。具體而言，傳統(tǒng)的離心壓氣機(jī)在小流量工況下，由于蝸殼的非軸對(duì)稱(chēng)性會(huì)導(dǎo)致了無(wú)葉擴(kuò)壓器內(nèi)部流體的流場(chǎng)的非軸對(duì)稱(chēng)性，從而使得無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α在周向上的分布呈現(xiàn)非軸對(duì)稱(chēng)性，如圖4所示。一般地，當(dāng)無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角α小于預(yù)定臨界氣流角時(shí)，無(wú)葉擴(kuò)壓器將可能失速，當(dāng)流量進(jìn)一步減小時(shí)，流體徑向流動(dòng)動(dòng)力不足，在逆壓梯度的作用下，流體將會(huì)回流從而引起離心壓氣機(jī)的喘振現(xiàn)象。因此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有非對(duì)稱(chēng)無(wú)葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)，將無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度b在周向上的分布設(shè)計(jì)成非對(duì)稱(chēng)的分布，而在同一周向位置，在徑向上無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度b保持不變。具體地，在無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α較小的周向位置，對(duì)應(yīng)的無(wú)葉擴(kuò)壓器寬度b應(yīng)設(shè)計(jì)得較小。根據(jù)上述周向位置上的無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α與對(duì)應(yīng)位置處的無(wú)葉擴(kuò)壓器寬度b的關(guān)系，即tan α =c/b，在原本氣流角度α較小的周向位置將無(wú)葉擴(kuò)壓器寬度b值減小，將使得氣流角度α增大。在這種周向非對(duì)稱(chēng)寬度的無(wú)葉擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)的作用下，原本無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α在周向上的非軸對(duì)稱(chēng)性減弱，從而有效增加了在周向上最小的氣流角度α，從而可抑制小流量下無(wú)葉擴(kuò)壓器的失速，進(jìn)而擴(kuò)大了離心壓縮機(jī)的穩(wěn)定工作范圍。下面參考圖2-圖6描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的離心壓氣機(jī)的形成方法，該離心壓氣機(jī)的設(shè)計(jì)是通過(guò)對(duì)對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型進(jìn)行改進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中，該對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度為周向?qū)ΨQ(chēng)。
本發(fā)明實(shí)施例的離心壓氣機(jī)的形成方法包括以下步驟(1)設(shè)定周向起始位置，如圖2所示。(2)通過(guò)數(shù)值仿真或?qū)嶒?yàn)得到對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度 ay在周向上的分布，如圖4中所示，并計(jì)算出無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度ay的周向平均值 a yavg ；同時(shí)得到對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度by。并且，通過(guò)離心壓氣機(jī)性能試驗(yàn)得到對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的性能。其中，無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α定義為無(wú)葉擴(kuò)壓器入口端的氣流速度在與旋轉(zhuǎn)軸垂直的平面上的投影速度V與周向位置處的切線(xiàn)方向之間的夾角。(3)在對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度ay在周向上小于其周向平均值a yavg的周向位置處，根據(jù)上述實(shí)施例中描述的設(shè)計(jì)原理即tana =c/b，將無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度by適當(dāng)減小以得到該周向位置處的第一寬度bl。同時(shí)相應(yīng)地，在對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度a y在周向上大于其周向平均值a yavg的周向位置處，根據(jù)tan a = c/b，將無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度by適當(dāng)增大以得到該周向位置處的第一寬度bl，以使第一寬度bl的周向平均值bly與對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度by大致相等。由此，得到了第一離心壓氣機(jī)的無(wú)葉擴(kuò)壓器的第一寬度bl沿周向的分布。同時(shí)， 通過(guò)使第一寬度bl的周向平均值bly與對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度by大致相等，保證了第一離心壓氣機(jī)的各性能的穩(wěn)定。(4)根據(jù)步驟(3)的寬度bl的結(jié)果，通過(guò)數(shù)值仿真或?qū)嶒?yàn)得到第一離心壓氣機(jī)的第一無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度a 1在周向上的分布，并計(jì)算出第一無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度a 1的周向平均值a Iavg ；并通過(guò)離心壓氣機(jī)性能試驗(yàn)得到第一離心壓氣機(jī)的性能，將得到的第一離心壓氣機(jī)的性能與步驟O)中得到的對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的性能進(jìn)行比較。(5)基于步驟(4)中的無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α 1在周向上的分布，在第一無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α 1在周向上小于其周向平均值α Iavg的周向位置處，將無(wú)葉擴(kuò)壓器的第一寬度bl適當(dāng)減小，以得到該周向位置處的第二寬度1^2。