离心压缩机扩压器的端壁结构及端壁处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及离屯、压缩机技术领域，特别设及离屯、压缩机导流片式端壁处理。
【背景技术】
[0002] 离屯、压缩机具有体积小、单级压比高和结构简单等优点，广泛应用于冶金、石油化 工、制冷化及动力等工业部口的气体输运、换气通风。近年来，伴随着人们对于微小型能量 转换系统的需求和兴趣的不断提升，高转速、高压比、高效率、宽工况、小型化己经成为离屯、 压缩机发展的重要趋势之一，并对其性能提出了日益苛刻的要求。当今高转速、高负荷的 发展趋势给压缩机的稳定运行及其扩稳技术提出了新的挑战，特别是W旋转失速、喘振为 代表的非定常流动失稳现象是危及压缩机稳定运行的关键因素。在压缩机的实际运行过程 中，当流量减小到某一阔值后，若继续减小流量，压缩机内部流动会发生突然的变化，流道 内部出现失速团，流动进入失稳状态，旋转失速发生。旋转失速进一步向深度的发展，压缩 系统会发生喘振，导致压缩系统中出现负流量的区域。
[0003] 为了确保压缩机安全稳定的运行，必须尽量避免旋转失速和喘振该两种流动失稳 现象。目前，一般的做法是让压缩机在远离失速点的状态下工作，也就是在设计阶段就要考 虑到一定的失速裕度。但是，典型压缩机的高效和高参数运行区域通常临近压缩机的流动 失稳边界，预留一定失速裕度的做法对压缩机的性能来说是一种极大的浪费。因此，对于实 际应用中的压缩机，通常希望其稳定工作范围尽可能宽，W使得压缩机尽量在接近高效和 高参数运行区域工作。而拓宽压缩机的稳定工作范围，推迟气流失速的发生，对于提高压缩 机的性能和可靠性具有十分重要的意义，也成为压缩机设计中需要解决的关键问题之一。
[0004] 作为一种压缩机内部流动失稳的被动控制策略，采用端壁处理将有助于削弱顶部 间隙泄漏流对压缩机的负面影响，提高压缩机的失速裕度。传统的导流片端壁处理往往针 对压缩机转子进行，但在扩大压缩机稳定工作裕度的同时常会引起效率的下降。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种离屯、压缩机扩压器的端壁 结构及端壁处理方法，通过对离屯、压缩机的扩压器进行导流片式端壁处理，能够在大幅度 提高压缩机稳定工作范围的同时，保证效率、峰值效率和压比也有所提高。
[0006] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0007] 一种离屯、压缩机扩压器的端壁结构，包括开设于离屯、压缩机扩压器轮盖侧端壁若 干个子午位置上的导流片凹槽，所述导流片凹槽内设置有多个间隔排列的导流片。
[000引单个导流片凹槽的最佳径向位置、导流片凹槽的开槽型式、导流片凹槽的径向宽 度、导流片凹槽的轴向深度、导流片安装角度、导流片径向叠合量、导流片数目W及在单个 导流片凹槽的最佳径向位置和所述最佳径向位置W外开设的所有相同的导流片凹槽的数 目依据综合失速裕度改进量及端壁处理对压缩机效率的影响依次进行优化后确定。
[0009] 单个导流片凹槽的最佳径向位置在离屯、压缩机扩压器流道中易发生失速区域所 对应的离屯、压缩机扩压器轮盖侧端壁子午位置中选取。
[0010] 所述导流片凹槽的开槽型式包括矩形、圆弧形或梯形。
[0011] 导流片凹槽的径向宽度、导流片凹槽的轴向深度、导流片安装角度、导流片径向叠 合量、导流片数目W及导流片凹槽的数目在未优化前采用的初始设定值分别为：导流片凹 槽的径向宽度为离屯、压缩机对应级扩压器叶片进出口直径差值的1/12~1/8,导流片凹槽 的轴向深度为离屯、压缩机扩压器出口宽度的1/4~1/2,导流片安装角度为大于0°，且小 于90°，导流片径向叠合量为30~50%，导流片数目与离屯、压缩机对应级扩压器叶片数相 同，导流片凹槽的数目为1个。
[0012] 当导流片凹槽的数目大于1时，相邻导流片凹槽之间的距离为小于导流片凹槽的 径向宽度。
[0013] 一种离屯、压缩机扩压器的端壁处理方法，包括W下步骤：
