具有非对称无叶扩压器的离心压气机及其形成方法技术

本发明专利技术公开了一种具有非对称无叶扩压器的离心压气机，包括：蜗壳，所述蜗壳包括互相连通的第一壳部和第二壳部，所述第一壳部内限定有蜗室，且所述第二壳部内限定有叶轮安装空间；叶轮，所述叶轮绕旋转轴可旋转地设在叶轮安装空间内；和无叶扩压器，所述无叶扩压器的入口端连通第二壳部且无叶扩压器的出口端连通所述第一壳部；其中所述无叶扩压器的宽度沿周向方向上是非轴对称分布的。根据本发明专利技术实施例的离心压气机，通过将无叶扩压器设计成宽度沿周向方向上非轴对称分布，能够降低离心压气机内部流体流场的非轴对称性，抑制离心压气机无叶扩压器的失速，从而扩大离心压缩机的稳定工作范围。本发明专利技术还公开了一种上述离心压气机的形成方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及叶轮机械
，尤其是涉及一种具有非对称无叶扩压器的离心压气机。
技术介绍
离心压气机等叶轮式压气机相对于往复式压气机，具有效率高、体积重量轻、运转平稳等优势，但其工况范围有限。离心压气机在低流量工况下内部流场出现大尺度流动分离等现象，出现不稳定工作现象、造成失速甚至喘振，直接导致压气机效率和压比急剧下降，寿命严重缩短，甚至短时间内直接损坏。离心压气机的无叶扩压器的通道两侧采用固定轮盘和轮盖的形状，其形状根据设计点工况确定，在设计点获得最优性能，能有效地将叶轮出口气体的动能转化为静压能。传统的无叶扩压器的结构均是轴对称的，即无叶扩压器的宽度在周向方向上均勻分布。在低流量情况下，无叶扩压器内有大尺度流动分离现象发生，这种失速现象造成流动损失增加， 扩压器效率下降；当流量进一步减小时，气体径向流动动力不足，在逆压梯度的作用下，气体回流，压气机发生喘振现象。目前已有的关于抑制无叶扩压器的失速的方法为在小流量时减小扩压器的宽度， 以增大气体的径向动量，减小回流。
技术实现思路
本专利技术是基于专利技术人对下面事实的发现由于离心压气机蜗壳的非轴对称性，导致无叶扩压器内部的周向流动参数呈现非轴对称性，即无叶扩压器内部的流场为非轴对称的，因此，传统的减小扩压器的宽度以增大气体的径向动量而减小回流的方法具有局限性， 无法考虑到无叶扩压器内部流场的非轴对称的特点，因此无法实现最大限度地抑制无叶扩压器的失速。本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种具有非对称无叶扩压器的离心压气机，所述离心压气机可降低离心压气机内部流体流场的非轴对称性，并扩大离心压缩机的稳定工作范围。本专利技术的另一个目的在于提出一种上述离心压气机的形成方法。根据本专利技术第一方面实施例的一种具有非对称无叶扩压器的离心压气机，包括 蜗壳，所述蜗壳包括互相连通的第一壳部和第二壳部，所述第一壳部内限定有蜗室，且所述第二壳部内限定有叶轮安装空间；叶轮，所述叶轮绕旋转轴可旋转地设在所述叶轮安装空间内；和无叶扩压器，所述无叶扩压器的入口端连通所述第二壳部且所述无叶扩压器的出口端连通所述第一壳部；其中所述无叶扩压器的宽度沿周向方向上是非轴对称分布的。根据本专利技术实施例的具有非对称无叶扩压器的离心压气机，通过将无叶扩压器设计成宽度沿周向方向上是非轴对称分布的，能够降低离心压气机内部流体流场的非轴对称性，抑制离心压气机无叶扩压器的失速，从而扩大离心压缩机的稳定工作范围。另外，根据本专利技术实施例的具有非对称无叶扩压器的离心压气机还具有如下附加技术特征在所述无叶扩压器入口气流角度α小于其周向平均值的周向位置处的所述无叶扩压器的宽度小于其他周向位置处的宽度，其中，所述无叶扩压器入口气流角度α定义为所述无叶扩压器入口端的气流速度在与旋转轴垂直的平面上的投影速度V与所述周向位置处的切线方向之间的夹角。其中，在同一周向位置所述无叶扩压器的宽度沿径向均勻。所述第一壳部和第二壳部之间通过轮盖和轮盘连接，且所述无叶扩压器由所述轮盖和轮盘之间限定出的通道形成。其中所述第一壳部、第二壳部与所述轮盖一体形成。根据本专利技术实施例的离心压气机，在周向非对称宽度的无叶扩压器结构的作用下，原本无叶扩压器入口气流角度α在周向上的非轴对称性减弱，从而有效增加了在周向上最小的气流角度α，从而可抑制小流量下无叶扩压器的失速，进而扩大了离心压缩机的稳定工作范围。根据本专利技术第二方面实施例的离心压气机的形成方法，对无叶扩压器的宽度为周向均勻的对称离心压气机原型进行改进以得到根据本专利技术第一方面实施例中的具有非对称无叶扩压器的离心压气机。根据本专利技术第二方面实施例的离心压气机的形成方法，包括以下步骤(1)设定周向起始位置；(2)通过数值仿真或实验得到所述对称离心压气机原型的无叶扩压器入口气流角度ay在周向上的分布，并计算出无叶扩压器入口气流角度ay的周向平均值aymg;同时得到所述对称离心压气机原型的无叶扩压器的宽度by ；(3)在所述对称离心压气机原型的无叶扩压器入口气流角度a y在周向上小于其周向平均值a Yavg的周向位置处，将所述无叶扩压器的宽度by减小以得到该周向位置处的第一宽度bl，同时，在所述对称离心压气机原型的无叶扩压器入口气流角度ay在周向上大于其周向平均值a