离心压缩机的扩压器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于通风设备领域，涉及离心通风机，具体涉及一种离心压缩机的扩压器。
【背景技术】
[0002]离心压气机作为一种能量转换装置，其主要通过叶轮的旋转，从而带动叶轮流道内气体的运动，把原动机的机械能转化为气体的能量。离心压气机由于其具有高压力、稳定工况范围宽、结构简单、易于维护等特点，被广泛应用于石油、航空航天、冶金、化工和矿井等行业，并发挥着重要作用。
[0003]在离心压缩机中，扩压器一般分为无叶扩压器与叶片扩压器两种。无叶扩压器常见的是由两个平壁构成环形通道所组成。无叶扩压器构造简单，造价低，性能曲线平缓，稳定工况较宽，且在马赫数较高时效率较低仍不明显，但是无叶扩压器内气流角基本不变，气流基本沿着角度螺旋线运动，流动路程较长，摩擦损失较大，且在设计工况下效率低于叶片扩压器。一般无叶扩压器常在压比较小的压缩机中采用。叶片扩压器具有扩压程度大，尺寸小的特点，在设计工况下气流损失比无叶扩压器小，因而效率较高。叶片扩压器可以通过半径增加减速扩压，同时径向叶片可使气流角按希望角度偏转，使流通面积进一步加大以提高扩压能力;并且它在提高离心压缩机的效率和级压比，改变最佳工况点位置，扩大稳定工作范围起着十分重要的作用。
[0004]然而叶片扩压器由于叶片的存在，变工况冲击损失较大，效率下降明显。压气机一般都工作在小流量状态下，而在小流量下，扩压器叶片进口气流形成正冲角，当冲角达到一定值时，流道中极易发生严重的气流分离。且一旦吸力面附面层气流发生大面积分离，极易使压气机进入失速喘振状态，从而严重影响发动机的工作稳定性。若流量大于设计流量时，又容易在叶片扩压器喉部发生阻塞现象，使叶片扩压器丧失扩压能力。
[0005]通常为了提高扩压器工作性能，压缩机会采用机翼形叶片，尽管机翼型叶片比一般的版型叶片性能要好，但是仍然无法避免由于叶轮出口气流的不均匀性与变工况时冲角变大而导致效率下降，因此，在机翼型叶片的基础上改进扩压器的结构，进一步提高其工作性能具有十分重要的应用价值与工作前景。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是针对在小流量工况下扩压器进口气流冲角过大的问题，提供一种离心压缩机的扩压器，该扩压器位于相邻长叶片流道中的短叶片可以引导气流方向发生变化，改变了扩压器流道内的气流角分布，使更多气流能够沿着气流表面流动，抑制叶片表面气流分离的发生，这样不仅提高了扩压器的工作效率，还加大了工作范围。扩压器内的折线形槽道能够减小压力面与吸力面的压力差，减小逆压梯度，有效吹除部分叶片尾部吸力面附面层分离气流。尾缘的抛物线形翼梢小翼能够抑制传统翼型叶片后缘吸力面与压力面的压力差产生的翼尖涡的增长，使翼尖涡脱落的位置先后移动，降低了翼尖涡的强度。
[0007]本发明包括长叶片、短叶片、轮盘和轮盖;所述的长叶片有十二片，沿周向均布在轮盘上;相邻两片长叶片的流道中布置一片短叶片，短叶片靠近长叶片的吸力面一侧。同一横截面上，短叶片吸力面的前缘线截点所在以轮盘中心为圆心的圆周半径比长叶片吸力面的前缘线截点所在圆周半径小15?20mm，且短叶片吸力面的前缘线截点与相邻两片长叶片吸力面的前缘线截点所夹圆心角分别为5°和25° ;长叶片的入口安装角为32?36°，短叶片的入口安装角为36?40°。
[0008]所述的长叶片采用翼形结构，螺栓与长叶片开设的长叶片螺纹孔连接，将长叶片固定在轮盘上;长叶片的前缘为曲面且倾斜设置，前缘线与轮盘中心轴线的夹角为6?8°;长叶片的前缘曲率半径沿轮盘至轮盖方向逐渐增大。长叶片开设有三个贯穿压力面与吸力面的折线形槽道。三个折线形槽道的形状相同，沿长叶片的长度方向并排布置，且三个折线形槽道的长度由长叶片的前缘至后缘方向逐渐减小。所述的折线形槽道为两段式槽，前段为进气段，后段为出气段，进气段和出气段的槽宽相等，均为8?1mm;三个折线形槽道的进气段入口沿长叶片高度方向的中心线与长叶片吸力面前缘线之间所占的弧线段长度分别占长叶片吸力面弧长的1/3、1/2和2/3。
[0009]在长叶片的纵截面上，折线形槽道的进气段中心线相对叶片型线在与进气段中心线交点处切线的倾角为45°，出气段中心线相对叶片型线在与出气段中心线交点处切线的倾角为30°。
