离心压气机及其设计方法技术

本发明专利技术提供了一种离心压气机及其设计方法。离心压气机包括用于形成气流通道以使气流通过并利用离心力对气流做功的前排离心叶轮、处于前排离心叶轮的气流出口用于形成气流通道以使气流通过并利用离心力对气流做功的后排离心叶轮以及处于后排离心叶轮的气流出口用于对气流减速扩压并使气流由径向转为轴向的轴向扩压器，后排离心叶轮的旋转方向与前排离心叶轮的旋转方向相反，以使前排离心叶轮为后排离心叶轮提供反预旋。本发明专利技术的离心压气机在保持轴向尺寸基本不变的条件下，采用后排离心叶轮代替常规的径向扩压器，充分利用离心力及反预旋做功能力强的双重优势，实现在紧凑结构的条件下大幅提升离心压气机总压比的目标。

【技术实现步骤摘要】
离心压气机及其设计方法
本专利技术涉及离心压气机
，特别地，涉及一种离心压气机。此外，本专利技术还涉及一种离心压气机设计方法。
技术介绍
现有的离心压气机为进一步提高总压比，一方面可以提高离心叶轮出口的切线速度，但受到材料的限制，切线速度不能无限度提高，总压比提升潜力有限，此外，高切线速度对离心压气机的结构强度和寿命不利。另一方面，可采用多级离心压气机，但气体压缩流道行程更长且流道间存在大曲率的转弯，流动损失严重，不利于离心压气机效率提高，还会造成离心压气机的轴向尺寸更长、重量更大。
技术实现思路
本专利技术提供了一种离心压气机及其设计方法，以解决现有的离心压气机无法进一步提高总压比的问题。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术一方面提供了一种离心压气机，包括用于形成气流通道以使气流通过并利用离心力对气流做功的前排离心叶轮、处于前排离心叶轮的气流出口用于形成气流通道以使气流通过并利用离心力对气流做功的后排离心叶轮以及处于后排离心叶轮的气流出口用于对气流减速扩压并使气流由径向转为轴向的轴向扩压器，后排离心叶轮的旋转方向与前排离心叶轮的旋转方向相反，以使前排离心叶轮为后排离心叶轮提供反预旋。进一步地，后排离心叶轮的转速小于前排离心叶轮的转速。进一步地，后排离心叶轮采用闭式叶轮。进一步地，前排离心叶轮的叶片采用多重分流叶片。进一步地，前排离心叶轮的叶片后弯角为-35度至-40度，后排离心叶轮的叶片后弯角为-25度至-35度。本专利技术另一方面提供了一种离心压气机设计方法，包括以下步骤：a、零维参数分析：确定前排离心叶轮和后排离心叶轮的比转速、流量系数和负荷系数；b、一维参数计算：根据离心压气机基本原理得到前排离心叶轮和后排离心叶轮的气动参数和几何参数；c、三维造型设计：根据零维参数分析和一维参数计算得到的前排离心叶轮和后排离心叶轮的气动参数和几何参数，进行三维造型设计。进一步地，步骤a中的零维参数分析具体包括以下步骤：根据常规离心压气机设计方法，尝试给出前排离心叶轮的压比和效率，由离心压气机的设计总压比和设计效率，得到后排离心叶轮的压比和效率；根据离心压气机的设计换算流量以及前排离心叶轮的效率，得到后排离心叶轮的换算流量；预估前排离心叶轮和后排离心叶轮的负荷系数，由前排离心叶轮和后排离心叶轮的换算流量和负荷系数得到前排离心叶轮和后排离心叶轮的流量系数；根据前排离心叶轮和后排离心叶轮的压比、换算流量以及负荷系数得到前排离心叶轮和后排离心叶轮的比转速；分析前排离心叶轮和后排离心叶轮的比转速、流量系数以及负荷系数是否合理，若不合理则重新给出前排离心叶轮和后排离心叶轮的压比和效率，直至前排离心叶轮和后排离心叶轮的比转速、流量系数以及负荷系数处于合理范围内。进一步地，前排离心叶轮的比转速为0.5～1.0；后排离心叶轮的比转速为0.4～0.65。进一步地，前排离心叶轮的流量系数为0.04～0.07；后排离心叶轮的流量系数为0.02～0.05。进一步地，前排离心叶轮的负荷系数为0.45～0.64；后排离心叶轮的负荷系数为0.45～0.64。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的离心压气机，包括前排离心叶轮、后排离心叶轮以及轴向扩压器。前排离心叶轮和后排离心叶轮共同形成气流通道以便气流通过，前排离心叶轮旋转产生离心力对气流做功以提高气流的压力，后排离心叶轮旋转产生离心力对气流做功以进一步提高气流的压力。气流通过气流通道进入轴向扩压器后，轴向扩压器可以降低气流的流速，进一步提高气流的压力，同时使气流由径向转为轴向，以便气流进入回流燃烧室内。后排离心叶轮的旋转方向与前排离心叶轮的旋转方向相反，使前排离心叶轮为后排离心叶轮提供反预旋。利用前排离心叶轮为后排离心叶轮提供足够的反预旋，增加做功能力，最后通过轴向扩压器对气流进一步扩压和整流，显著提高离心压气机的总压比。本专利技术的离心压气机在保持轴向尺寸基本不变的条件下，采用后排离心叶轮代替常规的径向扩压器，充分利用离心力及反预旋做功能力强的双重优势，实现在紧凑结构的条件下大幅提升离心压气机总压比的目标。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术优选实施例的离心压气机的示意图之一；图2是本专利技术优选实施例的离心压气机的示意图之二；图3是本专利技术优选实施例的离心压气机的示意图之三；图4是本专利技术优选实施例的离心压气机的示意图之四；图5是本专利技术优选实施例的前掠结构的示意图；图6是本专利技术优选实施例的后排离心叶轮出口速度三角形的示意图；图7是本专利技术优选实施例的后排离心叶轮进口速度三角形的示意图；图8是本专利技术优选实施例的前排离心叶轮出口速度三角形的示意图；图9是本专利技术优选实施例的燃气涡轮发动机的示意图；图10是本专利技术优选实施例的减速器的示意图；图11是本专利技术优选实施例的离心压气机设计方法的流程示意图；图12是本专利技术优选实施例的离心压气机的流量压比曲线图；图13是本专利技术优选实施例的离心压气机的流量效率曲线图。附图标记说明：1、前排离心叶轮；2、后排离心叶轮；21、前掠结构；3、轴向扩压器；4、减速器；5、回流燃烧室；6、涡轮导向器；7、涡轮转子。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。图1是本专利技术优选实施例的离心压气机的示意图之一；图2是本专利技术优选实施例的离心压气机的示意图之二；图3是本专利技术优选实施例的离心压气机的示意图之三；图4是本专利技术优选实施例的离心压气机的示意图之四；图5是本专利技术优选实施例的前掠结构的示意图；图6是本专利技术优选实施例的后排离心叶轮出口速度三角形的示意图；图7是本专利技术优选实施例的后排离心叶轮进口速度三角形的示意图；图8是本专利技术优选实施例的前排离心叶轮出口速度三角形的示意图；图9是本专利技术优选实施例的燃气涡轮发动机的示意图；图10是本专利技术优选实施例的减速器的示意图；图11是本专利技术优选实施例的离心压气机设计方法的流程示意图；图12是本专利技术优选实施例的离心压气机的流量压比曲线图；图13是本专利技术优选实施例的离心压气机的流量效率曲线图。如图1、图2、图3和图4所示，本实施例的离心压气机，包括用于形成气流通道以使气流通过并利用离心力对气流做功的前排离心叶轮1、处于前排离心叶轮1的气流出口用于形成气流通道以使气流通过并利用离心力对气流做功的后排离心叶轮2以及处于后排离心叶轮2的气流出口用于对气流减速扩压并使气流由径向转为轴向的轴向扩压器3，后排离心叶轮2的旋转方向与前排离心叶轮1的旋转方向相反，以使前排离心叶轮1为后排离心叶轮2提供反预旋。本专利技术的离心压气机，包括前排离心叶轮1、后排离心叶轮2以及轴向扩压器3。前排离心叶轮1和后排离心叶轮2共同形成气流通道以便气流通过，前排离心叶轮1旋转产生离心力对气流做功以提高气流的压力，后排离心叶轮2旋转产生离心力对气流做功以进一步提高气流的压力。气流通过气流通道进入轴向扩压器3后，轴向扩压器3可以降低气流的流速，进一步提高气流的压力，同时使气流由径向转为轴向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离心压气机，其特征在于，包括用于形成气流通道以使气流通过并利用离心力对气流做功的前排离心叶轮(1)、处于所述前排离心叶轮(1)的气流出口用于形成气流通道以使气流通过并利用离心力对气流做功的后排离心叶轮(2)以及处于所述后排离心叶轮(2)的气流出口用于对气流减速扩压并使气流由径向转为轴向的轴向扩压器(3)，所述后排离心叶轮(2)的旋转方向与所述前排离心叶轮(1)的旋转方向相反，以使所述前排离心叶轮(1)为所述后排离心叶轮(2)提供反预旋。

