專利名稱：葉片前掠的離心壓氣機及渦輪增壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及葉輪機械領(lǐng)域，尤其是涉及一種葉片前掠的離心壓氣機及渦輪增壓器。
背景技術(shù)：
葉輪式壓氣機可以分為軸流壓氣機和離心壓氣機兩種基本類型。軸流式壓氣機的形狀及流動特點適于用在多級壓縮系統(tǒng)中。離心式壓氣機相對于多級軸流壓氣機結(jié)構(gòu)簡單，重量體積都較小，并且能在較寬的運行范圍內(nèi)保持較高的效率，在車、船、部分工業(yè)壓氣機和航空壓氣機等領(lǐng)域都有廣泛運用。但是，在傳統(tǒng)的離心壓氣機中，尤其是在小流量工況下，葉片來流攻角增大，使葉片吸力面附面層加厚，在逆壓梯度的作用下發(fā)生流動分離，伴隨較大的流動損失，如果流量進一步減小，分離區(qū)域?qū)⒆兇?，從而?dǎo)致壓氣機的工作狀態(tài)極不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種離心壓氣機，該離心壓氣機通過將葉片進行前掠處理，降低了前緣葉尖處的載荷，從而提高了離心壓氣機小流量工況下的性能。本發(fā)明的另一個目的在于提出一種具有該離心壓氣機的渦輪增壓器。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出了 一種離心壓氣機，包括:蝸殼，所述蝸殼內(nèi)限定出進氣通道、葉輪安裝空間和出氣通道，所述葉輪安裝空間分別與所述進氣通道和所述出氣通道連通，其中所述進氣通道具有進氣口且所述出氣通道具有出氣口 ；以及葉輪，所述葉輪繞著旋轉(zhuǎn)軸可旋轉(zhuǎn)地設(shè)在所述葉輪安裝空間內(nèi)，所述葉輪包括葉輪本體和設(shè)在所述葉輪本體外周面上的多個第一葉片，每個所述第一葉片均具有前緣、前緣葉尖和前緣葉根，所述第一葉片的前緣葉尖與所述進氣口的軸向距離小于所述第一葉片的前緣葉根與所述進氣口的軸向距離。根據(jù)本發(fā)明的離心壓氣機，采用第一葉片前緣前掠設(shè)計方式，從而降低了前緣葉尖處的載荷，提高了第一葉片對攻角的適應(yīng)性，增加了離心壓氣機穩(wěn)定運行的范圍，同時還可以有效抑制前緣葉尖的間隙泄漏，在小流量時具有較高的壓比和效率。另外，根據(jù)本發(fā)明的離心壓氣機，還可以具有如下附加技術(shù)特征:根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一葉片的前緣構(gòu)造成直線形狀。 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一葉片的前緣構(gòu)造成曲線形狀。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述離心壓氣機還包括多個第二葉片，所述多個第二葉片設(shè)在所述葉輪本體的外周面上，所述第二葉片的尺寸小于所述第一葉片的尺寸。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述多個第一葉片與所述多個第二葉片在所述葉輪的周向上交錯分布。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第二葉片具有前緣、前緣葉尖和前緣葉根，所述第二葉片的前緣葉尖與所述進氣口的軸向距離小于所述第二葉片的前緣葉根與所述進氣口的軸向距離。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一葉片和所述第二葉片均具有尾緣，且所述第一葉片的尾緣與所述第二葉片的尾緣平齊。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出了一種渦輪增壓器，該渦輪增壓器為根據(jù)本發(fā)明上述的離心壓氣機。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點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，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實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)明一個實施例的離心壓氣機的局部示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的離心壓氣機的第一葉片與第二葉片的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的離心壓氣機與現(xiàn)有離心壓氣機的壓比對比圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的離心壓氣機與現(xiàn)有離心壓氣機的效率對比圖；圖5是現(xiàn)有技術(shù)中一種離心壓氣機的第一葉片與第二葉片的示意圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”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)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。