[0014] 1)首先，对扩压器轮盖侧未进行端壁处理的离屯、压缩机进行建模，根据对所建模 型内部流场进行数值模拟和流动分析的结果，确定离屯、压缩机内占主导的流场结构及扩压 器内部的流动特征，从而确定离屯、压缩机扩压器流道内易于发生失速的区域；
[0015] 2)根据步骤1)确定的离屯、压缩机扩压器流道内易于发生失速的区域，沿该区域 所对应的离屯、压缩机扩压器轮盖侧端壁不同子午位置开设单个导流片凹槽，然后对处理后 的开设单个导流片凹槽的所述离屯、压缩机再次进行建模，根据对处理后的开设单个导流片 凹槽的所述离屯、压缩机内部流场进行数值模拟和流动分析的结果，比较导流片凹槽在不同 子午位置处的综合失速裕度改进量及端壁处理对压缩机效率的影响，从而确定单个导流片 凹槽的最佳径向位置；
[0016] 3)根据所述单个导流片凹槽的最佳径向位置，并（根据初始设定值）固定导流片 凹槽的径向宽度、导流片凹槽的轴向深度、导流片安装角度、导流片径向叠合量W及导流片 数目，改变导流片凹槽的开槽型式，对具有不同开槽型式端壁处理的所述离屯、压缩机进行 建模，根据对所述离屯、压缩机内部流场进行数值模拟和流动分析的结果，比较导流片凹槽 的不同开槽型式的综合失速裕度改进量及端壁处理对压缩机效率的影响，从而确定最佳的 导流片凹槽的开槽型式；
[0017] 4)根据单个导流片凹槽的最佳径向位置W及最佳的导流片凹槽的开槽型式，对导 流片凹槽的径向宽度、导流片凹槽的轴向深度、导流片安装角度、导流片径向叠合量、导流 片数目W及在单个导流片凹槽的最佳径向位置和所述最佳径向位置W外开设的所有相同 的导流片凹槽的数目依据综合失速裕度改进量及端壁处理对压缩机效率的影响依次进行 优化。
[0018] 所述导流片凹槽的开槽型式包括矩形、圆弧形或梯形。
[0019] 导流片凹槽的径向宽度、导流片凹槽的轴向深度、导流片安装角度、导流片径向叠 合量、导流片数目W及导流片凹槽的数目在未优化前采用的初始设定值分别为：导流片凹 槽的径向宽度为离屯、压缩机对应级扩压器叶片进出口直径差值的1/12~1/8,导流片凹槽 的轴向深度为离屯、压缩机扩压器出口宽度的1/4~1/2,导流片安装角度为大于0°，且小 于90°，导流片径向叠合量为30~50%，导流片数目与离屯、压缩机对应级扩压器叶片数相 同，导流片凹槽的数目为1个。
[0020] 当导流片凹槽的数目大于1时，相邻导流片凹槽之间的距离为小于导流片凹槽的 径向宽度。
[0021] 本发明的有益效果体现在：
[0022] 本发明所述离屯、压缩机扩压器的端壁结构中，导流片凹槽的存在为扩压器顶部区 域的低速流体提供了一个回流通道，将低动能流体团抽吸进入处理槽内并沿处理槽周向和 流向输运，在该一过程中，仅有部分流体重新注入主流，低动能流体区域的面积缩小并且流 速也有提高，改善了扩压器顶部通道的流动状况，减弱了顶部通道的堵塞，达到扩大压缩机 稳定工作范围的目的，且本发明可W方便的实现加工。
[0023] 本发明所述离屯、压缩机扩压器的端壁处理方法，通过选择合适的开槽位置、导流 片凹槽几何参数和导流片几何参数及导流片凹槽数目，能够在不损失压缩机效率的前提下 获得较大的失速裕度改进，因此对于改善压缩机性能具有显著的作用，具有很高的社会效 益及推广价值。
【附图说明】
[0024] 图1为不同子午位置端壁处理的示意图；图1中；LE和TE分别代表叶轮叶片前缘 和尾缘，DLE和DTE分别代表扩压器叶片前缘和尾缘；1、2、3分别代表导流片端壁处理的子 午位置编号。
[0025] 图2为导流片凹槽的几种开槽型式；其中，（a)为矩形开槽；化）为圆弧形开槽； (C)为梯形开槽；4为扩压器叶片，5为导流片。
[0026] 图3为导流片剖面安装示意图；其中，4-1为第一级扩压器叶片（叶片圆周等分）， 4-2为第二级扩压器叶片（叶片圆周等分），5为导流片，6为导流片凹槽（壁面凹槽）。
[0027] 图4为质量流量化g/s)与效率的特性曲线。
[002引图5为质量流量化g/s)与压比的特性曲线。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
[0030] 1)首先，对扩压器轮盖侧没有端壁处理的压缩机进行建模，并对其内部流场进行 数值模拟和流动分析，确定压缩机内占主导的流场结构及其流动特征，明确压缩机流道内 易于发生