一种错位螺旋式设计在蜗壳上的应用制造技术

本发明专利技术属于离心压缩机蜗壳的设计方法，具体地说是一种错位螺旋式设计在蜗壳上的应用。螺旋线作为蜗壳各个截面中心的连线，沿蜗壳周向展开；将将蜗壳按圆周方向分为8～12个截面位置，而后将每个截面中心线较前一截面中心线沿轴线偏移2～5mm，形成一个横向蜗舌的结构；所述横向蜗舌是蜗壳采取截面中心线偏移的方法，避免蜗壳和出风筒干涉后，对蜗壳起始小截面部分保全，用以引导流动，提高效率；所述蜗壳起始小截面部分保全是对0°～10°小截面进行切除，有利于改善流动，减小蜗壳体积；离心压缩机蜗壳出风筒与采用错位螺旋式设计方法设计的蜗壳光滑连接，出风筒起始型线与蜗壳出口气体主流方向保持一致，减少冲击损失。

【技术实现步骤摘要】
一种蜗壳的错位螺旋式设计方法
本专利技术属于离心压缩机蜗壳的设计方法，具体地说是一种蜗壳的错位螺旋式设计方法。
技术介绍
离心压缩机在设计过程中，为追求高效率的模式，因此经常对蜗壳采取结构优化改进措施，以期挖掘其可能存在的节能潜力，藉此提高机组的整体运行效率。在离心压缩机设计中，注意到蜗壳的设计往往存在一定的特殊性，由于出风筒将蜗壳小截面很大一部分吃掉，在这部分气流从扩压器流出后直接进入出风筒，因此对出风筒的主气流造成冲击，造成较大的气流混合损失。如何减少气流混合损失困扰是本领域技术人员遇到的一个严重问题。离心压缩机在设计蜗壳时，出风筒往往会切去部分小截面，并通过二者之间的切面形成连通域，这就形成了蜗壳的内循环流动，造成内泄漏损失。目前采用改变蜗壳截面积，蜗舌结构和起始角来提高蜗壳气动效率，已经获得较大幅度的提升，但在出风筒部分仍存在一定的流动混乱区。
技术实现思路
为了解决离心压缩机蜗壳内出风筒的流动混乱问题，本专利技术的目的在于提供一种蜗壳的错位螺旋式设计方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术采用螺旋线作为蜗壳各个截面中心的连线，沿蜗壳周向展开。其中：将蜗壳各个截面沿轴向偏移，各截面中心的连线形成螺旋线；所述蜗壳各个截面沿轴向偏移的过程为：将蜗壳按圆周方向分为8～12个截面位置，而后将每个截面中心线较前一截面中心线沿轴线偏移2～5mm，形成一个横向蜗舌的结构；所述横向蜗舌是蜗壳采取截面中心线偏移的方法，避免蜗壳和出风筒干涉后，对蜗壳起始小截面部分保全，用以引导流动，提高效率；所述蜗壳起始小截面部分保全是对0°～10°小截面进行切除，有利于改善流动，减小蜗壳体积；离心压缩机蜗壳出风筒与采用错位螺旋式设计方法设计的蜗壳光滑连接，出风筒起始型线与蜗壳出口气体主流方向保持一致，减少冲击损失。本专利技术的优点与积极效果为：1.本专利技术采用将蜗壳各个截面轴向偏移，各截面中心线变成螺旋线形状，让蜗壳的小截面与出风筒不再相交，避免了寻常蜗壳中存在的循环流动损失。通过数值模拟计算表明，蜗壳各个截面轴向偏移之后，不存在蜗壳小截面与出风筒干涉的问题，没有了循环流动损失，蜗壳小截面处也没有了很明显的漩涡存在；在进气道与出风筒也不再相交，这样出风筒中流动情况得到改善，蜗壳内整体速度分布较原有设计模型均匀，相比原模型，效率提高1.15％。2.本专利技术在蜗壳的设计过程中对蜗壳截面进行适当偏移，即对蜗壳的型线进行修正，对于工艺和制造都简单可行，便于错位螺旋式蜗壳的推广。3.本专利技术在采用截面中心线偏移的方法避免蜗壳和出风筒干涉后，可以做一个横向的蜗舌，用以引导流动，改善流场，提高整体效率。4.本专利技术在蜗壳起始小截面适当保全是蜗壳起始小截面为低速流动，对0°～10°小截面进行切除，有利于改善流动，减小蜗壳体积。5.本专利技术在蜗壳出风筒应与错位螺旋式蜗壳光滑连接，出风筒起始型线与蜗壳出口气体主流方向保持一致，减少冲击损失。6.本专利技术相比于普通内蜗壳，对于蜗壳的长度的增加有限，但该长度的增加，仅仅是末级出口蜗壳向外延伸，并不会影响转子的轴向跨距和轴承布置，也不会对转子的临界转速和稳定性带来影响。附图说明图1为本专利技术离心压缩机整级计算模型结构图；图2为本专利技术离心压缩机蜗壳各截面偏移的示意图；图3为本专利技术离心压缩机蜗壳各截面偏移后的抽气结构示意图；图4为本专利技术离心压缩机蜗壳的完整计算模型图；其中：1为叶轮，2为扩压器，3为回流器，4为蜗壳，5为横向蜗舌。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详述。如图1～3所示，螺旋线作为蜗壳各个截面中心的连线，沿蜗壳周向展开；将蜗壳按圆周方向分为8～12个截面位置，而后将每个截面中心线较前一截面中心线沿轴线偏移2～5mm，各截面中心的连线形成螺旋线，进而形成一个横向蜗舌的结构。横向蜗舌是蜗壳采取截面中心线偏移的方法，避免蜗壳和出风筒干涉后，对蜗壳起始小截面部分保全，即对0°～10°小截面进行切除，用以引导流动，提高效率，有利于改善流动，减小蜗壳体积。离心压缩机蜗壳出风筒与采用错位螺旋式设计方法设计的蜗壳光滑连接，出风筒起始型线与蜗壳出口气体主流方向保持一致，减少冲击损失。具体方法为：将蜗壳4沿圆周方向上分为8～12个截面(本实施例分为12个截面)，每30°一个截面，根据各个截面的形状确定偏移尺寸2～5mm，然后利用现有的三维造型软件(如Pro-E)，通过混合扫描的功能，选择一条合适的轨迹扫描出蜗壳实体，延伸出风筒，并做出蜗舌和对小截面的修改，完成蜗壳造型。要考察错位螺旋式设计对蜗壳4前后流场的影响，就要有一个完整的计算域，因此本专利技术的计算模型由叶轮1、扩压器2、弯道、回流器3以及蜗壳4几部分组成，对这几部分分别进行建模和划分网格，然后进行网格对接，最终给出模拟计算。根据结构特点，本专利技术将整个计算域划分为三部分：入口延伸部分、叶轮与扩压器部分、弯道与回流器部分、蜗壳与出风筒部分。每个部分都是根据现有离心压缩机的模型参数给定的，只是忽略了叶轮和扩压器之间的间隙，叶轮直径为1438mm,有19个叶片，叶片前缘为圆头尾部是钝头，无叶扩压器，回流器有18个叶片，叶片前后缘皆为圆头。错位螺旋式设计应用在蜗壳上，是将蜗壳各个截面轴向偏移，各截面中心连线变成螺旋线形状，让蜗壳的小截面与出风筒不再相交，并保证出风筒应与错位螺旋式蜗壳光滑连接，在这样的结构中避免了寻常蜗壳中存在的循环流动损失，出风筒起始型线也与蜗壳出口气体主流方向保持一致，减少冲击损失。通过现有的CFD分析软件模拟计算表明，蜗壳各个截面轴向偏移之后，不存在蜗壳小截面与出风筒干涉的问题，没有了循环流动损失，蜗壳小截面处也没有了很明显的漩涡存在；在进气道与出风筒也不再相交，这样出风筒中流动情况得到改善，而且完全消除了原来360°出口截面与出风筒处的不规则流动情况，优化后的蜗壳与出风筒匹配的较好，压力分布也更加均匀，相比原模型，效率提高1.15％。众所周知，蜗壳是把叶轮或扩压器流出的气体收集输送到排气管道，其内部的流动十分复杂。气流沿着蜗壳流动的同事，不断有气体由叶轮(或扩压器)流入蜗壳，即气体一面流动，一面混合。因此蜗壳型线的设计不仅直接影响蜗壳内的流动损失，而且对前面的叶轮或扩压器的性能有反影响。本专利技术采用错位螺旋式的设计方法，对蜗壳型线进行了改进，并对包括叶轮、扩压器、弯道、回流器以及蜗壳几部分组成流动域进行了综合考虑，通过现有的CFD分析软件模拟计算，提高气动效率1.15％，表明压缩机组的整体效率有了进一步的提高。上述实施例为本专利技术较佳的实施方式，但本专利技术的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本专利技术的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种错位螺旋式设计在蜗壳上的应用，其特征在于：螺旋线作为蜗壳各个截面中心的连线，沿蜗壳周向展开。

【技术特征摘要】
1.一种蜗壳的错位螺旋式设计方法，其特征在于：螺旋线作为蜗壳各个截面中心的连线，沿蜗壳周向展开；将蜗壳各个截面沿轴向偏移，各截面中心的连线形成螺旋线；所述蜗壳各个截面沿轴向偏移的过程为：将蜗壳按圆周方向分为8～12个截面位置，而后将每个截面中心线较前一截面中心线沿轴线偏移2～5mm，形成一个横向蜗舌的结构；所述横向蜗舌是蜗壳采取截面中心线偏移的方法，避...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学军，冀春俊，武斌，
申请(专利权)人：沈阳鼓风机集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：