下面參考圖1-圖5描述根據(jù)本發(fā)明實施例的離心壓氣機100。需要說明的是，在本發(fā)明的描述中，將繞旋轉(zhuǎn)軸3的方向稱為周向，將與旋轉(zhuǎn)軸3平行的方向稱為軸向。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的離心壓氣機100包括蝸殼I和葉輪。其中，如圖1所示，蝸殼I內(nèi)限定出進氣通道11、葉輪安裝空間12和出氣通道13，葉輪安裝空間12分別與進氣通道11和出氣通道13連通，其中進氣通道11具有進氣口 111且出氣通道13就有出氣口(圖未示出)?？梢岳斫獾氖牵仛已為現(xiàn)有技術(shù)，且為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知，因此這里對于蝸殼I的具體結(jié)構(gòu)不作詳細說明。葉輪繞著旋轉(zhuǎn)軸3可旋轉(zhuǎn)地設(shè)在葉輪安裝空間12內(nèi)，葉輪包括葉輪本體23和多個第一葉片21，多個第一葉片21設(shè)在葉輪本體23的外周面上，多個第一葉片21在周向上彼此間隔開且優(yōu)選等間距分布。參照圖1和圖2所示，每個第一葉片21均具有前緣211、前緣葉尖212和前緣葉根213，其中第一葉片21的前緣葉尖212與進氣口 111的軸向距離小于第一葉片21的前緣葉根213與進氣口 111的軸向距離，換言之，第一葉片21采用前掠設(shè)計，即第一葉片21的前緣葉尖212更加靠近進氣口 111。如圖1所示，流體例如空氣可從進氣口 111沿著進風(fēng)方向(圖1中箭頭A方向)進入到進氣通道11內(nèi)。然后在第一葉片21的導(dǎo)流下，經(jīng)過葉輪安裝空間12后進入擴壓器14內(nèi)，然后從擴壓器14流入出氣通道13，最終從出氣口流出蝸殼I。其中，由于第一葉片21采用前掠設(shè)計方式，因此可以降低前緣葉尖212處的載荷，有助于提高離心壓氣機100的工
作效率。根據(jù)本發(fā)明實施例的離心壓氣機100，采用第一葉片21前緣前掠設(shè)計方式，從而降低了前緣葉尖處的載荷，提高了第一葉片21對攻角的適應(yīng)性，增加了離心壓氣機100穩(wěn)定運行的范圍，同時還可以有效抑制前緣葉尖的間隙泄漏，在小流量時具有較高的壓比和效率。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，第一葉片21的前緣211構(gòu)造成直線形狀，換言之，第一葉片21的前緣211構(gòu)造成從前緣葉根213到前緣葉尖212朝向進氣口 111方向傾斜延伸的直線形狀。當(dāng)然，本發(fā)明不限于此，在本發(fā)明的另一個實施例中，第一葉片21的前緣211構(gòu)造成曲線形狀，換言之，第一葉片21的前緣211構(gòu)造成從前緣葉根213到前緣葉尖212朝向進氣口 111方向彎曲延伸的曲線形狀。參照圖1所示，離心壓氣機100還包括多個第二葉片22，該多個第二葉片22設(shè)在葉輪本體23的外周面上，第二葉片22的尺寸小于第一葉片21的尺寸。進一步地，相鄰兩個第一葉片21之間設(shè)置有至少一個第二葉片22。更進一步地，多個第一葉片21與多個第二葉片22在葉輪的周向上交錯分布。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，第二葉片22具有前緣221、前緣葉尖222和前緣葉根223，其中第二葉片22的前緣葉尖221與進氣口 111的軸向距離小于第二葉片22的前緣葉根223與進氣口 111的軸向距離，換言之，第二葉片22采用前掠設(shè)計，即第二葉片22的前緣葉尖222更加靠近進氣口 111。這樣，可以降低第二葉片22的前緣葉尖222處的載荷，進一步提高了離心壓氣機100的工作效率。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，參照圖1所示，第一葉片21和第二葉片22均具有尾緣(214,224),且第一葉片21的尾緣214與第二葉片22的尾緣224平齊。進一步地，第二葉片22的前緣221在軸向上位于第一葉片21的前緣211與第一葉片21的尾緣214之間，例如可位于前緣211與尾緣214的大致中央位置處或者位于從中央向前一點(靠近進氣口 111)的位置。由于氣流容易在第一葉片21的葉背后段分離，因此在此處設(shè)置第二葉片22，可以有效抑制氣流分離，同時可避免因增加全弦長的葉片而引起堵塞流量、效率下降和重量增力口，從而更進一步提高了離心壓氣機100的性能。其中圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的離心壓氣機100的第一葉片21與第二葉片22的示意簡圖，圖2中的箭頭示意性地顯示了二次流方向。如圖2所示，由于壁面處壓力梯度(dp/dn)必須等于零，而在沒有葉片的通道內(nèi)，壓力梯度(dp/dn)也很快降為零，因此采用前掠設(shè)計方式的第一葉片21與第二葉片22的前緣葉尖212、222處的載荷大幅度降低，進而對攻角變化的承受能力增加，同時還能大大減少第一葉片21與第二葉片22的前緣葉尖212、222的間隙泄漏。此外，由于第一葉片21與第二葉片22的前緣葉尖212、222前掠，因此前緣葉尖212、222處高壓區(qū)分布比前緣葉根213、223處高壓區(qū)分布更靠近前緣211、221，低能流體的遷移速度方向如圖2中箭頭方向(也就是二次流方向)，其與圖5現(xiàn)有技術(shù)中低能流體的遷移速度方向相比，有效減少了低能流體在前緣葉尖的堆積，從而使得離心壓氣機100的穩(wěn)
