一种离心压气机制造技术

本申请公开了一种离心压气机，包括离心叶轮底部机匣、离心叶轮顶部机匣、离心叶轮主叶片、扩压器底部机匣、扩压器顶部机匣、扩压器主叶片及扩压器分流叶片，扩压器分流叶片用于将相邻两个扩压器主叶片形成的主气流通道一分为二；扩压器底部机匣具有径向面、转弯面及轴向面；扩压器主叶片包括径向扩压段、转弯段及轴向扩压段，径向扩压段与径向面连接，转弯段与转弯面连接，轴向扩压段与轴向面连接；扩压器分流叶片的前缘位于转弯面，后缘位于轴向面。本申请扩压器主叶片采用一体化设计，有效保证气流通道的连续性；在主流通道内部增加扩压器分流叶片，扩压器分流叶片的前缘位于转弯面，保证径向扩压段与轴向扩压段有着较小的损失和良好的扩压度。失和良好的扩压度。失和良好的扩压度。

【技术实现步骤摘要】
一种离心压气机


[0001]本专利技术涉及离心压气机
，具体涉及一种离心压气机。

技术介绍

[0002]现代航空发动机高推重比的要求使得紧凑型高压比离心压气机备受欢迎。对于微小型涡轮燃机来说，由于燃机外型尺寸的限制，离心压气机的轴向及径向尺寸都受到大大制约，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。因此合理设计压气机叶轮及扩压器结构，在整体尺寸不发生大的变化，转速不变的情况下，提高压气机做工能力，提高压气机增压比显的尤为重要。
[0003]离心压气机内的气流流动异常复杂.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。现有离心压气机要么采用扩大径向及轴向尺寸以保证气流有足够的空间来进行流向偏转，要么增加转速提高压缩功而牺牲压气机一定效率值。
[0004]现有小型涡喷发动机压气机多只考虑了离心叶轮通道损失优化，对扩压器的选择多采用传统的串联的径向扩压器和轴向扩压器的组合结构，使得扩压器整体性能较差，这也大大降低了整体压气机的增压比。而且串联分体式扩压器，径向叶片与轴向叶片于扩压通道内前后布置，这种结构使得扩压器整体轴向及径向尺寸较大，使得压气机整体尺寸难以保证，不符合小型涡喷发动机对压气机紧凑高效的要求。
[0005]现有技术中，有一种扩压器，将轴向与径向叶片融合为一列叶片，减小因分体叶片引起的流通尾迹及攻角损失，但轴向段仍然存在巨大的分离损失。
[0006]现有技术中，还有一种扩压器，将径向扩压器叶片做适当延伸至转弯段，并在轴向布置了径向双倍数量的叶片作为轴向主叶片和分流叶片，减少了由于径向复杂流动引起的分离损失，但流动在由径向叶片通道向轴向叶片通道流动过程中仍不连续，存在较大尾迹及攻角损失，也不利于扩压器的变工况性能提升。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对上述问题，克服至少一个不足，提出了一种离心压气机。
[0008]本专利技术采取的技术方案如下：
[0009]一种离心压气机，包括离心叶轮底部机匣、位于离心叶轮底部机匣外侧的离心叶轮顶部机匣、设置在离心叶轮底部机匣上的离心叶轮主叶片、扩压器底部机匣、位于扩压器底部机匣外侧的扩压器顶部机匣以及设置在扩压器底部机匣上的扩压器主叶片，所述离心叶轮底部机匣和离心叶轮顶部机匣形成横截面面积渐缩的压气机入口流道，所述扩压器底部机匣和扩压器顶部机匣形成扩压器流道，所述扩压器流道与所述压气机入口流道连通，还包括设置在扩压器底部机匣上的扩压器分流叶片，扩压器流道内，所述扩压器主叶片和
扩压器分流叶片交替布置并沿周向均匀分布，相邻两个扩压器主叶片之间形成主气流通道，在主气流通道后段，所述扩压器分流叶片将所述主气流通道一分为二，形成两个分流通道；
[0010]所述扩压器底部机匣的外侧壁具有依次连接的径向面、转弯面以及轴向面；
[0011]所述扩压器主叶片包括依次连接的径向扩压段、转弯段以及轴向扩压段，所述径向扩压段与所述径向面连接，所述转弯段与所述转弯面连接，所述轴向扩压段与所述轴向面连接；所述扩压器分流叶片的前缘位于所述转弯面，后缘位于所述轴向面。
[0012]本申请的扩压器主叶片采用一体化设计，将径向扩压段、转弯段和轴向扩压段融合一体，采用一体化融合叶片结构，能够有效保证气流通道的连续性，可以提高扩压器流道的稳流性能，同时减小扩压器轴向和径向尺寸；本申请在主流通道内部增加扩压器分流叶片，扩压器分流叶片的前缘位于转弯面，即处于扩压器主叶片从转弯段开始与扩压器底部机匣渐进行融合形成轴向扩压段的过程区域，这可以进一步保证径向扩压段与轴向扩压段有着较小的损失和良好的扩压度，不会因为局部扩压度过大出现流动分离现象，也不会因为过小而增大摩擦损失。
[0013]本申请中，扩压器底部机匣、扩压器顶部机匣、扩压器主叶片和扩压器主叶片构成扩压器。
[0014]于本专利技术其中一实施例中，还包括设置在离心叶轮底部机匣上的离心叶轮分流叶片，压气机入口流道内，所述离心叶轮主叶片和离心叶轮分流叶片交替布置并沿周向均匀分布，相邻两个离心叶轮主叶片之间形成主进气通道，在进气通道后段，所述离心叶轮分流叶片将所述主进气流通道一分为二，形成两个分进气通道。
[0015]离心叶轮主叶片和离心叶轮分流叶片交替布置，能够有效保证气流在压气机后段的流动连续性，有效抑制压气机入口后段流道内流动分离现象，减小离心叶轮的内流动损失，提高压气机增压特性。
[0016]于本专利技术其中一实施例中，离心叶轮主叶片采用前弯结构，离心叶轮主叶片的顶部型线截面入口位置沿旋转方向偏转设定角度，其他型线截面按照偏转量光滑过渡。
[0017]于本专利技术其中一实施例中，所述扩压器流道具有与所述径向面相对应的径向区域以及与所述轴向面相对应的轴向区域，所述径向区域和轴向区域均为斜面式扩张流道结构。
[0018]为了最大限度提高扩压器扩压能力，以径向段扩压器底部机匣扩张角θ1与轴向段扩压器底部机匣扩张角θ2为优化变量，采用CFD仿真寻找目标扩压器总压恢复系数的最优解，优化径向面外扩角为4.5度，轴向面外扩角2.8度。
[0019]于本专利技术其中一实施例中，所述扩压器主叶片和扩压器分流叶片的截面型线均采用中弧线+厚度分布造型模式；所述扩压器主叶片的中弧线采用三阶贝塞尔曲线拟合，三阶贝塞尔曲线的起始控制点切向角与压气机入口流道出口的绝对气流角相匹配，三阶贝塞尔曲线的最末控制点切向角对应轴向出气；
[0020]扩压器分流叶片的中弧线与扩压器主叶片的中弧线保持一致，扩压器分流叶片的头缘位置位于主气流通道路径的35％～45％的位置；
[0021]扩压器主叶片和扩压器分流叶片的截面厚度分布均采用前加载模式，扩压器主叶片前段型线厚度采用5度楔形角由入口向后延伸，扩压器主叶片型线最大厚度为扩压器流
道进口位置标准节距的0.14
‑
0.18；扩压器分流叶片前段型线厚度采用5度楔形角由入口向后延伸，所述扩压器分流叶片型线最大厚度为扩压器流道进口位置标准节距的0.04
‑
0.06。
[0022]三阶贝塞尔曲线的起始控制点切向角与压气机入口流道出口的绝对气流角相匹配，三阶贝塞尔曲线的最末控制点切向角对应轴向出气，此时三阶贝塞尔曲线中间控制点只剩余两个自由变量，以此自由变量，利用CFD数值分析优化得到目标扩压器总压恢复系数最大时的最优解，由此得到优化的截面型线，拟合的三阶贝塞尔曲线可以保证流动的连续性。
[0023]于本专利技术其中一实施例中，所述扩压器主叶片和扩压器分流叶片的叶片型面采用沿展向的多个截面型线扭转积叠生成；
[0024]所述扩压器主叶片和扩压器分流叶片的截面型线由扩压器底部机匣到叶尖依次包括一个叶底型线、至少一个节圆型线以及一个叶尖型线，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离心压气机，包括离心叶轮底部机匣、位于离心叶轮底部机匣外侧的离心叶轮顶部机匣、设置在离心叶轮底部机匣上的离心叶轮主叶片、扩压器底部机匣、位于扩压器底部机匣外侧的扩压器顶部机匣以及设置在扩压器底部机匣上的扩压器主叶片，所述离心叶轮底部机匣和离心叶轮顶部机匣形成横截面面积渐缩的压气机入口流道，所述扩压器底部机匣和扩压器顶部机匣形成扩压器流道，所述扩压器流道与所述压气机入口流道连通，其特征在于，还包括设置在扩压器底部机匣上的扩压器分流叶片，扩压器流道内，所述扩压器主叶片和扩压器分流叶片交替布置并沿周向均匀分布，相邻两个扩压器主叶片之间形成主气流通道，在主气流通道后段，所述扩压器分流叶片将所述主气流通道一分为二，形成两个分流通道；所述扩压器底部机匣的外侧壁具有依次连接的径向面、转弯面以及轴向面；所述扩压器主叶片包括依次连接的径向扩压段、转弯段以及轴向扩压段，所述径向扩压段与所述径向面连接，所述转弯段与所述转弯面连接，所述轴向扩压段与所述轴向面连接；所述扩压器分流叶片的前缘位于所述转弯面，后缘位于所述轴向面。2.如权利要求1所述的离心压气机，其特征在于，还包括设置在离心叶轮底部机匣上的离心叶轮分流叶片，压气机入口流道内，所述离心叶轮主叶片和离心叶轮分流叶片交替布置并沿周向均匀分布，相邻两个离心叶轮主叶片之间形成主进气通道，在进气通道后段，所述离心叶轮分流叶片将所述主进气流通道一分为二，形成两个分进气通道。3.如权利要求2所述的离心压气机，其特征在于，离心叶轮主叶片采用前弯结构，离心叶轮主叶片的顶部型线截面入口位置沿旋转方向偏转设定角度，其他型线截面按照偏转量光滑过渡。4.如权利要求1所述的离心压气机，其特征在于，所述扩压器流道具有与所述径向面相对应的径向区域以及与所述轴向面相对应的轴向区域，所述径向区域和轴向区域均为斜面式扩张流道结构；所述径向面外扩角为4.5度，所述轴向面外扩角为2.8度。5.如权利要求1所述的离心压气机，其特征在于，所述扩压器主叶片和扩压器分流叶片的截面型线均采用中弧线+厚度分布造型模...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆瑶，曾佑杰，侯森，陈光炯，蒲昌满，王丽威，
申请(专利权)人：杭州华翊科技有限公司，
类型：发明
国别省市：