【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及离心压气机，特别地，涉及一种叶片式扩压器。此外，本专利技术还涉及一种设计上述叶片式扩压器的叶片式扩压器设计方法。此外，本专利技术还涉及一种包括上述叶片式扩压器的离心压气机。
技术介绍
1、扩压器是离心压气机的核心部件，安装在与离心叶轮相邻的下游位置，对离心压气机的工作效率和堵塞流量等性能有着决定性的影响。扩压器的主要作用是对离心叶轮出口的高速气流进行减速扩压，将动能最大程度地转化为压力能，为后面的燃烧室等组件提供满足其流场品质要求的高压气流，在高负荷离心压气机中一般要求扩压器出口气流方向与子午面夹角不大于15°，出口气流马赫数不大于0.25，以保证减速扩压后的高压气流能满足流场品质要求，且高负荷离心压气机中各部件结构紧凑，扩压器的径向空间有限，通常要求扩压器出口轮毂侧直径和扩压器进口直径的比值不大于1.14。扩压器主要分为双排叶片式扩压器(如图1所示)和单排叶片式扩压器(如图2所示)，双排叶片式扩压器的径向叶片与轴向叶片分开布置，形成前后两排叶片，单排叶片式扩压器的径向叶片与轴向叶片连成一体，形成一排叶片。两者的主要组成部分基本相同，均由轮毂面、叶片及盖板组成。
2、目前，双排叶片式扩压器的减速扩压后的高压气流能满足流场品质要求，但其扩压器出口轮毂侧直径和扩压器进口直径的比值大于1.25，径向尺寸过大，不满足高负荷离心压气机中扩压器的装配要求，而单排叶片式扩压器经过合理设计后的扩压器出口轮毂侧直径和扩压器进口直径的比值可以做到不大于1.14，但是单排叶片式扩压器的叶片数量相对较少，导致其难以保证高负荷离
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种叶片式扩压器及其设计方法，以解决现有的扩压器难以满足高负荷离心压气机对扩压器的装配要求，或者满足高负荷离心压气机对扩压器的性能要求的技术问题。
2、根据本专利技术的一个方面，提供一种叶片式扩压器，包括扩压器轮毂、围合于扩压器轮毂外以形成子午流道的扩压器轮盖，以及布设于子午流道内的用于形成扩压通道的扩压器叶片组，扩压器轮毂包括轮盘径向段和轮盘轴向段，扩压器轮盖包括与轮盘径向段对应布设的轮盖径向段以及与轮盘轴向段对应布设的轮盖轴向段，扩压器叶片组包括第一叶片、第二叶片和第三叶片，第一叶片、第二叶片和第三叶片均设有多个，多个第一叶片、第二叶片和第三叶片沿环形气流通道的周向交替且均匀排布，第一叶片的轴向长度大于第二叶片的轴向长度，第二叶片的轴向长度大于的第三叶片的轴向长度的，第一叶片包括布设于轮盘径向段和轮盖径向段之间的径向叶片段以及布设于轮盘轴向段和轮盖轴向段之间的轴向叶片段，子午流道靠近扩压器轮毂的轴向截面边缘线为曲线，子午流道靠近扩压器轮盖的轴向截面边缘线为曲线，径向叶片段和轴向叶片段一体成型。
3、作为上述技术方案的进一步改进：
4、进一步地，第一叶片上尖部的进口来流角度大于根部的进口来流角度，第二叶片上尖部的进口来流角度大于根部的进口来流角度，第三叶片上尖部的进口来流角度小于根部的进口来流角度。
5、进一步地，当第一叶片上尖部的进口来流角度为-76--70°时，第一叶片上尖部叶型的角度变化规律为线性增大至0°，当第一叶片上根部的进口来流角度为-73°--67°时，第一叶片上根部叶型的角度变化规律为先缓慢增大，再快速增大至0°；和/或当第二叶片上尖部的进口来流角度为-66--60°时，第二叶片上尖部叶型的角度变化规律为线性增大至0°，当第二叶片上根部的进口来流角度为-63°--57°时，第二叶片上根部叶型的角度变化规律为先保持不变，再快速增大至0°；和/或当第三叶片上尖部的进口来流角度为-50--44°时，第三叶片上尖部叶型的角度变化规律为线性增大至0°，当第三叶片上根部的进口来流角度为-55°--49°时，第三叶片上根部叶型的角度变化规律为先保持不变，再快速增大至0°。
