專利名稱:離心壓氣機(jī)可控型面無葉擴(kuò)壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
離心壓氣機(jī)可控型面無葉擴(kuò)壓器屬于葉輪機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及車用、船用增壓器離心壓氣機(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)械無葉擴(kuò)壓器的改進(jìn)。
離心式壓氣機(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。離心式壓氣機(jī)低流量工況下將在葉輪及擴(kuò)壓器出現(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。
現(xiàn)有離心壓氣機(jī)無葉擴(kuò)壓器通道兩側(cè)采用固定輪盤和輪蓋的形狀，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，能有效的將葉輪出口氣體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能，而不發(fā)生造成較大損失的大尺度分離。但這種固定壁面適合于設(shè)計(jì)流量的無葉擴(kuò)壓器在低流量工況下，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，在壓氣機(jī)的逆壓梯度作用下，氣體回流，壓氣機(jī)發(fā)生喘振現(xiàn)象。當(dāng)離心壓氣機(jī)流量減小時(shí)，擴(kuò)壓器截面積也應(yīng)相應(yīng)減小，以減少分離，提高擴(kuò)壓器效率，擴(kuò)大壓氣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行工況范圍?，F(xiàn)有使用了平移輪蓋以減小低流量時(shí)擴(kuò)壓器通流面積的專利(見公告號(hào)CN1021591A，)，但輪蓋內(nèi)壁面形狀是固定的，壁面僅能作平移移動(dòng)，且可平移擴(kuò)壓器內(nèi)壁在葉輪出口處向輪盤平移較大距離后對(duì)葉輪出口氣流有阻塞作用，會(huì)造成較大的沖擊損失，造成擴(kuò)壓器效率下降。在各流量情況下，擴(kuò)壓器內(nèi)壁面有其最優(yōu)設(shè)計(jì)形狀，若能在各流量條件下擴(kuò)壓器內(nèi)壁面形成最優(yōu)形狀，將最大效能抑制擴(kuò)壓器流動(dòng)分離，有效擴(kuò)展壓氣機(jī)穩(wěn)定工況范圍。經(jīng)檢索，國內(nèi)外公開的文獻(xiàn)中沒有涉及能在各流量條件下擴(kuò)壓器內(nèi)壁面形成最優(yōu)形狀的擴(kuò)壓器的文獻(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于，克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，針對(duì)現(xiàn)有離心壓氣機(jī)無葉擴(kuò)壓器不能根據(jù)流量調(diào)節(jié)擴(kuò)壓器內(nèi)壁面形狀的缺陷，設(shè)計(jì)了離心壓氣機(jī)可控型面無葉擴(kuò)壓器。
本發(fā)明的特征在于，含有壓氣機(jī)轉(zhuǎn)軸(1)、葉輪輪盤(2)、葉片(3)、外壁面擴(kuò)壓器輪蓋(5)、擴(kuò)壓器輪盤(10)及葉輪擋板(12)，其特征在于，在所述外壁面擴(kuò)壓器輪蓋(5)的內(nèi)側(cè)壁上，還裝有一個(gè)撓性環(huán)狀圓盤(9)，所述撓性環(huán)狀圓盤(9)的內(nèi)圓周與所述外壁面擴(kuò)壓器輪蓋(5)的內(nèi)側(cè)壁固定，在所述撓性環(huán)狀圓盤(9)的圓周面上固定有至少兩組徑向分布的圓弧環(huán)片組，每一組圓弧環(huán)片組含有沿周向分布的至少3個(gè)圓弧環(huán)片(8)，每一個(gè)圓弧環(huán)片(8)連接一個(gè)可控型推力機(jī)構(gòu)(16)。
所述可控型推力機(jī)構(gòu)(16)含有固定在外壁面擴(kuò)壓器輪蓋(5)的內(nèi)側(cè)壁上的支撐殼(6)，在所述支撐殼(6)內(nèi)套有一個(gè)中空的一端與所述圓弧環(huán)片(8)固定的挺桿(7)，挺桿(7)可在支撐殼(6)內(nèi)沿軸向自由滑動(dòng)；在所述支撐殼(6)內(nèi)沿軸向還固定有一個(gè)電加熱柱(15)，在所述電加熱柱(15)上套有記憶合金彈簧(14)。
所述撓性環(huán)狀圓盤(9)的材料是合金彈簧鋼。