同時(shí)相應(yīng)地，在第一無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α 在周向上大于其周向平均值 α Iavg的周向位置處，將無(wú)葉擴(kuò)壓器的第一寬度bl適當(dāng)增大以得到該周向位置處的第二寬度b2，以使第二寬度1^2的周向平均值b2y與對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度by 大致相等。由此得到了第二離心壓氣機(jī)的無(wú)葉擴(kuò)壓器的第二寬度1^2沿周向的分布，同時(shí)通過(guò)使第二寬度b2的周向平均值b2y與對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度by大致相等，保證了第二離心壓氣機(jī)的各性能的穩(wěn)定。(6)重復(fù)步驟(4)和步驟(5)對(duì)無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度進(jìn)行反復(fù)修正，同時(shí)通過(guò)離心壓氣機(jī)性能試驗(yàn)得到對(duì)應(yīng)的新修正后的離心壓氣機(jī)的性能，并不斷與步驟O)中得到的對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的性能進(jìn)行比較，以保證上述每次修正對(duì)離心壓氣機(jī)的性能都有正效果， 直到得到寬度b的周向分布，以使無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α沿周向最小的角度值amin大于預(yù)定臨界氣流角，其中，所述預(yù)定臨界氣流角根據(jù)不同型號(hào)的離心壓氣機(jī)具體確定。
(7)根據(jù)步驟(6)中得到的寬度b的周向分布，如圖5所示，得到最終優(yōu)化后的離心壓氣機(jī)，該離心壓氣機(jī)的性能盡可能最優(yōu)。值得注意的是，上述實(shí)施例中的離心壓氣機(jī)及其形成方法是以某一種型號(hào)的對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型為基礎(chǔ)的，但并不限于此。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員可以理解，在不同型號(hào)的對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型基礎(chǔ)上，可得到相應(yīng)的不同型號(hào)的無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度b為非軸對(duì)稱(chēng)的離心壓氣機(jī)。采用上述原理相同或類(lèi)似的方法對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型進(jìn)行改進(jìn)而得到的離心壓氣機(jī)及其形成方法，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。圖6中是通過(guò)離心壓氣機(jī)性能試驗(yàn)得到的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離心壓氣機(jī)和與其相應(yīng)的傳統(tǒng)的對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的性能比較，其中根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離心壓氣機(jī)采用非軸對(duì)稱(chēng)的無(wú)葉擴(kuò)壓器，而對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型采用傳統(tǒng)的對(duì)稱(chēng)無(wú)葉擴(kuò)壓器。圖6中三角形標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)位采用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離心壓氣機(jī)的性能特性圖，而正方形標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)為傳統(tǒng)采用對(duì)稱(chēng)無(wú)葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)性能特性圖。從圖6中可見(jiàn)，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離心壓氣機(jī)有更寬的穩(wěn)定工作范圍，在小流量下的擴(kuò)穩(wěn)效果明顯。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離心壓氣機(jī)的其他構(gòu)成以及操作對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言都是已知的，這里不再詳細(xì)描述。在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示意性實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種具有非對(duì)稱(chēng)無(wú)葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)，其特征在于，包括蝸殼，所述蝸殼包括互相連通的第一殼部和第二殼部，所述第一殼部?jī)?nèi)限定有蝸室，且所述第二殼部?jī)?nèi)限定有葉輪安裝空間；葉輪，所述葉輪繞旋轉(zhuǎn)軸可旋轉(zhuǎn)地設(shè)在所述葉輪安裝空間內(nèi)；和無(wú)葉擴(kuò)壓器，所述無(wú)葉擴(kuò)壓器的入口端連通所述第二殼部且所述無(wú)葉擴(kuò)壓器的出口端連通所述第一殼部；其中所述無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度沿周向方向上是非軸對(duì)稱(chēng)分布的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有非對(duì)稱(chēng)無(wú)葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)，其特征在于，在所述無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α小于其周向平均值的周向位置處的所述無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度小于其他周向位置處的寬度，其中，所述無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α定義為所述無(wú)葉擴(kuò)壓器入口端的氣流速度在與旋轉(zhuǎn)軸垂直的平面上的投影速度V與所述周向位置處的切線(xiàn)方向之間的夾角。