6、进一步地，第一叶片的厚度变化规律为先快速增大，再平缓增大，然后平缓减小，最后快速降低；和/或第二叶片的厚度变化规律为先快速增大，再平缓增大，然后平缓减小，最后快速降低；和/或第三叶片的厚度变化规律为先快速增大，再平缓增大，然后平缓减小，最后快速降低。
7、进一步地，第一叶片为直纹叶片；和/或第二叶片为直纹叶片；和/或第三叶片为直纹叶片。
8、进一步地，多个第一叶片上的前缘线与扩压器轮毂的轴向中心线之间的径向距离相同；和/或多个第二叶片上的前缘线与扩压器轮毂的轴向中心线之间的径向距离相同；和/或多个第三叶片上的前缘线与扩压器轮毂的轴向中心线之间的径向距离相同。
9、进一步地，第一叶片上尾缘线的轴向位置、第二叶片上尾缘线的轴向位置和第三叶片上尾缘线的轴向位置相同。
10、根据本专利技术的另一方面，还提供了一种叶片式扩压器设计方法，设计上述的叶片式扩压器，具体包括以下步骤：首先给定扩压器轮盖和扩压器轮毂中的子午流道，并确定子午流道为连续曲面，再根据子午流道获得虚拟的造型平面并建立平面坐标系，在造型平面上根据给定的角度变化规律和厚度变化规律生成扩压器叶片组中叶片的叶型，以获得平面坐标系下的叶型数据，然后根据造型平面和回转面之间的共形映射关系将造型平面上的叶型转化到由子午流道形成的三维回转面上并建立柱坐标性，以获得柱坐标系下的叶型数据，最后将柱坐标系下的叶型数据转换为笛卡尔坐标系下的叶型数据，以基于笛卡尔坐标系下的叶型数据在子午流道中生成扩压器叶片组中的第一叶片、第二叶片和第三叶片，从而获得叶片式扩压器。
11、作为上述技术方案的进一步改进：
12、进一步地，步骤在造型平面上根据给定的角度变化规律和厚度变化规律生成扩压器叶片组中叶片的叶型中还包括步骤：同时，分别给定第一叶片、第二叶片和第三叶片根尖叶型的周向积叠角度，以控制第一叶片、第二叶片和第三叶片的前缘线的径向位置和尾缘线的轴向位置。
13、根据本专利技术的另一方面，还提供了一种离心压气机，其包括上述的叶片式扩压器。
14、本专利技术具有以下有益效果：
15、本专利技术的叶片式扩压器，通过扩压器轮盖和扩压器轮毂围合形成子午流道，以便于气流通道，再通过在子午流道内布设扩压器叶片组以形成扩压通道，实现对气流的减速扩压，具体通过多个第一叶片、第二叶片和第三叶片沿环形气流通道的周向交替且均匀排布，且第一叶片的轴向长度大于第二叶片的轴向长度，第二叶片的轴向长度大于的第三叶片的轴向长度的，以在有限空间下实现叶片数量的增加，并实现对气流的多重维度的控制，且子午流道靠近扩压器轮毂的轴向截面边缘线为曲线，子午流道靠近扩压器轮盖的轴向截面边缘线为曲线，子午流道的曲率连续，有利于扩压通道中气流在转角处的流向控制，以减小气流流动分离，以使经扩压器的减速扩压后的高压气流满足高负荷离心压气机对扩压器出口流场品质的要求，即出口气流方向与子午面夹角不大于15°，出口气流马赫数不大于0.25，且由于轴向长度最长的第一叶片由径向叶片段和轴向叶片段组本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种叶片式扩压器，包括扩压器轮毂(100)、围合于扩压器轮毂(100)外以形成子午流道的扩压器轮盖(200)，以及布设于子午流道内的用于形成扩压通道的扩压器叶片组(300)，扩压器轮毂(100)包括轮盘径向段和轮盘轴向段，扩压器轮盖(200)包括与轮盘径向段对应布设的轮盖径向段以及与轮盘轴向段对应布设的轮盖轴向段，其特征在于，扩压器叶片组(300)包括第一叶片(310)、第二叶片(320)和第三叶片(330)，第一叶片(310)、第二叶片(320)和第三叶片(330)均设有多个，多个第一叶片(310)、第二叶片(320)和第三叶片(330)沿环形气流通道的周向交替且均匀排布，第一叶片(310)的轴向长度大于第二叶片(320)的轴向长度，第二叶片(320)的轴向长度大于的第三叶片(330)的轴向长度的，第一叶片(310)包括布设于轮盘径向段和轮盖径向段之间的径向叶片段以及布设于轮盘轴向段和轮盖轴向段之间的轴向叶片段，子午流道靠近扩压器轮毂(100)的轴向截面边缘线为曲线，子午流道靠近扩压器轮盖(200)的轴向截面边缘线为曲线，径向叶片段和轴向叶片段一体成型。