所述每一組圓弧環(huán)片組含有沿周向均布的6個(gè)圓弧環(huán)片(8)。
所述撓性環(huán)狀圓盤(9)外圓周上有一個(gè)與所述外壁面擴(kuò)壓器輪蓋(5)形成密封結(jié)構(gòu)的密封殼(13)。
試驗(yàn)證明，本發(fā)明所提出的離心壓氣機(jī)可控型面無葉擴(kuò)壓器能夠根據(jù)流量調(diào)節(jié)擴(kuò)壓器內(nèi)壁面的形狀，達(dá)到了預(yù)期的目的。
圖1是本發(fā)明的剖視圖。
圖2是可控推力機(jī)構(gòu)的剖視圖。
圖3是撓性環(huán)狀圓盤上的圓弧環(huán)片的分布示意圖。
具體實(shí)施方式結(jié)合本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
如圖1所示，壓氣機(jī)轉(zhuǎn)軸1、葉輪輪盤2、葉片3、外壁面擴(kuò)壓器輪蓋5、擴(kuò)壓器輪盤10及葉輪擋板12均為現(xiàn)有壓氣機(jī)通用部件，11是無葉擴(kuò)壓器流道。其特點(diǎn)是，在外壁面擴(kuò)壓器輪蓋5的內(nèi)側(cè)壁上，還裝有一個(gè)撓性環(huán)狀圓盤9，撓性環(huán)狀圓盤9的內(nèi)圓周與外壁面擴(kuò)壓器輪蓋5的內(nèi)側(cè)壁相連形成結(jié)合部4，在撓性環(huán)狀圓盤9的圓周面上固定有至少兩組徑向分布的圓弧環(huán)片組，每一組圓弧環(huán)片組含有沿周向分布的至少3個(gè)圓弧環(huán)片8，每一個(gè)圓弧環(huán)片8連接一個(gè)可控推力機(jī)構(gòu)16。該推力機(jī)構(gòu)16可以是由加熱器控制的記憶合金或由微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)的推桿等，裝備該壓氣機(jī)的系統(tǒng)獲取流量傳感器的信息，經(jīng)由電控單元處理后給出具體的位移量，使可控推力機(jī)構(gòu)16根據(jù)位移量推動(dòng)圓弧環(huán)片8，使得撓性環(huán)狀圓盤9產(chǎn)生形變，從而形成不同流量下的優(yōu)化的內(nèi)壁面形狀。圓弧環(huán)片8保證了作用力均勻作用于周向方向，保證了撓性環(huán)狀圓盤9變形周向均勻。
下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)行說明。
見圖1，擴(kuò)壓器輪蓋5內(nèi)側(cè)壁上裝有一個(gè)撓性環(huán)狀圓盤9，撓性環(huán)狀圓盤9可由合金彈簧鋼制成，撓性環(huán)狀圓盤9的內(nèi)圓周部分與外壁面擴(kuò)壓器輪蓋5相連形成結(jié)合部4。圓弧環(huán)片組有兩組，每組6個(gè)圓弧環(huán)片，呈周向均布，固定在撓性環(huán)狀圓盤9上。每一個(gè)圓弧環(huán)片對(duì)應(yīng)一個(gè)可控推力機(jī)構(gòu)16，本實(shí)施例采用加熱器控制的記憶合金為推力源的推力機(jī)構(gòu)。
如圖2所示，可控推力機(jī)構(gòu)16由支撐殼6、記憶合金彈簧14、電加熱柱15和挺桿7組成。支撐殼6固定在擴(kuò)壓器輪蓋5的內(nèi)側(cè)壁上，為空腔結(jié)構(gòu)，挺桿7是中空的柱狀結(jié)構(gòu)，其一端固定在圓弧環(huán)片8上，另一端套在支撐殼6內(nèi)，能夠與支撐殼產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，電加熱柱15沿軸向固定在支撐殼6內(nèi)，通電后會(huì)產(chǎn)生熱量，溫度升高，使套在其上的記憶合金彈簧14延長，推動(dòng)圓弧環(huán)片8，使撓性環(huán)狀圓盤9產(chǎn)生形變，產(chǎn)生的形變量由通電電流大小決定。
撓性環(huán)狀圓盤9外圓周的邊緣有一圈密封殼13，形狀類似于圓柱側(cè)面，主要起防止氣流流到外壁面擴(kuò)壓器5和撓性環(huán)狀圓盤9之間的作用，以避免較大的回流損失。
可控型推力機(jī)構(gòu)的數(shù)量與圓弧環(huán)片相同且是位置是對(duì)應(yīng)的，其組數(shù)與是由擴(kuò)壓器徑向長度決定的。對(duì)于大型壓氣機(jī)，其擴(kuò)壓器徑向長度大，可以安置3組或3組以上推力機(jī)構(gòu)，能夠更好的控制擴(kuò)壓器的型面；對(duì)于中小型壓氣機(jī)，擴(kuò)壓器長度較短，也應(yīng)保留2組位移推力機(jī)構(gòu)。每一組的個(gè)數(shù)與撓性環(huán)狀圓盤的圓周長有關(guān)，可以根據(jù)周長的大小適當(dāng)?shù)脑黾踊驕p少推力機(jī)構(gòu)的個(gè)數(shù)。
