一种用于双出口离心压气机的扩压流道设计方法与流程

本发明涉及扩压流道设计领域，特别涉及一种用于双出口离心压气机的扩压流道设计方法。

背景技术：

1、离心压气机由于具有结构紧凑、单级增压比大等优点，在微型燃气轮机中应用广泛。此外，微型燃气轮机中往往使用单管燃烧室来保证燃烧效率。为了使得压气机出口的气流进一步减速增压，需要在压气机和燃烧室之间引入扩压器这一装置。

2、现有的扩压器多为单出口设计，即扩压器下游与一个单管燃烧室相连。这一方面导致气体流程较长，流动损失大，影响了燃气轮机的效率；另一方面，燃烧室所需的体积较大，影响燃气轮机整机的尺寸和布局，限制了微型燃气轮机的应用场景。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种用于双出口离心压气机的扩压流道设计方法，可缩短气体在扩压流道的流程，减少流动损失，同时限制燃气轮机的总体尺寸大小，应用范围广。

2、为此，本发明的技术方案是：一种用于双出口离心压气机的扩压流道设计方法，扩压流道由扩压器及呈中心对称的两段整流段组成，扩压器与整流段之间设有气流收集段；

3、1)扩压器流道设计：

4、所述扩压器中间设有扩压器入口，扩压器入口的半径为r2；扩压器内部设有若干叶片，叶片前缘在半径为r3的圆上，叶片尾缘在半径为r4的圆上；扩压器与整流段交界面为圆形，对应的半径为r5；扩压器的轴向厚度为b；

5、气流在叶片前缘处的绝对速度方向与径向的夹角为α3，指定叶片尾缘处的切线与径向夹角α4，且满足0<α4<α3<90°；

6、与原点距离为rc的中弧线上点c处切线与径向的夹角αc，则：

7、

8、点c的坐标(xc,yc)：

9、

10、

11、其中r为中弧线在极坐标中对应的圆弧半径：

12、

13、扩压器叶片叶型的无量纲相对偏移量为则：

14、c点处的吸力面叶型二维坐标(xss,yss)：

15、

16、

17、c点处的压力面叶型二维坐标(xps,yps)：

18、

19、

20、2)气流收集段设计：

21、气流收集段由多段组合而成，其外轮廓可划分为v1v2、v2v3、v3v4、v4v5以及v5下游共五段，v1v2段为直线段，与径向的夹角为α5，v2v3段的径向截面为上下对称结构，外轮廓为半圆弧结构，半圆弧两端各设置一相切的样条曲线，且样条曲线的另一端与扩压器表面相切；所述半圆弧上任意一点s3与坐标原点o的距离为r5+φθ，

22、其中：

23、

24、根据气体动力学原理，近似有α5＝α4；ε为缩放系数，取1～1.5；

25、v3v4段、v4v5段为过渡段，v5下游段为整流段。

26、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述扩压器入口处气流的绝对速度方向与径向的夹角为α2，从半径r2至半径r3的环形区域为无叶扩压段，根据气体动力学原理，气流在叶片前缘处的绝对速度方向与径向的夹角α3近似等于α2，即近似有α3＝α2。

27、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述扩压器叶片数目为压气机叶片数的-5～+5范围内，且与压气机叶片数的最大公约数为1；确定其中一个叶片的位置后，通过旋转阵列，可得到其它的叶片位置。

28、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述气流收集段的起点v1位于扩压器与整流段交界面上，v1与原点o的连线与x轴的夹角为θ1，θ1为5°～15°，v1v2段在三维空间中对应平面。

29、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述v3与原点o的连线与x轴的夹角为θ3，θ3为140°～160°；所述v3、v4、v5在同一直线上，该直线与ov3垂直。

30、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述v4v5段内轮廓处设有点v6，点v6与另一侧气流收集段的起点v1在同一直线上，且与v3v5平行；所述v5下游段的径向截面为圆形，该圆的直径为v3v5和v1v6的间距。

31、在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述v3v4段、v4v5段的径向截面可根据扫掠得到。

32、与现有技术相比，本发明的有益效果是：将来自压气机的气流分为两股，在减速增压后分别进入中心对称布置的两个单管燃烧室，相比于传统的单出口式扩压流道，本发明一方面减小了气体在扩压流道中的流程，有利于损失的减小，从而提升了效率；另一方面，双出口离心压气机的扩压流道为中心对称布局，连接的两个单管燃烧室也为中心对称布局，从而减小了单个燃烧室的体积，控制了燃气轮机的总体尺寸大小，也使得燃气轮机的应用范围更广。

技术特征：

1.一种用于双出口离心压气机的扩压流道设计方法，其特征在于：扩压流道由扩压器及呈中心对称的两段整流段组成，扩压器与整流段之间设有气流收集段；

2.如权利要求1所述的一种用于双出口离心压气机的扩压流道设计方法，其特征在于：所述扩压器入口处气流的绝对速度方向与径向的夹角为α2，从半径r2至半径r3的环形区域为无叶扩压段，根据气体动力学原理，气流在叶片前缘处的绝对速度方向与径向的夹角α3近似等于α2，即近似有α3＝α2。

3.如权利要求1所述的一种用于双出口离心压气机的扩压流道设计方法，其特征在于：所述扩压器叶片数目为压气机叶片数的-5～+5范围内，且与压气机叶片数的最大公约数为1；确定其中一个叶片的位置后，通过旋转阵列，可得到其它的叶片位置。

4.如权利要求1所述的一种用于双出口离心压气机的扩压流道设计方法，其特征在于：所述气流收集段的起点v1位于扩压器与整流段交界面上，v1与原点o的连线与x轴的夹角为θ1，θ1为5°～15°，v1v2段在三维空间中对应平面。

5.如权利要求1所述的一种用于双出口离心压气机的扩压流道设计方法，其特征在于：所述v3与原点o的连线与x轴的夹角为θ3，θ3为140°～160°；所述v3、v4、v5在同一直线上，该直线与ov3垂直。

6.如权利要求1所述的一种用于双出口离心压气机的扩压流道设计方法，其特征在于：所述v4v5段内轮廓处设有点v6，点v6与另一侧气流收集段的起点v1在同一直线上，且与v3v5平行；所述v5下游段的径向截面为圆形，该圆的直径为v3v5和v1v6的间距。

7.如权利要求1所述的一种用于双出口离心压气机的扩压流道设计方法，其特征在于：所述v3v4段、v4v5段的径向截面可根据扫掠得到。

技术总结
本发明公开了一种用于双出口离心压气机的扩压流道设计方法，扩压流道由扩压器及呈中心对称的两段整流段组成，扩压器与整流段之间设有气流收集段；来自离心压气机的气流从扩压器入口流入扩压器，经过扩压器叶片的偏转后，在交界面处进入两个中心对称的整流段，气体通过整流段后，最终从两个出口分别进入两个单管燃烧室。本发明一方面减小了气体在扩压流道中的流程，有利于损失的减小，从而提升了效率；另一方面，双出口离心压气机的扩压流道为中心对称布局，连接的两个单管燃烧室也为中心对称布局，从而减小了单个燃烧室的体积，控制了燃气轮机的总体尺寸大小，也使得燃气轮机的应用范围更广。

技术研发人员：陈向艺,许浩杰,陈桥,张毓灵,蒋涛,姜开春
受保护的技术使用者：浙江清华长三角研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5