定工作范圍更大，效率更高。圖3和圖4示出了應(yīng)用前掠技術(shù)的某離心壓氣機100與原型離心壓氣機的技術(shù)性能效果對比示意圖，從圖3和圖4中可以看出，采用前掠設(shè)計的離心壓氣在小流量時的壓比和效率有一定幅度的提升，穩(wěn)定工作范圍也進一步提聞。整體而言，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的離心壓氣機，大大提高了葉片對攻角的適應(yīng)能力，并能減少前緣葉尖間隙泄漏損失，達到提高壓氣機小流量工況下的壓比和效率，增加離心壓氣機穩(wěn)定工作范圍。根據(jù)本發(fā)明實施例的渦輪增壓器，包括根據(jù)本發(fā)明上述實施例中描述的離心壓氣機 100?？梢岳斫獾氖?，根據(jù)本發(fā)明實施例的渦輪增壓器的其它構(gòu)成例如渦輪機等均已為現(xiàn)有技術(shù)，且為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知，這里不再詳細說明。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示意性實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實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這些實施例進行多種變化、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
1.一種離心壓氣機，其特征在于，包括: 蝸殼，所述蝸殼內(nèi)限定出進氣通道、葉輪安裝空間和出氣通道，所述葉輪安裝空間分別與所述進氣通道和所述出氣通道連通，其中所述進氣通道具有進氣口且所述出氣通道具有出氣口 ；以及 葉輪，所述葉輪繞著旋轉(zhuǎn)軸可旋轉(zhuǎn)地設(shè)在所述葉輪安裝空間內(nèi)，所述葉輪包括葉輪本體和設(shè)在所述葉輪本體外周面上的多個第一葉片，每個所述第一葉片均具有前緣、前緣葉尖和前緣葉根，所述第一葉片的前緣葉尖與所述進氣口的軸向距離小于所述第一葉片的前緣葉根與所述進氣口的軸向距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心壓氣機，其特征在于，所述第一葉片的前緣構(gòu)造成直線形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心壓氣機，其特征在于，所述第一葉片的前緣構(gòu)造成曲線形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的離心壓氣機，其特征在于，還包括多個第二葉片，所述多個第二葉片設(shè)在所述葉輪本體的外周面上，所述第二葉片的尺寸小于所述第一葉片的尺寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的離心壓氣機，其特征在于，所述多個第一葉片與所述多個第二葉片在所述葉輪的周向上交錯分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的離心壓氣機，其特征在于，所述第二葉片具有前緣、前緣葉尖和前緣葉根，所述第二葉片的前緣葉尖與所述進氣口的軸向距離小于所述第二葉片的前緣葉根與所述進氣口的軸向距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的離心壓氣機，其特征在于，所述第一葉片和所述第二葉片均具有尾緣，且所述第一葉片的尾緣與所述第二葉片的尾緣平齊。
8.一種渦輪增壓器，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的離心壓氣機。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有前掠葉片的離心壓氣機及渦輪增壓器。其中離心壓氣機包括蝸殼，蝸殼內(nèi)限定出進氣通道、葉輪安裝空間和出氣通道，葉輪安裝空間分別與進氣通道和出氣通道連通，其中進氣通道具有進氣口且出氣通道具有出氣口；以及葉輪，葉輪繞著旋轉(zhuǎn)軸可旋轉(zhuǎn)地設(shè)在葉輪安裝空間內(nèi)，葉輪包括葉輪本體和設(shè)在葉輪本體外周面上的多個第一葉片，每個第一葉片均具有前緣、前緣葉尖和前緣葉根，第一葉片的前緣葉尖與進氣口的軸向距離小于第一葉片的前緣葉根與進氣口的軸向距離。本發(fā)明的離心壓氣機通過將葉片進行前掠處理，降低了前緣葉尖處的載荷，從而提高了離心壓氣機小流量工況下的性能。
文檔編號F04D29/28GK103148016SQ20131009534
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者張揚軍, 汪陳芳, 鄭新前, 王增全, 諸葛偉林, 陳瑩杰 申請人:清華大學(xué)