专利名称:离心压气机可控型面无叶扩压器的制作方法
技术领域：
离心压气机可控型面无叶扩压器属于叶轮机械技术领域：
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背景技术：
本发明涉及车用、船用增压器离心压气机、工业用离心压气机以及航空离心压气机等叶轮机械无叶扩压器的改进。
离心式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。离心式压气机低流量工况下将在叶轮及扩压器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。
现有离心压气机无叶扩压器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，能有效的将叶轮出口气体的动能转化为静压能，而不发生造成较大损失的大尺度分离。但这种固定壁面适合于设计流量的无叶扩压器在低流量工况下，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，在压气机的逆压梯度作用下，气体回流，压气机发生喘振现象。当离心压气机流量减小时，扩压器截面积也应相应减小，以减少分离，提高扩压器效率，扩大压气机稳定运行工况范围。现有使用了平移轮盖以减小低流量时扩压器通流面积的专利(见公告号CN1021591A，)，但轮盖内壁面形状是固定的，壁面仅能作平移移动，且可平移扩压器内壁在叶轮出口处向轮盘平移较大距离后对叶轮出口气流有阻塞作用，会造成较大的冲击损失，造成扩压器效率下降。在各流量情况下，扩压器内壁面有其最优设计形状，若能在各流量条件下扩压器内壁面形成最优形状，将最大效能抑制扩压器流动分离，有效扩展压气机稳定工况范围。经检索，国内外公开的文献中没有涉及能在各流量条件下扩压器内壁面形成最优形状的扩压器的文献。
发明内容本发明目的在于，克服了现有技术的缺陷，针对现有离心压气机无叶扩压器不能根据流量调节扩压器内壁面形状的缺陷，设计了离心压气机可控型面无叶扩压器。
本发明的特征在于，含有压气机转轴(1)、叶轮轮盘(2)、叶片(3)、外壁面扩压器轮盖(5)、扩压器轮盘(10)及叶轮挡板(12)，其特征在于，在所述外壁面扩压器轮盖(5)的内侧壁上，还装有一个挠性环状圆盘(9)，所述挠性环状圆盘(9)的内圆周与所述外壁面扩压器轮盖(5)的内侧壁固定，在所述挠性环状圆盘(9)的圆周面上固定有至少两组径向分布的圆弧环片组，每一组圆弧环片组含有沿周向分布的至少3个圆弧环片(8)，每一个圆弧环片(8)连接一个可控型推力机构(16)。
所述可控型推力机构(16)含有固定在外壁面扩压器轮盖(5)的内侧壁上的支撑壳(6)，在所述支撑壳(6)内套有一个中空的一端与所述圆弧环片(8)固定的挺杆(7)，挺杆(7)可在支撑壳(6)内沿轴向自由滑动；在所述支撑壳(6)内沿轴向还固定有一个电加热柱(15)，在所述电加热柱(15)上套有记忆合金弹簧(14)。
所述挠性环状圆盘(9)的材料是合金弹簧钢。
所述每一组圆弧环片组含有沿周向均布的6个圆弧环片(8)。
所述挠性环状圆盘(9)外圆周上有一个与所述外壁面扩压器轮盖(5)形成密封结构的密封壳(13)。
试验证明，本发明所提出的离心压气机可控型面无叶扩压器能够根据流量调节扩压器内壁面的形状，达到了预期的目的。
图1是本发明的剖视图。
图2是可控推力机构的剖视图。
图3是挠性环状圆盘上的圆弧环片的分布示意图。
具体实施方式结合本发明的具体实施方式
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如图1所示，压气机转轴1、叶轮轮盘2、叶片3、外壁面扩压器轮盖5、扩压器轮盘10及叶轮挡板12均为现有压气机通用部件，11是无叶扩压器流道。其特点是，在外壁面扩压器轮盖5的内侧壁上，还装有一个挠性环状圆盘9，挠性环状圆盘9的内圆周与外壁面扩压器轮盖5的内侧壁相连形成结合部4，在挠性环状圆盘9的圆周面上固定有至少两组径向分布的圆弧环片组，每一组圆弧环片组含有沿周向分布的至少3个圆弧环片8，每一个圆弧环片8连接一个可控推力机构16。该推力机构16可以是由加热器控制的记忆合金或由微型电机驱动的推杆等，装备该压气机的系统获取流量传感器的信息，经由电控单元处理后给出具体的位移量，使可控推力机构16根据位移量推动圆弧环片8，使得挠性环状圆盘9产生形变，从而形成不同流量下的优化的内壁面形状。圆弧环片8保证了作用力均匀作用于周向方向，保证了挠性环状圆盘9变形周向均匀。
下面结合具体实施例进行说明。
