一种离心压气机扩压器上壁可控放气结构及实现方法与流程

本发明涉及的是一种涡轮增压器，具体地说是涡轮增压器的压气机。

背景技术：

涡轮增压器压气机的稳定运行范围有一定限制，当压气机流量小于某一数值时，压气机进入不稳定运行状态，此时压气机效率迅速降低，严重时会使压气机损坏。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供通过控制扩压器内的边界层分离达到扩稳目的的一种离心压气机扩压器上壁可控放气结构及实现方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种离心压气机扩压器上壁可控放气结构，包括压气机叶轮、主叶片、分流叶片、压气机机匣、蜗壳，压气机叶轮安装在压气机机匣里，压气机叶轮上安装主叶片，主叶片与主叶片之间安装分流叶片，蜗壳与压气机机匣相通，叶轮出口与蜗壳入口之间为扩压器，其特征是：在扩压器上壁处沿圆周方向均匀设置4个放气孔道，4个放气孔道通过环形管连通起来，环形管上设置与大气相通的放气管，放气管上设置放气控制阀。

本发明一种离心压气机扩压器上壁可控放气结构还可以包括：

1、放气孔道安装在105％叶轮直径的机匣圆周上，放气孔道的安装方向为切向方向，且与水平面夹角为40°。

2、每处与放气孔道相连的扩压器的上壁内表面处均加工有凹槽，凹槽呈渐缩结构，凹槽最窄端与其对应的放气孔道相连。

3、放气孔道的截面面积为蜗壳入口处面积的1％，环形管的管径为放气孔道孔径的2倍。

本发明一种离心压气机扩压器上壁可控放气实现方法，其特征是：采用如下具有可控放气结构的离心压气机：包括压气机叶轮、主叶片、分流叶片、压气机机匣、蜗壳，压气机叶轮安装在压气机机匣里，压气机叶轮上安装主叶片，主叶片与主叶片之间安装分流叶片，蜗壳与压气机机匣相通，叶轮出口与蜗壳入口之间为扩压器，其特征是：在扩压器上壁处沿圆周方向均匀设置4个放气孔道，4个放气孔道通过环形管连通起来，环形管上设置与大气相通的放气管，放气管上设置放气控制阀；

确定压气机的特性图，根据特性图确定放气开启边界和放气终止边界，当内燃机与增压器联合运行时，监控压气机的转速和出口流量，当压气机与内燃机的联合运行点进入放气开启边界，放气控制阀开始工作，根据压气机当前转速调节放气压力Pf，放气开始；继续监控压气机的转速和出口流量，当压气机与内燃机的联合运行点移动到放气终止边界，放气控制阀结束工作，放气过程结束。

本发明一种离心压气机扩压器上壁可控放气实现方法还可以包括：

1、所述放气开启边界为5％喘振裕度线，放气终止边界为8％喘振裕度线。

本发明的优势在于：本发明利用压气机内部与大气的压差，把在扩压器上壁面处的形成边界层分离的这一部分气流引出到大气中，实现对边界层分离的抑制，达到压气机扩稳的目的。

附图说明

图1a为本发明的半剖视图，图1b为图1a的局部示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为凹槽结构示意图；

图4a为普通压气机在近喘振边界处扩压器中流动情况，图4b为本发明压气机在近喘振边界处扩压器中流动情况。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1a-图4b，本发明包含可控放气结构的压气机结构主要包括：压气机机匣11，压气机叶轮12，主叶片13，分流叶片14，蜗壳15。压气机叶轮12安装在压气机机匣11里，压气机叶轮12上安装主叶片13，主叶片13与主叶片 13之间安装分流叶片14，扩压器16为叶轮出口17到蜗壳入口18之间流动区域。

在扩压器16上壁处沿圆周方向均匀添加4个放气孔道01，4个放气孔道 01通过环形管02连接起来，并通过放气管04与大气相连，在放气管04上装有放气控制阀03。

放气孔道01一端连接到扩压器16上壁的内表面，另一端连接到环形管02，通过放气孔道01把压气机与环形管02连通。其中，放气孔道01的安装位置，孔道直径，孔道个数以及均匀度都可以根据实际情况进行调节。

本发明中的放气孔道01安装在105％叶轮直径的机匣处，放气孔道01的安装方向为切向方向，且与水平面夹角为40°。与放气孔道01相连的扩压器16 的上壁内表面处加工有四个凹槽05，凹槽05的形状及深度根据实际压气机结构确定。本发明中凹槽呈渐缩结构，凹槽最窄端与放气孔道01相连。

本发明中放气孔道01的截面面积为蜗壳入口18处面积的1％。环形管02 的管径为放气孔道01孔径的2倍。

放气控制阀03为可以调节放气压力的电磁阀，压力调节范围可以满足压气机各个负荷的要求。

放气工况点应根据具体机型确定。本发明中在具有5％喘振裕度点开始放气 (放气起始边界)，当喘振裕度大于8％时停止放气(放气终止边界)。

所述的放气压力应根据压气机不同转速分别确定，如对应转速的最大增压压力为Pmax(单位MPa)，则本发明中的放气压力Pf＝Pmax-0.1。

图4a为普通压气机在近喘振边界处扩压器16中流动情况，在叶轮出口17 处的上壁面会出现流动分离涡21，此流动分离的发展、扩大会诱发压气机发生喘振，图4b为本发明压气机在近喘振边界处扩压器中流动情况，在扩压器16 上壁面开放气孔道01，把分离涡21通过放气孔道01引出压气机，实现扩展压气机运行边界的目的。

本发明一种离心压气机扩压器上壁可控放气实现方法的具体流程为：

首先对压气机进行试验，确定压气机的特性图，根据特性图确定放气开启边界(5％喘振裕度线)和放气终止边界(8％喘振裕度线)。当内燃机与增压器联合运行时，监控压气机的转速和出口流量，当压气机与内燃机的联合运行点进入放气开启边界，放气控制阀13开始工作，根据压气机当前转速调节放气压力 Pf(Pmax-0.1)，放气开始；继续监控压气机的转速和出口流量，当压气机与内燃机的联合运行点移动到放气终止边界，放气控制阀13结束工作，放气过程结束。