一种用于微型燃机的离心压气机制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种用于微型燃机的离心压气机，包括离心叶轮、轮毂，轮毂里开设通透的轮盘轴孔，离心叶轮沿周向均匀分布并固定在轮毂上，轮毂与离心叶轮共同形成气流通道，气流由轴向流入、径向流出，延展向形成减速扩压流道，离心叶轮在不同相对叶高处呈现带有不同扭角的翼型，离心叶轮出口后接无叶扩压段。本发明专利技术离心叶轮通过在不同回转面上采用不同扭角的翼型设计，大大减少气流在吸力面侧的分离，降低流动损失；叶轮厚度大大减小，降低离心叶轮重量，减小离心压气机本身由于机械传动而耗散能量。无叶扩压段进口采用缩颈设计，使叶轮出口处靠近叶顶位置的涡被抑制，减弱了离心叶轮出口非定常特性，拓宽了离心压气机流量工作范围。

A centrifugal compressor for micro gas turbine

【技术实现步骤摘要】
一种用于微型燃机的离心压气机
本专利技术涉及的是一种微型燃机，具体地说是微型燃机的离心压气机。
技术介绍
21世纪，微型燃机作为一种先进的动力装置，将对人们的工作、生活和学习产生重大影响。特别的，离心压气机作为微型燃机系统的重要部件之一，它的主要作用是提供高压空气进入燃烧室与燃料混合并燃烧，进而使具有高温高压的燃气进入涡轮并推动叶片膨胀做功，完成一个完整的微型燃机工作循环。而作为微型燃机的进口部件，离心压气机承担着重要作用。由于离心压气机主要通过离心力对气体工质做功，增大离心压气机内外径的差值与提高离心压气机转速是提高离心压气机做功能力的两种主要方式。而针对微型燃机来说，由于燃机外型尺寸的限制，微型燃机离心压气机的出口外径相比于传统离心压气机要大大减小。所以，用于微型燃机的离心压气机一般都通过不断提高旋转速度增强压气机做功能力，因此，由于高速旋转工作条件下对轴系刚性以及挠度的要求更为严苛，微型燃机中离心压气机的内径尺寸也不能过小，受到制约。另外，在高转速下的叶轮机械中，除材料强度外，微型离心压气机的气动非定常性也不断增强。在微型燃机的离心压气机工作时，气流工质在叶轮通道中沿轴向与径向均发生偏转，在叶轮叶背、叶顶、角区均会产生非常明显的二次流效应，在叶轮出口产生“尾迹-射流”效应，这些非定常扰动会极大地耗散掉叶轮对气流工质施加的有用功，降低压气机工作效率，减小压气机工作范围。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供保证压比的同时，实现减小叶片气动载荷、降低压气机流动损失、提高工作效率的一种用于微型燃机的离心压气机。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术一种用于微型燃机的离心压气机，其特征是：包括离心叶轮、轮毂、无叶扩压段，轮毂里开设通透的轮盘轴孔，离心叶轮沿周向均匀分布并固定在轮毂上，轮毂与离心叶轮共同形成气流通道，气流由轴向流入、径向流出，延展向形成减速扩压流道，离心叶轮在不同相对叶高处呈现带有不同扭角的翼型，离心叶轮出口后接无叶扩压段。本专利技术还可以包括：1、离心叶轮沿叶根至叶顶方向叶片厚由逐渐降低。2、轮毂面在子午方向上进行不同曲率设计，在进口处的曲率大于中间段的曲率。3、无叶扩压段进口采用缩颈设计，无叶扩压段缩颈比例为0.8，即无叶扩压段缩颈宽度为叶轮出口叶片宽度的0.8倍，缩颈段长度为离心叶轮出口半径1.1倍。4、无叶扩压段出口半径为离心叶轮出口半径的1.4倍。本专利技术的优势在于：本专利技术首先针对微型燃机的尺寸限制和工作要求，提供了一款能够提供高压比高效率的离心叶轮。离心叶轮通过在不同回转面上采用不同扭角的翼型设计，大大减少气流在吸力面侧的分离，降低流动损失；轮毂面在不同位置处采用不同曲率设计以减小叶轮角区端壁二次流，同时优化叶轮气动载荷分布，增强压气机运行稳定性。叶轮厚度大大减小，降低离心叶轮重量，减小离心压气机本身由于机械传动而耗散能量。轮毂与叶轮一体成型，保证了叶轮在旋转过程中的强度和刚性要求。基于上述离心叶轮，在叶轮径向出口后接无叶扩压段，无叶扩压段进口采用缩颈设计，使叶轮出口处靠近叶顶位置的涡被抑制，减弱了离心叶轮出口非定常特性，拓宽了离心压气机流量工作范围。由离心叶轮、轮毂、机匣以及无叶扩压段共同组合形成适用于微型燃机的具有良好气动性能的离心压气机。附图说明图1是离心叶轮在不同回转面内即不同相对叶高处叶型型线示意图；图2是离心叶轮与轮毂一体成型的结构示意图；图3是离心叶轮与轮毂一体成型的正视图；图4是离心压气机子午面结构示意图。具体实施方式下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述：结合图1-4，本专利技术一种用于微型燃机的离心压气机包括离心叶轮1、轮毂2、无叶扩压段4，离心叶轮1沿周向均匀分布，与轮毂2一体成型。