[0010]折线形槽道的上壁面与长叶片叶根的距离为长叶片高度的45?50%，下壁面与长叶片叶根的距离为长叶片高度的5?10%。
[0011]长叶片的后缘位于压力面上设有尾缘翼梢;所述尾缘翼梢的侧面与压力面在后缘处的切面之间的夹角为90°;尾缘翼梢的宽度值沿轮盘至轮盖方向按抛物线规律递增，靠近轮盘位置宽度为O，且最大宽度不超过长叶片弦长的5%。
[0012]所述的短叶片采用楔形结构，短叶片焊接在轮盘上;短叶片弦长为长叶片弦长的
0.45?0.5，高度为长叶片的0.6?0.7;在短叶片的吸力面与压力面均开设有两个弧形翼槽；同一侧面的两个弧形翼槽中心线分别位于短叶片高度的1/3与2/3处;所述弧形翼槽靠近短叶片前缘的端面与短叶片前缘线的距离为短叶片弦长的1/8，弧形翼槽靠近短叶片后缘的端面与短叶片后缘的距离为短叶片弦长的1/6;所述的弧形翼槽为等截面槽，且截面呈半圆形。
[0013]通过长、短叶片入口冲角改进、长叶片的折线形槽道设计、长叶片的尾缘翼梢和短叶片的弧形翼槽设计来优化内部边界层分离以及尾部的涡旋气流，从而提升扩压器效率。
[0014]本发明的有益效果:
[0015]本发明能够改善在变工况下扩压器入口气流冲角变化的问题，位于相邻长叶片流道中的短叶片可以引导气流方向发生变化，改变了扩压器流道内的气流角分布，使更多气流能够沿着气流表面流动，抑制叶片表面气流分离的发生，防止喘振的发生。这样不仅离心通风机的合理运行范围，同时可提高扩压器的扩压能力与运行效率。长叶片前缘的倾斜结构使扩压器入口在叶高方向的不同位置与叶轮出口保持不同的距离，调整从叶轮出来的高速三元气流，尤其降低了扩压器入口处的气流马赫数，减小了冲击损失。而短叶片的存在能够在变工况时有效的改善入射气流角。当气流进入扩压器流道后，扩压器内的折线形槽道能够减小压力面与吸力面的压力差，减小逆压梯度，有效吹除部分叶片尾部吸力面附面层分离气流，从而减小了附面层分离区的面积，增大了叶片通道的实际面积大小，提高了压缩机的流量。尾缘的抛物线形翼梢小翼能够抑制传统翼型叶片后缘吸力面与压力面的压力差产生的翼尖涡的增长，使翼尖涡脱落的位置先后移动，降低了翼尖涡的强度，减小了气动噪声，提高了扩压器整体的性能。
【附图说明】
[0016]图1为本发明的整体结构立体图；
[0017]图2为本发明中长、短叶片在轮盘上的分布示意图；
[0018]图3为本发明中长叶片的一个侧视立体图；
[0019]图4为本发明中长叶片的另一个侧视立体图；
[0020]图5为图4的局部放大图；
[0021 ]图6为本发明中长叶片的折线形槽道截面示意图；
[0022]图7为本发明中短叶片的结构立体图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
[0024]如图1和2所示，离心压缩机的扩压器，包括长叶片1、短叶片2、轮盘3和轮盖;长叶片I有12片，沿周向均布在轮盘上;相邻两片长叶片I的流道中布置一片短叶片2，短叶片2靠近长叶片I的吸力面一侧。同一横截面上，短叶片2吸力面的前缘线截点所在以轮盘中心为圆心的圆周半径比长叶片I吸力面的前缘线截点所在圆周半径小15mm，且短叶片2吸力面的前缘线截点与相邻两片长叶片I吸力面的前缘线截点所夹圆心角分别为θ = 5°和β = 25°;长叶片I的入口安装角为α3Αι = 32°，短叶片2的入口安装角为α3Α2 = 36°。
[0025]如图3、4和5所示，长叶片I采用翼形结构，螺栓与长叶片I开设的长叶片螺纹孔1-2连接，将长叶片I固定在轮盘3上;长叶片的前缘1-1为曲面且倾斜设置，前缘线与轮盘中心轴线的夹角为6°;长叶片的前缘曲率半径沿轮盘至轮盖方向逐渐增大。长叶片I开设有三个贯穿压力面与吸力面的折线形槽道1-3。三个折线形槽道的形状相同，沿长叶片I的长度方向并排布置，且三个折线形槽道的长度由长叶片I的前缘至后缘方向逐渐减小。折线形槽道为两段式槽，前段为进气段，后段为出气段，进气段和出气段的槽宽均为1mm;三个折线形槽道的进气段入口沿长叶片高度方向的中心线与长叶片吸力面前缘线之间所占的弧线段长度分别占长叶片I吸力面弧长的1/3、1/2和2/3。
[0026]如图6所示，在长叶片I的纵截面上，折线形槽道的进气段中心线相对叶片型线在与进气段中心线交点处切线的倾角为4