在各流量情況下，擴(kuò)壓器內(nèi)壁面均有最優(yōu)型面形狀，可控推力機(jī)構(gòu)16獲取電控單元根據(jù)流量計(jì)算所得的位移，推動(dòng)撓性環(huán)狀圓盤9進(jìn)行相應(yīng)的軸向位移，如圖3所示，撓性環(huán)狀圓盤9在徑向方向有三個(gè)型面形狀控制點(diǎn)，分別是結(jié)合點(diǎn)4和兩組圓弧環(huán)片8，以達(dá)到盡量逼近最優(yōu)型面的效果。在額定流量工況下，挺桿回縮，保證擴(kuò)壓器流通面積足夠大，避免出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象；在小流量工況下，挺桿伸出，擴(kuò)壓器壁面型面呈現(xiàn)收縮的流道，且型面逼近最優(yōu)型面形狀，避免擴(kuò)壓器內(nèi)部流動(dòng)分離，提高了擴(kuò)壓器效率，擴(kuò)展了壓氣機(jī)工況范圍，提高了失速裕度。
權(quán)利要求
1.離心壓氣機(jī)可控型面無葉擴(kuò)壓器，含有壓氣機(jī)轉(zhuǎn)軸(1)、葉輪輪盤(2)、葉片(3)、外壁面擴(kuò)壓器輪蓋(5)、擴(kuò)壓器輪盤(10)及葉輪擋板(12)，其特征在于，在所述外壁面擴(kuò)壓器輪蓋(5)的內(nèi)側(cè)壁上，還裝有一個(gè)撓性環(huán)狀圓盤(9)，所述撓性環(huán)狀圓盤(9)的內(nèi)圓周與所述外壁面擴(kuò)壓器輪蓋(5)的內(nèi)側(cè)壁固定，在所述撓性環(huán)狀圓盤(9)的圓周面上固定有至少兩組徑向分布的圓弧環(huán)片組，每一組圓弧環(huán)片組含有沿周向分布的至少3個(gè)圓弧環(huán)片(8)，每一個(gè)圓弧環(huán)片(8)連接一個(gè)可控型推力機(jī)構(gòu)(16)。
2.如權(quán)利要求
1所述的離心壓氣機(jī)可控型面無葉擴(kuò)壓器，其特征在于，所述可控型推力機(jī)構(gòu)(16)含有固定在外壁面擴(kuò)壓器輪蓋(5)的內(nèi)側(cè)壁上的支撐殼(6)，在所述支撐殼(6)內(nèi)套有一個(gè)中空的一端與所述圓弧環(huán)片(8)固定的挺桿(7)，挺桿(7)可在支撐殼(6)內(nèi)沿軸向自由滑動(dòng)；在所述支撐殼(6)內(nèi)沿軸向還固定有一個(gè)電加熱柱(15)，在所述電加熱柱(15)上套有記憶合金彈簧(14)。
3.如權(quán)利要求
1所述的心壓氣機(jī)可控型面無葉擴(kuò)壓器，其特征在于，所述撓性環(huán)狀圓盤(9)的材料是合金彈簧鋼。
4.如權(quán)利要求
1所述的心壓氣機(jī)可控型面無葉擴(kuò)壓器，其特征在于，所述每一組圓弧環(huán)片組含有沿周向均布的6個(gè)圓弧環(huán)片(8)。
5.如權(quán)利要求
1所述的離心壓氣機(jī)可控型面無葉擴(kuò)壓器，其特征在于，所述撓性環(huán)狀圓盤(9)外圓周上有一個(gè)與所述外壁面擴(kuò)壓器輪蓋(5)形成密封結(jié)構(gòu)的密封殼(13)。
專利摘要
離心壓氣機(jī)可控型面無葉擴(kuò)壓器屬于葉輪機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域：
。其特征在于含有壓氣機(jī)轉(zhuǎn)軸、葉輪輪盤、葉片、外壁面擴(kuò)壓器輪蓋、擴(kuò)壓器輪盤及葉輪擋板，其特征在于，在所述外壁面擴(kuò)壓器輪蓋的內(nèi)側(cè)壁上，還裝有一個(gè)撓性環(huán)狀圓盤，所述撓性環(huán)狀圓盤的內(nèi)圓周與所述外壁面擴(kuò)壓器輪蓋的內(nèi)側(cè)壁固定，在所述撓性環(huán)狀圓盤的圓周面上固定有至少兩組徑向分布的圓弧環(huán)片組，每一組圓弧環(huán)片組含有沿周向分布的至少3個(gè)圓弧環(huán)片，每一個(gè)圓弧環(huán)片連接一個(gè)可控型推力機(jī)構(gòu)。本發(fā)明能夠在不同流量工況下，收縮或擴(kuò)張的流道，且型面逼近最優(yōu)型面形狀，避免擴(kuò)壓器內(nèi)部流動(dòng)分離，提高了擴(kuò)壓器效率，擴(kuò)展了壓氣機(jī)工況范圍，提高了失速裕度。
文檔編號(hào)F04D29/46GK1995762SQ200610169820
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2006年12月29日
發(fā)明者郭宮達(dá), 張揚(yáng)軍, 鄭新前, 徐建中, 諸葛偉林 申請(qǐng)人:清華大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan