【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于小型燃气轮机，涉及一种高压比离心压气机新型管式扩压器的几何造型的设计方法。
技术介绍
1、离心压气机因其结构简单、体积小、单级压比高等特点，被广泛应用于各种微小型燃气轮机和航空发动机装备中。随着节能降耗(陆用燃机)和高推重比(航空发动机)的发展需求，离心压气机朝着高压比及高效率方向发展。高压比离心叶轮出口气流速度高(跨声速或超声速)且流动不均匀，这些因素给后续静子部件设计带来了极大挑战。管式扩压器特殊的燕尾型前缘形状能够较好地适应离心叶轮出口超/跨声速不均匀气流，是解决高压比离心压气机扩压器设计难题的有效手段。
2、常规管式扩压器的径向通道是由一组沿周向均匀排列的钻孔构成，其中心线均与同一圆相切，相邻的径向通道在管式扩压器入口处相贯，形成类椭圆形的周期边界，并构成燕尾型前缘。这种形式的前缘虽然能够更好地适应超音速和非对称来流，性能优异。然而，影响管式扩压器的几何参数较多，并且各个参数之间相互影响。在常规管式扩压器中，气流在经过喉部之后会经由一锥管直接扩张到出口，因此在管式扩压器进出口位置确定的情况下，喉部长度和扩张角是固定不变的，如果增加喉部长度，则扩张角必定会加大，反之亦然。目前常规管式扩压器的设计方法不能灵活调节几何参数，无法有效的改善内部流场的流动情况。
3、常规管式扩压器的结构组成为：自叶轮出口至燕尾型前缘之前，称为管式扩压器的无叶区；燕尾型前缘对应的两通道相贯部分，称为半无叶区；之后气流经过伪无叶区进入管式扩压器喉部；最后流入扩压段。
4、基于上述问题，本专利技术提供一
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中所涉及到的缺陷，提供一种离心压气机新型管式扩压器设计造型方法，利用较少的设计参数达到控制扩压器内气流流动的效果，能够适应不同转子的出口流场，并且针对扩压器进行参数化建模，便于后续进行参数化优化。
2、本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
3、一种离心压气机管式扩压器几何造型的设计方法，所述的设计方法中：
4、所述的离心压气机由一级叶轮ⅰ与一级管式扩压器ⅱ构成，根据叶轮出口参数来设计管式扩压器，所述的叶轮出口参数包含叶轮出口半径r1，叶轮出口宽度b1以及叶轮出口气流角α1。
5、所设计的管式扩压器的结构为：由数量可以变化的扩压管p组合而成，所述的扩压管p结构相同，每个扩压管p均包括燕尾型前缘le、喉道g、第一扩压段p1、第二扩压段p2，相邻扩压管p在进口处相贯形成燕尾型前缘le，能够大大降低流动损失。气体由扩压器圆环状进口a1进入管式扩压器整体，经过等截面的喉道g分割后，流向扩压管p不同的扩压段p1、p2，气体依次在第一扩压段p1、第二扩压段p2内经过扩压后由管式扩压器出口流出；管式扩压器出口设置为开放出口，可根据需要连接的回流管等部件进行自由调节。
6、所述的设计方法的步骤为：首先，根据叶轮出口半径r1以及管式扩压器尺寸要求确定管式扩压器进出口位置，即确定管式扩压器中心线的公切圆半径r2与管式扩压器出口圆半径r3。其次，对管式扩压器的喉部入口几何角进行解算，根据叶轮出口气流角与管式扩压器中心线公切圆半径r2，确定管式扩压器的喉部直径dg与管数z。最后，设计管式扩压器的扩压段结构，其由两部分组成，包括第一扩压段p1、第二扩压段p2，其中，第二扩压段p2为主扩压段，形成前半部分较快扩张的扩压管结构，利用管内静压恢复主要发生在管式扩压器前半段的性质，达到更好的扩压效果。具体包括以下步骤：
7、步骤1)，做垂直于半径r2方向的扩压器中心线(l)，起点位于中心线公切圆(c2)圆边上任意位置，终点截止于扩压器出口圆(c3)圆边上。具体如下：
8、步骤1.1)，根据叶轮出口圆(c1)半径r1确定管式扩压器中心线(l)的公切圆的半径r2，其中r2大于r1，具体比例根据经验给出；
9、步骤1.2)，管式扩压器中心线(l)指扩压管(p)内部沿气流流动方向各截面中心点所连成的一条直线；
10、步骤1.3)，根据实际应用场景要求确定管式扩压器出口圆半径r3；
11、步骤1.4)，根据叶轮出口宽度b1确定管式扩压器进口宽度b2，令b2与b1相等；
12、步骤1.5)，根据叶轮出口气流角α1，管式扩压器中心线的公切圆半径r2及管式扩压器进口宽度b2，确定管数z，具体确定方法如下述公式。
13、
