專利名稱：基于變開(kāi)槽位置的離心壓氣機(jī)非對(duì)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。可用于各種用
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(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。因此人們采取了很多方法來(lái)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(duì)稱結(jié)構(gòu)。而當(dāng)壓氣機(jī)處于非設(shè)計(jì)工況時(shí)，由于離心壓氣機(jī)渦殼的軸向 非對(duì)稱性導(dǎo)致了葉輪出口流動(dòng)的周向畸變，從而影響上游的流動(dòng)參數(shù)，導(dǎo)致壓氣機(jī)葉輪及 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)稱性。傳統(tǒng)的軸對(duì)稱處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)無(wú)法考慮壓 氣機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)的非軸對(duì)稱的特點(diǎn)，因此無(wú)法使機(jī)匣處理實(shí)現(xiàn)全周向上的最優(yōu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種基于變開(kāi)槽寬度的離心壓氣機(jī)非對(duì)稱自循環(huán)處理機(jī)匣，以 更大地提高離心式壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍，同時(shí)維持效率基本不變。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下 基于變開(kāi)槽位置的離心壓氣機(jī)非對(duì)稱自循環(huán)處理機(jī)匣，在所述的處理機(jī)匣壁面圓 周方向上開(kāi)自循環(huán)通道，該通道由抽吸環(huán)槽、導(dǎo)流環(huán)槽、回流環(huán)槽和堵塊組成，其特征在于 所述的抽吸環(huán)槽的前端面距壓氣機(jī)葉輪主流葉片前緣的距離&在機(jī)匣圓周方向上的分布 呈非軸對(duì)稱性。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果通過(guò)抽吸環(huán)槽距離主流葉 片前緣的距離Sr在機(jī)匣圓周方向上的非軸對(duì)稱分布，以優(yōu)化處理機(jī)匣在全周向上的擴(kuò)穩(wěn)效 果。試驗(yàn)表明，使用本發(fā)明所提出的基于變開(kāi)槽位置的離心壓氣機(jī)非對(duì)稱自循環(huán)處理機(jī)匣， 相比于圓周方向上開(kāi)槽位置一致的軸對(duì)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(shí)維持效率基本不變。


圖1是自循環(huán)處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)的剖視示意圖。
圖2是自循環(huán)通道示意圖。
圖3是渦殼角度定義示意圖。 圖4是抽吸環(huán)槽相對(duì)于主流葉片前緣位置Sr在圓周方向上的非對(duì)稱分布示意圖。
圖5是某尺寸離心壓氣機(jī)&值在圓周方向上的非對(duì)稱分布。
圖6a和圖6b是采用變開(kāi)槽位置的非軸對(duì)稱處理機(jī)匣與開(kāi)槽位置在圓周方向上一 致的軸對(duì)稱自循環(huán)處理機(jī)匣以及無(wú)機(jī)匣處理的壓氣機(jī)性能對(duì)比曲線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理、結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程作進(jìn)一步的說(shuō)明。
圖1為自循環(huán)處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)的剖視示意圖。 基于變開(kāi)槽位置的離心壓氣機(jī)非對(duì)稱自循環(huán)處理機(jī)匣，在所述的處理機(jī)匣1壁面 圓周方向上開(kāi)自循環(huán)通道，該通道由抽吸環(huán)槽2、導(dǎo)流環(huán)槽3、回流環(huán)槽4和堵塊5組成，所 述的抽吸環(huán)槽2的前端面距壓氣機(jī)葉輪主流葉片前緣6的距離&在機(jī)匣圓周方向上的分 布呈非軸對(duì)稱性。 圖2為自循環(huán)通道示意圖。 自循環(huán)通道的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有①抽吸環(huán)槽2相對(duì)于主流葉片前緣6位置& ;② 抽吸環(huán)槽2寬度br ;③氣體回流引入位置Sf ;④氣體回流引入寬度bf ;⑤旁通高度hb ; 旁 通寬度k。 圖3是渦殼角度定義示意圖。圖中標(biāo)注了渦殼角度0。的位置，以及渦殼初始角度 9位置。 研究表明，抽吸環(huán)槽2前端面距離主流葉片前緣6位置&直接決定了回流壓差和 回流流量，對(duì)擴(kuò)穩(wěn)效果的影響最大。