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的離心壓氣機(jī)，其特征在于，在同一周向位置所述無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度沿徑向均勻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有非對(duì)稱(chēng)無(wú)葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)，其特征在于，所述第一殼部和第二殼部之間通過(guò)輪蓋和輪盤(pán)連接，且所述無(wú)葉擴(kuò)壓器由所述輪蓋和輪盤(pán)之間限定出的通道形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有非對(duì)稱(chēng)無(wú)葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)，其特征在于，所述第一殼部、第二殼部與所述輪蓋一體形成。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有非對(duì)稱(chēng)無(wú)葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)的形成方法，其特征在于，對(duì)無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度為周向均勻的對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型進(jìn)行改進(jìn)，包括以下步驟(1)設(shè)定周向起始位置；(2)通過(guò)數(shù)值仿真或?qū)嶒?yàn)得到所述對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度 ay在周向上的分布，并計(jì)算出無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度ay的周向平均值ayavg；同時(shí)得到所述對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度by ；(3)在所述對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度ay在周向上小于其周向平均值a Yavg的周向位置處，將所述無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度by減小以得到該周向位置處的第一寬度bl，同時(shí)，在所述對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度ay在周向上大于其周向平均值a yavg的周向位置處，將所述無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度by增大以得到該周向位置處的第一寬度bl，以使所述第一寬度bl的周向平均值bly與所述對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度by大致相等；從而得到第一離心壓氣機(jī)的無(wú)葉擴(kuò)壓器的第一寬度bl沿周向的分布；(4)根據(jù)步驟(3)的寬度bl的結(jié)果，通過(guò)數(shù)值仿真或?qū)嶒?yàn)得到所述第一離心壓氣機(jī)的第一無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α 1在周向上的分布，并計(jì)算出第一無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α 1的周向平均值α Iavg ；(5)基于步驟(4)中的無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α1在周向上的分布，在第一無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α 在周向上小于其周向平均值α Img的周向位置處，將所述無(wú)葉擴(kuò)壓器的第一寬度bl減小以得到該周向位置處的第二寬度1^2，同時(shí)，在所述第一無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α 在周向上大于其周向平均值α Iabg的周向位置處，將所述無(wú)葉擴(kuò)壓器的第一寬度bl增大以得到該周向位置處的第二寬度1^2，以使所述第二寬度的周向平均值b2y與所述對(duì)稱(chēng)離心壓氣機(jī)原型的無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度by 大致相等；從而得到第二離心壓氣機(jī)的無(wú)葉擴(kuò)壓器的第二寬度沿周向的分布；(6)重復(fù)步驟(4)和步驟( 對(duì)無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度進(jìn)行反復(fù)修正，直到得到寬度b，以使無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α沿周向最小的速度值α min大于預(yù)定臨界氣流角；和(7)根據(jù)步驟(6)中得到的寬度b，得到離心壓氣機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于，所述無(wú)葉擴(kuò)壓器入口氣流角度α定義為所述無(wú)葉擴(kuò)壓器入口端的氣流速度在與旋轉(zhuǎn)軸垂直的平面上的投影速度V與所述周向位置處的切線(xiàn)方向之間的夾角。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有非對(duì)稱(chēng)無(wú)葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)，包括蝸殼，所述蝸殼包括互相連通的第一殼部和第二殼部，所述第一殼部?jī)?nèi)限定有蝸室，且所述第二殼部?jī)?nèi)限定有葉輪安裝空間；葉輪，所述葉輪繞旋轉(zhuǎn)軸可旋轉(zhuǎn)地設(shè)在葉輪安裝空間內(nèi)；和無(wú)葉擴(kuò)壓器，所述無(wú)葉擴(kuò)壓器的入口端連通第二殼部且無(wú)葉擴(kuò)壓器的出口端連通所述第一殼部；其中所述無(wú)葉擴(kuò)壓器的寬度沿周向方向上是非軸對(duì)稱(chēng)分布的。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離心壓氣機(jī)，通過(guò)將無(wú)葉擴(kuò)壓器設(shè)計(jì)成寬度沿周向方向上非軸對(duì)稱(chēng)分布，能夠降低離心壓氣機(jī)內(nèi)部流體流場(chǎng)的非軸對(duì)稱(chēng)性，抑制離心壓氣機(jī)無(wú)葉擴(kuò)壓器的失速，從而擴(kuò)大離心壓縮機(jī)的穩(wěn)定工作范圍。本發(fā)明還公開(kāi)了一種上述離心壓氣機(jī)的形成方法。
文檔編號(hào)F04D29/44GK102182710SQ201110070488
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者蘭傳杰, 川久保知己, 張揚(yáng)軍, 林韻, 玉木秀明, 諸葛偉林, 鄭新前 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Ihi, 清華大學(xué)