轮毂2与叶轮1共同形成气流通道，气流由轴向流入、径向流出，延展向形成减速扩压流道。叶轮1主要通过离心力对气流做功，在不同相对叶高处呈现带有不同扭角的翼型。基于上述离心叶轮1匹配机匣以及叶轮出口后接无叶扩压段4，形成离心压气机。离心叶轮1进口角沿叶根至叶顶为-36度至-58度。离心叶轮1出口后弯角为-32度。离心叶轮1进口处叶片厚度分布沿叶顶至叶根为1毫米至2毫米。离心叶轮1出口处叶片厚度分布沿叶顶至叶根为1.25毫米至2.5毫米。离心叶轮1沿周向均布12个，并与轮毂2形成12个气流通道，气流沿轴向进入，径向离开。轮毂2进口半径为17.8毫米。轮毂2出口半径为81毫米。轮毂2面由轴向开始弯曲延伸至径向结束，并与叶轮一体成型。离心叶轮1与轮毂2采用五轴数控加工中心精铣工艺制造。在上述离心叶轮1出口后接无叶扩压段4。无叶扩压段4采用缩颈设计，入口宽度为离心叶轮1出口宽度的0.8倍。无叶扩压段4缩颈长度为也叶轮1出口半径的1.1倍。无叶扩压段4出口半径为叶轮1出口半径的1.4倍。机匣与叶轮1叶顶处子午型线保持一致，间距为0.2mm。离心叶轮1弯扭方向首先由轴向转到径向，并且在不同回转面内，即不同叶高处，叶片二维截面呈现带有不同扭角的翼型型线。这使得在不同回转面内，叶片二维截面翼型的设计使气流工质尽量紧贴叶片表面流动，避免在叶片吸力面一侧因压气机逆压梯度流动而过早发生附面层分离，大大降低叶型流动损失。如图1所示，沿叶根至叶顶方向叶片厚由逐渐降低，相比于传统微型燃机的离心压气机叶片厚度大大降低，进而降低了离心叶轮总重量，减小离心压气机本身自重耗散掉的功。如图2、3所示，离心叶轮1沿周向均匀分布12组，并与轮毂2面一体成型，等分为12个减速扩压的气流流道。气流工质由轴向进入，径向流出。离心叶轮1主要通过离心力对气流做功。轮毂2面如图2、4所示，轮毂2面在子午方向上进行不同曲率设计，在进口处曲率较大，中间段曲率稍有减小，目的一方面为使气流工质在叶轮1端壁处避免产生角区分离、端壁附面层迁移等二次流损失，提升压气机工作效率；另一方面为改善叶轮1内气流流动速度，改善叶轮1气动载荷，增强离心叶轮1工作稳定性，延长叶轮1工作寿命。如图4所示，在离心叶轮1出口后接无叶扩压段4，无叶扩压段4进口采用缩颈设计。无叶扩压段4缩颈比例为0.8，即无叶扩压段4缩颈宽度为叶轮1出口叶片宽度的0.8倍，缩颈段长度为叶轮1出口半径1.1倍。叶轮1出口后的缩颈设计是为了使叶轮1出口由于速度梯度而产生的涡流得到抑制，减少叶轮1出口非定常特性，进而提升离心压气机工作裕度。无叶扩压段4出口半径为叶轮1出口半径的1.4倍，从而使得从叶轮1出口流出的气体工质充分混合和进一步减速扩压，然后再进入燃烧室进行工作，使后续燃烧工作能更充分的进行。本专利技术离心叶轮1与轮毂2可直接采用五轴数控加工中心精铣工艺制造，两者一体成型，结构简单，加工和工程应用较为方便。综上，本专利技术针对微型燃机的尺寸限制和工作要求，提供了一款能够提供高压比高效率的离心叶轮。离心叶轮通过在不同回转面上采用不同扭角的翼型设计，大大减少气流在吸力面侧的分离，降低流动损失；轮毂面在不同位置处采用不同曲率设计以减小叶轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于微型燃机的离心压气机，其特征是：包括离心叶轮、轮毂、无叶扩压段，轮毂里开设通透的轮盘轴孔，离心叶轮沿周向均匀分布并固定在轮毂上，轮毂与离心叶轮共同形成气流通道，气流由轴向流入、径向流出，延展向形成减速扩压流道，离心叶轮在不同相对叶高处呈现带有不同扭角的翼型，离心叶轮出口后接无叶扩压段。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于微型燃机的离心压气机，其特征是：包括离心叶轮、轮毂、无叶扩压段，轮毂里开设通透的轮盘轴孔，离心叶轮沿周向均匀分布并固定在轮毂上，轮毂与离心叶轮共同形成气流通道，气流由轴向流入、径向流出，延展向形成减速扩压流道，离心叶轮在不同相对叶高处呈现带有不同扭角的翼型，离心叶轮出口后接无叶扩压段。


2.根据权利要求1所述的一种用于微型燃机的离心压气机，其特征是：离心叶轮沿叶根至叶顶方向叶片厚由逐渐降低。


3.根据权利要求1或2所述的一种用于微型燃机的离心压气机，其特征是：轮毂面在子午方向上进行不同曲率设计，在进口处的曲率大于中间段的曲率。


4.根据权利要求1或2所述的一种用于微型燃机的离心压气机，其特征是：无叶扩压段进口采用缩颈设计，无叶扩压段缩颈比例为0.8，即无叶扩压段缩颈宽度为叶轮出口叶片宽度的0.8倍，缩颈段长度为离心...

【专利技术属性】
技术研发人员：王忠义，曲锋，万雷，王艳华，王萌，王松，栾一刚，孙涛，孙海鸥，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23