當(dāng)壓氣機(jī)處于非設(shè)計(jì)工況時(shí)，由于離心壓氣機(jī)渦殼的軸 向非對(duì)稱性導(dǎo)致了葉輪出口流動(dòng)的周向畸變，從而影響上游的流動(dòng)參數(shù)，導(dǎo)致壓氣機(jī)葉輪 及無(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)稱性，使得在不同的渦殼角度位置存在不同 的最優(yōu)&值，當(dāng)大于或小于最優(yōu)值時(shí)，擴(kuò)穩(wěn)效果變差。本發(fā)明通過(guò)抽吸環(huán)槽2前端面距離 主流葉片前緣6的距離&在機(jī)匣圓周方向上的非軸對(duì)稱分布，以優(yōu)化自循環(huán)處理機(jī)匣在全 周向上的擴(kuò)穩(wěn)效果。 圖4所示為采用非對(duì)稱自循環(huán)處理機(jī)匣時(shí)，圓周方向上最優(yōu)Sr值分布示意曲線。 圖中所示為在9 9+360°的整個(gè)圓周方向上抽吸環(huán)槽寬度Sr的分布。其中9為初始 角度。 在離心壓氣機(jī)工作過(guò)程中，小流量工況時(shí)，自循環(huán)處理機(jī)匣抽吸環(huán)槽2抽吸對(duì)應(yīng) 位置處葉尖區(qū)域的氣體，經(jīng)導(dǎo)流環(huán)槽3，由回流環(huán)槽4射出。抽吸環(huán)槽2對(duì)該葉尖區(qū)域氣體 的抽吸作用造成葉尖間隙泄漏渦被抽吸環(huán)槽2吸取，泄漏流動(dòng)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(dòng)的相通，實(shí)現(xiàn)了壓氣機(jī)入口的流動(dòng)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(shí)抽吸環(huán)槽2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。這些作用有效地控制了流動(dòng)分 離，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)處理機(jī)匣自循環(huán)通道內(nèi)流體經(jīng)回流環(huán)槽4、導(dǎo)流環(huán)槽3，從 抽吸環(huán)槽2射出?；亓鳝h(huán)槽4使入口周向上流動(dòng)相通，從而使壓氣機(jī)入口流動(dòng)均勻性增加， 削弱了入口激波；抽吸環(huán)槽2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(dòng)力不足，故該處理機(jī)匣對(duì)堵塞邊界的擴(kuò)展沒(méi)有對(duì)失速邊界的擴(kuò)展明顯。
以下為針對(duì)某一具體尺寸的離心壓氣機(jī)，采用本發(fā)明基于變開(kāi)槽位置的離心壓氣 機(jī)非對(duì)稱自循環(huán)處理機(jī)匣以提高穩(wěn)定工作范圍的實(shí)例。
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自循環(huán)通道的結(jié)構(gòu)參數(shù)為br = 4. 8mm， Sf = 15mm，bf = lOmm， hb = 8mm， bb = 13mm，
定義初始角度9 =0° ，根據(jù)數(shù)值仿真得到的主流葉片前緣激波位置確定最優(yōu)Sr分布如圖 5所示。 圖6a和圖6b是采用變開(kāi)槽位置的非對(duì)稱自循環(huán)處理機(jī)匣與開(kāi)槽位置在圓周方向 上一致的軸對(duì)稱自循環(huán)處理機(jī)匣以及無(wú)機(jī)匣處理的壓氣機(jī)性能對(duì)比曲線。與無(wú)機(jī)匣處理壓 氣機(jī)相比，采用軸對(duì)稱自循環(huán)處理機(jī)匣使壓氣機(jī)穩(wěn)定工作范圍提高了 7. 7%，而非軸對(duì)稱自 循環(huán)處理機(jī)匣使壓氣機(jī)穩(wěn)定工作范圍進(jìn)一步提高了 3. 3%。
權(quán)利要求
基于變開(kāi)槽位置的離心壓氣機(jī)非對(duì)稱自循環(huán)處理機(jī)匣，在所述的處理機(jī)匣(1)壁面圓周方向上開(kāi)自循環(huán)通道，該通道由抽吸環(huán)槽(2)、導(dǎo)流環(huán)槽(3)、回流環(huán)槽(4)和堵塊(5)組成，其特征在于所述的抽吸環(huán)槽(2)的前端面距壓氣機(jī)葉輪主流葉片前緣(6)的距離Sr在機(jī)匣圓周方向上的分布呈非軸對(duì)稱性。
全文摘要
基于變開(kāi)槽位置的離心壓氣機(jī)非對(duì)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。主要包括壓氣機(jī)渦殼，在渦殼壁面周向上開(kāi)自循環(huán)通道，由抽吸環(huán)槽、回流環(huán)槽、導(dǎo)流環(huán)槽和堵塊組成，并使抽吸環(huán)槽的前端面距主流葉片前緣的距離在機(jī)匣圓周方向上的分布呈現(xiàn)非軸對(duì)稱性，以優(yōu)化機(jī)匣處理在全周向上的擴(kuò)穩(wěn)效果。采用本發(fā)明所提出的基于變開(kāi)槽位置的離心壓氣機(jī)非對(duì)稱自循環(huán)處理機(jī)匣，相比于圓周方向上開(kāi)槽位置一致的軸對(duì)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(shí)維持效率基本不變。
文檔編號(hào)F04D29/42GK101749279SQ20101011031
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者張揚(yáng)軍, 楊名洋, 林韻, 玉木秀明, 鄭新前, 馬場(chǎng)隆弘 申請(qǐng)人:清華大學(xué);株式會(huì)社Ihi