14、步骤2)，做等截面的喉部(g)及喉部上游的通道，具体如下：
15、步骤2.1)，根据扩压器进口宽度b2确定喉部直径dg，其中dg小于b2，具体比例根据经验给出；根据喉部直径dg确定喉部长度lg，其中lg小于dg，具体比例根据经验给出；
16、步骤2.2)，喉部截面(a2)整体为类椭圆形，与扩压器中心线(l)垂直；类椭圆形截面由对称布置的两个相同半圆以及连接两个半圆末端的两条长度相同的线段组成。半圆的直径为喉部直径dg,线段的长度等于扩压器进口宽度b2减去喉部直径dg；
17、步骤2.3)，将喉部截面沿扩压器中心线(l)方向向外拉伸，拉伸长度为l1，得到喉部(g)及喉部上游的通道。
18、步骤3)，紧接喉部(g)末端做位于喉部下游的第一扩压段(p1)，随后紧接第一扩压段末端做位于其下游的主扩压段(p2)，具体如下：
19、步骤3.1)，由扩压器中心线公切圆半径r2与扩压器出口圆半径r3计算得出管长l，其中管长l为自管式扩压器喉部入口至扩压管出口的长度，具体公式如下：
20、
21、步骤3.2)，根据经验给出第一扩压段长度l1与管长l的比值，以及第一扩压段扩张角θ1与主扩压段扩张角θ2，其中第一扩压段应小于整体管长的一半，为控制气流在扩压管内流动的摩擦损失与分离损失，扩张角θ1与θ2应为4-8°的锐角，且θ2应小于θ1；
22、步骤3.3)，第一扩压段通道(p1)由其母线绕扩压器中心线l旋转得到，其中第一扩压段的母线起点为喉部出口位置，与扩压器中心线l的夹角θ1/2为第一扩压段扩张角的一半，长度为第一扩压段长度l1；
23、步骤3.4)，主扩压段的母线绕扩压器中心线l旋转得到主扩压段通道(p2)，其中主扩压段的母线起点为第一扩压段出口位置，终点为扩压器出口圆位置，与扩压器中心线的夹角θ2/2为主扩压段扩张角的一半，主扩压段长度为管长l减去喉部长度lg与第一扩压段长度l1；
24、步骤4)，将步骤2.3所述的喉部及喉部上游的平行通道、步骤3.3所述的第一扩压段通道以及步骤3.4所述的主扩压段通道融合为一体，得到管式扩压器的初始单通道，如图4。
25、步骤5)，在扩压器中心线公切圆上，沿环形等间距阵列步骤4)得到的管式扩压器的初始单通道，阵列的通道数目本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种离心压气机管式扩压器几何造型的设计方法，所述的设计方法中：离心压气机由一级叶轮Ⅰ与一级管式扩压器Ⅱ构成，根据叶轮出口参数来设计管式扩压器，所述的叶轮出口参数包含叶轮出口半径R1，叶轮出口宽度b1以及叶轮出口气流角α1；其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种离心压气机管式扩压器几何造型的设计方法，其特征在于，所述的设计方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种离心压气机管式扩压器几何造型的设计方法，其特征在于，所述的步骤1.5)中，管数Z的确定方法如下述公式；
4.根据权利要求2所述的一种离心压气机管式扩压器几何造型的设计方法，其特征在于，所述的步骤3.1)中，管长l的具体公式如下：
5.根据权利要求2所述的一种离心压气机管式扩压器几何造型的设计方法，其特征在于，所述的步骤3.2)中，为控制气流在扩压管内流动的摩擦损失与分离损失，扩张角θ1为4-8°的锐角，θ2为4-8°的锐角，且θ2小于θ1。
【技术特征摘要】
1.一种离心压气机管式扩压器几何造型的设计方法，所述的设计方法中：离心压气机由一级叶轮ⅰ与一级管式扩压器ⅱ构成，根据叶轮出口参数来设计管式扩压器，所述的叶轮出口参数包含叶轮出口半径r1，叶轮出口宽度b1以及叶轮出口气流角α1；其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种离心压气机管式扩压器几何造型的设计方法，其特征在于，所述的设计方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种离心压气机管式扩压器几何造型的设计...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘思琪，刘艳，贾佳豪，徐毅，马振国，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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