一種有串列與分流葉片的葉輪與串列葉柵擴壓器的壓氣機的製作方法

2023-12-02 15:04:56

本發明涉及離心式壓氣機技術領域，尤其是一種具有串列葉片與分流葉片的葉輪與串列葉柵擴壓器的離心壓氣機結構。

背景技術：

葉輪機械作為一項國民經濟的支柱產業，它的運行效率決定了其能耗的高低，並且它的穩定性直接影響著整個機組的安全。在離心壓氣機中，離心葉輪和擴壓器是其最重要的組成部件。離心葉輪的作用是通過離心力作用，將旋轉軸的機械能轉換為氣體的壓力能及動能；擴壓器的作用主要是對從離心葉輪出來的高速氣流進行減速，使它的動能轉化為壓力能。離心式壓氣機作為葉輪機械中的高端產品，目前各行業都要求它朝著高壓比、高效率及高穩定性的方向發展，這些要求對於離心式壓氣機的設計帶來了更大的挑戰。

然而，在常規離心式壓氣機中，由於在高馬赫數、高轉速的工況下，易出現氣流分離現象，且葉片需要承受很高的氣動負荷。如此一來，離心式壓氣機的高效率及高穩定性都得不到保證。研究表明，在壓氣機中採用分流葉片和串列葉片結構可以有效改善這種不良狀況。

分流葉片是採用了長短葉片間隔布置的方法，可以減小離心壓氣機進口的衝擊損失，降低葉片厚度對進氣的阻塞，改善壓氣機出口流場，其原理在於：在葉輪葉片通道後半部分加上一個小葉片，局部增加葉柵的稠度，既可抑制氣流分離，又可避免因增加全長葉片引起的堵塞、效率下降和質量增加。20世紀70年代，前蘇聯的研究人員就在離心泵中焊接不同的分流葉片結構，並對其進行研究，添加分流葉片後，泵揚程增加了20％-95％，並且大流量區泵的效率提高12％-18％，此外泵的噪聲、汽蝕等方面也得到了改善。

串列葉柵作為一種氣流折轉角大、總壓損失小、工作範圍大的葉柵設計形式，其原理在於：通過前後排葉片之間形成的縫隙流道來吹除前排葉片的附面層，增加後排葉片附面層的能量，防止或推遲附面層的分離。從上世紀40年代至今，已經有不少國內外學者對其開展了很多的研究工作。在國外，串列式葉柵早已應用於多種航空發動機中軸流式壓氣機的末級，例如法國的阿都斯特，美國的J85、威派爾522、J69，以及用於蘇-27戰鬥機上的A Л-31Φ發動機；也有用作末級 風扇靜子的，例如JT15D、阿杜爾、JT8D以及CFM56。但是，串列葉柵在離心壓氣機中，尤其是擴壓器以及整級壓氣機中的應用研究還較少。

鑑於上述缺陷，本發明創作者經過長時間的研究和實踐終於獲得了本創作。

技術實現要素：

針對背景技術中存在的不足，本發明提供了一種具有串列葉片與分流葉片的葉輪與串列葉柵擴壓器的離心壓氣機結構。

為實現上述目的，本發明提供一種有串列與分流葉片的葉輪與串列葉柵擴壓器的壓氣機，離心葉輪採用分流葉片與串列葉片相結合的結構，同時，擴壓器也採用串列葉柵結構。

進一步地，所述的離心葉輪採用分流葉片的結構，並將其中的長葉片用串列葉片替代，串列葉片中的前排葉片和後排葉片沿固定安裝角排列，並且串列葉片與分流葉片相互交替著沿周向均勻的布置於葉輪輪轂，前排葉片與後排葉片數目相同，並且分流葉片與後排葉片數目相同。

進一步地，所述的擴壓器採用串列葉柵結構，前排葉片和後排葉片沿固定安裝角排列，並且串列葉片沿周向均勻的布置於擴壓器輪轂，前排葉片和後排葉片數目相同。

與現有技術相比本發明的有益效果為：本發明能夠提高離心式壓氣機的性能，即減少附面層厚度，減少葉片厚度以及附面層分離所引起的阻塞效應，擴大流通面積，提高壓氣機效率，擴大喘振裕度，進一步滿足各行業對於離心式壓氣機的高壓比、高效率及高穩定性的設計要求。

本發明的有益效果是：本發明離心葉輪中採用的分流葉片布置方案既可以抑制氣流分離，又可以避免因增加全長葉片引起的堵塞、效率下降和質量增加；在長葉片上應用串列葉片結構可以增大氣流折轉角，防止或推遲附面層的分離，增大喘振裕度。擴壓器中採用的串列葉柵布置方案可以抑制氣流分離，增大葉柵氣動負荷，進一步擴大變工況運行性能，提高離心式壓氣機性能。

本發明相對於常規離心式壓氣機，在葉輪中應用串列葉片和分流葉片，提高了壓氣機整級效率，擴大了喘振裕度；在擴壓器中應用串列葉柵，進一步使之能夠達高壓比、高效率及高穩定性的要求。

附圖說明

圖1為本發明的葉輪和擴壓器的組合結構的立體圖；

圖2為本發明的葉輪和擴壓器的組合結構的正視圖；

圖3為本發明的葉輪和擴壓器的組合結構的左視圖。

圖中，1.葉輪輪轂，2.葉輪前排葉片，3.葉輪後排葉片，4.葉輪分流葉片，5.擴壓器輪轂，6.擴壓器前排葉片，7.擴壓器後排葉片。

具體實施方式

以下結合附圖，對本發明上述的和另外的技術特徵和優點作更詳細的說明。

請參閱圖1所示，其為本發明的葉輪和擴壓器的組合結構的立體圖，在本發明實施例中，離心葉輪採用分流葉片的結構，長葉片和短葉片沿周向交替布置於葉輪輪轂，並將其中的長葉片用串列葉片替代，串列葉片中的前排葉片和後排葉片沿周向均勻的布置於葉輪輪轂；擴壓器採用串列葉柵結構，前排葉片和後排葉片沿周向均勻的布置於擴壓器輪轂，前後兩排葉片數相同。

圖1所示結構包括由葉輪輪轂(1)、葉輪前排葉片(2)、葉輪後排葉片(3)和葉輪分流葉片(4)組成的葉輪，以及由擴壓器輪轂(5)、擴壓器前排葉片(6)和擴壓器後排葉片(7)組成的擴壓器。

離心葉輪的串列葉片結構中，前排葉片(2)和後排葉片(3)沿離心壓氣機的徑向排列，並且與分流葉片(4)相互交替著沿周向均勻的布置於葉輪輪轂，前排葉片(2)與後排葉片(3)數目相同，並且分流葉片(4)與後排葉片(3)數目相同；擴壓器的串列葉片結構中，前排葉片(6)和後排葉片(7)沿固定安裝角排列，並且沿周向均勻的布置於擴壓器輪轂，前排葉片(6)和後排葉片(7)數目相同。

上述詳細說明是針對本發明其中之一可行實施例的具體說明，該實施例並非用以限制本發明的專利範圍，凡未脫離本發明所為的等效實施或變更，均應包含於本發明技術方案的範圍內。