Yavg的周向位置处，将所述无叶扩压器的宽度by增大以得到该周向位置处的第一宽度bl，以使所述第一宽度bl的周向平均值bly与所述对称离心压气机原型的无叶扩压器的宽度by大致相等，从而得到第一离心压气机的无叶扩压器的第一宽度bl沿周向的分布；(4)根据步骤(3)的宽度bl的结果，通过数值仿真或实验得到所述第一离心压气机的第一无叶扩压器入口气流角度α 1在周向上的分布，并计算出第一无叶扩压器入口气流角度α 的周向平均值α Iavg ；(5)基于步骤(4)中的无叶扩压器入口气流角度α 1在周向上的分布，在第一无叶扩压器入口气流角度α 1在周向上小于其周向平均值α Iavg的周向位置处，将所述无叶扩压器的第一宽度bl减小以得到该周向位置处的第二宽度1^2，同时，在第一无叶扩压器入口气流角度α 1在周向上大于其周向平均值α lavg的周向位置处，将所述无叶扩压器的第一宽度bl增大以得到该周向位置处的第二宽度b2，以使所述第二宽度1^2的周向平均值b2y 与所述对称离心压气机原型的无叶扩压器的宽度by大致相等，从而得到第二离心压气机的无叶扩压器的的第二宽度沿周向的分布；(6)重复步骤⑷和步骤(5)对无叶扩压器的宽度进行反复修正，直到得到宽度 b，以使无叶扩压器入口气流角度α沿周向最小的速度值amin大于预定临界气流角；和(7)根据步骤(6)中得到的宽度b，得到离心压气机。其中，所述无叶扩压器入口气流角度α定义为所述无叶扩压器入口端的气流速度在与旋转轴垂直的平面上的投影速度V与所述周向位置处的切线方向之间的夹角。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图1是根据本专利技术实施例的具有非对称无叶扩压器的离心压气机的剖视图；图2是根据本专利技术实施例的具有非对称无叶扩压器的离心压气机的周向定义示意图；图3是无叶扩压器入口气流角度α的定义示意图；图4是作为本专利技术实施例的离心压气机的改进基础的对称离心压气机原型的无叶扩压器入口气流角度ay的周向分布图；图5是本专利技术实施例的离心压气机的无叶扩压器的宽度b的周向分布图；和图6是根据本专利技术实施例的离心压气机和与其相应的传统的对称离心压气机原型的性能比较。具体实施例方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，术语“内侧”、“外侧”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底” 等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术而不是要求本专利技术必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。下面参本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种具有非对称无叶扩压器的离心压气机，其特征在于，包括：蜗壳，所述蜗壳包括互相连通的第一壳部和第二壳部，所述第一壳部内限定有蜗室，且所述第二壳部内限定有叶轮安装空间；叶轮，所述叶轮绕旋转轴可旋转地设在所述叶轮安装空间内；和无叶扩压器，所述无叶扩压器的入口端连通所述第二壳部且所述无叶扩压器的出口端连通所述第一壳部；其中所述无叶扩压器的宽度沿周向方向上是非轴对称分布的。

【技术特征摘要】
1.一种具有非对称无叶扩压器的离心压气机，其特征在于，包括蜗壳，所述蜗壳包括互相连通的第一壳部和第二壳部，所述第一壳部内限定有蜗室，且所述第二壳部内限定有叶轮安装空间；叶轮，所述叶轮绕旋转轴可旋转地设在所述叶轮安装空间内；和无叶扩压器，所述无叶扩压器的入口端连通所述第二壳部且所述无叶扩压器的出口端连通所述第一壳部；其中所述无叶扩压器的宽度沿周向方向上是非轴对称分布的。2.根据权利要求1所述的具有非对称无叶扩压器的离心压气机，其特征在于，在所述无叶扩压器入口气流角度α小于其周向平均值的周向位置处的所述无叶扩压器的宽度小于其他周向位置处的宽度，其中，所述无叶扩压器入口气流角度α定义为所述无叶扩压器入口端的气流速度在与旋转轴垂直的平面上的投影速度V与所述周向位置处的切线方向之间的夹角。3.根据权利要求2所述的离心压气机，其特征在于，在同一周向位置所述无叶扩压器的宽度沿径向均勻。4.根据权利要求1所述的具有非对称无叶扩压器的离心压气机，其特征在于，所述第一壳部和第二壳部之间通过轮盖和轮盘连接，且所述无叶扩压器由所述轮盖和轮盘之间限定出的通道形成。5.根据权利要求4所述的具有非对称无叶扩压器的离心压气机，其特征在于，所述第一壳部、第二壳部与所述轮盖一体形成。6.一种根据权利要求1所述的具有非对称无叶扩压器的离心压气机的形成方法，其特征在于，对无叶扩压器的宽度为周向均勻的对称离心压气机原型进行改进，包括以下步骤(1)设定周向起始位置；(2)通过数值仿真或实验得到所述对称离心压气机原型的无叶扩压器入口气流角度 ay在周向上的分布，并计算出无叶扩压器入口气流角度ay的周向平均值ayavg；同时得到所述对称离心压气机原型的无叶扩压器的宽度by ；(3)在所述对称离心压气机原型的无叶扩压器入口气流角度ay在周向上小于其周向平均...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑新前，林韵，张扬军，兰传杰，诸葛伟林，玉木秀明，川久保知己，
申请(专利权)人：清华大学，株式会社IHI，
类型：发明
国别省市：11