2.根
3.根据权利要求2所述的叶片式扩压器，其特征在于，当第一叶片(310)上尖部的进口来流角度为-76--70°时，第一叶片(310)上尖部叶型的角度变化规律为线性增大至0°，当第一叶片(310)上根部的进口来流角度为-73°--67°时，第一叶片(310)上根部叶型的角度变化规律为先缓慢增大，再快速增大至0°；和/或
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的叶片式扩压器，其特征在于，第一叶片(310)的厚度变化规律为先快速增大，再平缓增大，然后平缓减小，最后快速降低；和/或
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的叶片式扩压器，其特征在于，第一叶片(310)为直纹叶片；和/或
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的叶片式扩压器，其特征在于，多个第一叶片(310)上的前缘线与扩压器轮毂(100)的轴向中心线之间的径向距离相同；和/或
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的叶片式扩压器，其特征在于，第一叶片(310)上尾缘线的轴向位置、第二叶片(320)上尾缘线的轴向位置和第三叶片(330)上尾缘线的轴向位置相同。
8.一种叶片式扩压器设计方法，其特征在于，设计权利要求1-7中任意一项所述的叶片式扩压器，具体包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的叶片式扩压器设计方法，其特征在于，步骤在造型平面上根据给定的角度变化规律和厚度变化规律生成扩压器叶片组(300)中叶片的叶型中还包括步骤：
10.一种离心压气机，其特征在于，包括权利要求1-7中任意一项所述的叶片式扩压器。
...【技术特征摘要】
1.一种叶片式扩压器，包括扩压器轮毂(100)、围合于扩压器轮毂(100)外以形成子午流道的扩压器轮盖(200)，以及布设于子午流道内的用于形成扩压通道的扩压器叶片组(300)，扩压器轮毂(100)包括轮盘径向段和轮盘轴向段，扩压器轮盖(200)包括与轮盘径向段对应布设的轮盖径向段以及与轮盘轴向段对应布设的轮盖轴向段，其特征在于，扩压器叶片组(300)包括第一叶片(310)、第二叶片(320)和第三叶片(330)，第一叶片(310)、第二叶片(320)和第三叶片(330)均设有多个，多个第一叶片(310)、第二叶片(320)和第三叶片(330)沿环形气流通道的周向交替且均匀排布，第一叶片(310)的轴向长度大于第二叶片(320)的轴向长度，第二叶片(320)的轴向长度大于的第三叶片(330)的轴向长度的，第一叶片(310)包括布设于轮盘径向段和轮盖径向段之间的径向叶片段以及布设于轮盘轴向段和轮盖轴向段之间的轴向叶片段，子午流道靠近扩压器轮毂(100)的轴向截面边缘线为曲线，子午流道靠近扩压器轮盖(200)的轴向截面边缘线为曲线，径向叶片段和轴向叶片段一体成型。
2.根据权利要求1所述的叶片式扩压器，其特征在于，第一叶片(310)上尖部的进口来流角度大于根部的进口来流角度，第二叶片(320)上尖部的进口来流角度大于根部的进口来流角度，第三叶片(330)上尖部的进口来流角度小于根部的进口来流角度。
3.根据权利要求2所述的叶片式扩压器，其特征在于，当第一叶片(...
【专利技术属性】
技术研发人员：韦威，朱玲，任伟峰，
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：
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