【技术特征摘要】
1.一种离心压气机，其特征在于，包括用于形成气流通道以使气流通过并利用离心力对气流做功的前排离心叶轮(1)、处于所述前排离心叶轮(1)的气流出口用于形成气流通道以使气流通过并利用离心力对气流做功的后排离心叶轮(2)以及处于所述后排离心叶轮(2)的气流出口用于对气流减速扩压并使气流由径向转为轴向的轴向扩压器(3)，所述后排离心叶轮(2)的旋转方向与所述前排离心叶轮(1)的旋转方向相反，以使所述前排离心叶轮(1)为所述后排离心叶轮(2)提供反预旋。2.根据权利要求1所述的离心压气机，其特征在于，所述后排离心叶轮(2)的转速小于所述前排离心叶轮(1)的转速。3.根据权利要求2所述的离心压气机，其特征在于，所述后排离心叶轮(2)采用闭式叶轮。4.根据权利要求1所述的离心压气机，其特征在于，所述前排离心叶轮(1)的叶片采用多重分流叶片。5.根据权利要求1所述的离心压气机，其特征在于，所述前排离心叶轮(1)的叶片后弯角为-35度至-40度，所述后排离心叶轮(2)的叶片后弯角为-25度至-35度。6.一种离心压气机设计方法，其特征在于，包括以下步骤：a、零维参数分析：确定前排离心叶轮(1)和后排离心叶轮(2)的比转速、流量系数和负荷系数；b、一维参数计算：根据离心压气机基本原理得到前排离心叶轮(1)和后排离心叶轮(2)的气动参数和几何参数；c、三维造型设计：根据零维参数分析和一维参数计算得到的前排离心叶轮(1)和后排离心叶轮(2)的气动参数和几何参数，进行三维造型设计。7.根据权利要求6所述的离心压气机...

【专利技术属性】
技术研发人员：金海良，谢建，陈璇，银越千，邹学奇，温泉，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：湖南,43