见图1，扩压器轮盖5内侧壁上装有一个挠性环状圆盘9，挠性环状圆盘9可由合金弹簧钢制成，挠性环状圆盘9的内圆周部分与外壁面扩压器轮盖5相连形成结合部4。圆弧环片组有两组，每组6个圆弧环片，呈周向均布，固定在挠性环状圆盘9上。每一个圆弧环片对应一个可控推力机构16，本实施例采用加热器控制的记忆合金为推力源的推力机构。
如图2所示，可控推力机构16由支撑壳6、记忆合金弹簧14、电加热柱15和挺杆7组成。支撑壳6固定在扩压器轮盖5的内侧壁上，为空腔结构，挺杆7是中空的柱状结构，其一端固定在圆弧环片8上，另一端套在支撑壳6内，能够与支撑壳产生相对滑动，电加热柱15沿轴向固定在支撑壳6内，通电后会产生热量，温度升高，使套在其上的记忆合金弹簧14延长，推动圆弧环片8，使挠性环状圆盘9产生形变，产生的形变量由通电电流大小决定。
挠性环状圆盘9外圆周的边缘有一圈密封壳13，形状类似于圆柱侧面，主要起防止气流流到外壁面扩压器5和挠性环状圆盘9之间的作用，以避免较大的回流损失。
可控型推力机构的数量与圆弧环片相同且是位置是对应的，其组数与是由扩压器径向长度决定的。对于大型压气机，其扩压器径向长度大，可以安置3组或3组以上推力机构，能够更好的控制扩压器的型面；对于中小型压气机，扩压器长度较短，也应保留2组位移推力机构。每一组的个数与挠性环状圆盘的圆周长有关，可以根据周长的大小适当的增加或减少推力机构的个数。
在各流量情况下，扩压器内壁面均有最优型面形状，可控推力机构16获取电控单元根据流量计算所得的位移，推动挠性环状圆盘9进行相应的轴向位移，如图3所示，挠性环状圆盘9在径向方向有三个型面形状控制点，分别是结合点4和两组圆弧环片8，以达到尽量逼近最优型面的效果。在额定流量工况下，挺杆回缩，保证扩压器流通面积足够大，避免出现堵塞现象；在小流量工况下，挺杆伸出，扩压器壁面型面呈现收缩的流道，且型面逼近最优型面形状，避免扩压器内部流动分离，提高了扩压器效率，扩展了压气机工况范围，提高了失速裕度。
权利要求
1.离心压气机可控型面无叶扩压器，含有压气机转轴(1)、叶轮轮盘(2)、叶片(3)、外壁面扩压器轮盖(5)、扩压器轮盘(10)及叶轮挡板(12)，其特征在于，在所述外壁面扩压器轮盖(5)的内侧壁上，还装有一个挠性环状圆盘(9)，所述挠性环状圆盘(9)的内圆周与所述外壁面扩压器轮盖(5)的内侧壁固定，在所述挠性环状圆盘(9)的圆周面上固定有至少两组径向分布的圆弧环片组，每一组圆弧环片组含有沿周向分布的至少3个圆弧环片(8)，每一个圆弧环片(8)连接一个可控型推力机构(16)。
2.如权利要求
1所述的离心压气机可控型面无叶扩压器，其特征在于，所述可控型推力机构(16)含有固定在外壁面扩压器轮盖(5)的内侧壁上的支撑壳(6)，在所述支撑壳(6)内套有一个中空的一端与所述圆弧环片(8)固定的挺杆(7)，挺杆(7)可在支撑壳(6)内沿轴向自由滑动；在所述支撑壳(6)内沿轴向还固定有一个电加热柱(15)，在所述电加热柱(15)上套有记忆合金弹簧(14)。
3.如权利要求
1所述的心压气机可控型面无叶扩压器，其特征在于，所述挠性环状圆盘(9)的材料是合金弹簧钢。
4.如权利要求
1所述的心压气机可控型面无叶扩压器，其特征在于，所述每一组圆弧环片组含有沿周向均布的6个圆弧环片(8)。
5.如权利要求
1所述的离心压气机可控型面无叶扩压器，其特征在于，所述挠性环状圆盘(9)外圆周上有一个与所述外壁面扩压器轮盖(5)形成密封结构的密封壳(13)。
专利摘要
离心压气机可控型面无叶扩压器属于叶轮机械技术领域：
。其特征在于含有压气机转轴、叶轮轮盘、叶片、外壁面扩压器轮盖、扩压器轮盘及叶轮挡板，其特征在于，在所述外壁面扩压器轮盖的内侧壁上，还装有一个挠性环状圆盘，所述挠性环状圆盘的内圆周与所述外壁面扩压器轮盖的内侧壁固定，在所述挠性环状圆盘的圆周面上固定有至少两组径向分布的圆弧环片组，每一组圆弧环片组含有沿周向分布的至少3个圆弧环片，每一个圆弧环片连接一个可控型推力机构。本发明能够在不同流量工况下，收缩或扩张的流道，且型面逼近最优型面形状，避免扩压器内部流动分离，提高了扩压器效率，扩展了压气机工况范围，提高了失速裕度。
文档编号F04D29/46GK1995762SQ200610169820
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月29日
发明者郭宫达, 张扬军, 郑新前, 徐建中, 诸葛伟林 申请人:清华大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan