之间的夹角。
[0024] 如图5所示，由轮盖1与轮盘5形成的扩压器子午面流道中，轮盖的型线由一段抛物 线两端连接两段直线段组成，入口处的直线段长16mm，出口处的直线段长8mm，抛物线的形 状与上层叶片的顶面形状匹配。因此，由轮盖1与轮盘5形成的扩压器子午面流道呈收敛型 结构，扩压器子午面流道的出口宽度b4比入口宽度b3小12mm。
[0025] 通过上、下层叶片入口安装角改进、扩压器子午面流道宽度设计、第一弧形翼槽和 第二弧形翼槽设计来优化内部边界层分离和减少二次流，从而提升扩压器效率，具体如下：
[0026] 对于扩压器线型，常用的有板型叶片与机翼型叶片，由于翼型叶片流动损失小，变 工况性能好的特点，本发明选择的是翼型叶片进行优化。
[0027] 1、上、下层叶片入口安装角改进：
[0028] 当扩压器在非设计工况下工作时，由于叶片入口冲角，通常会产生边界层分离，至 于分离区的位置、大小与叶片的形状和入口冲角有关。
[0029] 对于叶片扩压器入口冲角i的定义：
[0030] ?=α3Α-α3 (1)
[0031] 无论i为正或为负时，偏离0越大，在叶片表面均会发生边界层分离。所W为了尽量 减小扩压器内流动分离，应该将入口冲角i控制在一定的范围内。对于一般的叶片扩压器， 设计完成后入口安装角03A是个固定值，然而扩压器的入口气流角03沿着叶高方向的分布是 不均匀的，通常在靠近轮盖位置的入口气流角要大于靠近轮盘位置的入口气流角，运必然 引起靠近轮盖位置出现较大的入口冲角，形成边界层分离。本发明设计一种双层的扩压器 叶片，并且使上下层叶片的入口安装角互不相同。设下层叶片的入口安装角为Q3A1，上层叶 片的入口安装角为Q3A2,则设计时a = a3A2-a3Ai根据具体扩压器入口气流角的分布在8~10° 范围内取值。
[0032] 2、扩压器子午面流道宽度设计：
[0033] 扩压器的效率定义：
[0036] 式中，Cp为压力恢复系数，Cph为理想压力恢复系数，C3为扩压器出口速度，C3为扩压 器进口速度，ζ为总压损失系数。
[0037] 由式(2)与（3)可W看出，要使扩压器获得较大的压力恢复系数Cp与较高的效率η， 一种方法就是尽量减小总压损失系数ζ，
[003引 C = C(b3/D3，b4/b3) (4)
[0039] 公式(4)中，〇3为叶片入口直径(叶片压力面的前缘线在纵截面上的截点所在W轮 盘5中屯、为圆屯、的圆周直径），由公式(4)可W看出，当与ζ相关的b3/〇3比值及其它参数保持 不变时，当b4/b3在1.0左右变化时，一定存在一个值使得ζ最小，从而使扩压器的效率增加。 当b4/b3>l时，随b4/b3比值的增大，开始时由于流道加宽，总压损失系数还有所下降，但是 b4/b3比值进一步增大时，对于流道扩张度增大所带来的各项损失增大，总压损失系数便开 始上升，扩压器流道内的损失也增大很多。反之，当b4/b3<l时，即采用收敛型扩压器，一方 面使气流变得更加均匀，另一方面则增大了入口气流角03,运样减小了混合损失与二次流 损失，从而提高了Cp，当03较大时，气流的减速作用也对Cp起到较大作用。因此，在收敛过程 中，存在一个使Cp最大的b4/b3值，通过对不同扩压器的压缩机模型进行数值模拟并比较性 能，最终选取b4 = 0.85b3,传统的扩压器壁面，即由轮盘与轮盖面组成的扩压器流道子午面， 通常是直壁型，本发明采用的将直壁型收敛改成抛物线收敛型壁面，抛物线型的壁面相对 于直壁型能够使气流加速，使气流加快均匀化，从而进一步提高扩压器的效率，本实施例中 优化后的 b3 = 36.6mm，b4 = 31.11mm。
[0040] 3、第一弧形翼槽和第二弧形翼槽设计：
[0041] 为了进一步抑制表面的边界层分离，减小分离縱满，在上、下层叶片的吸力面与压 力面分别设置一道弧形翼槽，弧形翼槽的横截面为圆弧形，更加符合气流运动的特点，为了 防止对进口气流形成冲击，使弧形翼槽安置在距离叶片前缘一定距离的位置。
[0042] 从叶轮出口出来的高速气流具有强烈不均匀性，气流角沿叶高的分布是由叶根到 叶顶逐渐变大，一般的扩压器在叶高方向上的入口安装角保持固定一个角度不变，因此很 容易导致靠近轮盖的位置气流冲角过大，而导致气流在扩压器表面形成分离。本发明由上 下两层叶片组成，其中下层叶片的入口安装角较小，上层叶片的入口安装角较大，很好地适 应了轮出口气流的分布特征，将整个扩压器高度上的气流冲角控制在一定范围内，抑制叶 片表面气流分离的发生，防止喘振的发生。同时收敛型的扩压器流道结构相比平行的扩压 器流道结构改善了气流在流道内的周向分布，收敛型流道内比平直型流道回流强度减小很 多。
[0043]本发明在叶片两侧的弧形翼槽更是可W控制扩压器表面的边界层的发展，最大限 度地抑制压力面与吸力面表面的边界层分离。因此在工况发生变化时，边界层不易分离，扩 压器效率得W提高。
【主权项】
1.离心压缩机的双层叶片收敛型扩压器，包括轮盖、上层叶片、隔板、下层叶片和轮盘， 其特征在于：十二片下层叶片沿圆周均布，且底部均固定在轮盘上，顶部均与隔板底面固 定;所述隔板的厚度为1~2mm;十二片上层叶片沿圆周均布，且底部均固定在隔板顶面上， 顶部均与轮盖固定;上层叶片和下层叶片均采用翼形结构； 所述上层叶片的顶面为抛物面，上层叶片前缘的高度比上层叶片后缘的高度大12~ 15mm;上层叶片压力面和上层叶片吸力面均开设有第一弧形翼槽;所述第一弧形翼槽的中 心线高度为上层叶片后缘高度值的1/2;第一弧形翼槽靠近上层叶片前缘的端面与上层叶 片前缘之间所夹弧长为上层叶片弦长的1/8~1/7,第一弧形翼槽靠近上层叶片后缘的端面 与上层叶片后缘之间所夹弧长为上层叶片弦长的1/7~1/6;第一弧形翼槽为等截面槽，且 截面呈半圆形； 所述下层叶片前缘与下层叶片尾缘等高，且等于上层叶片前缘的高度；下层叶片压力 面和下层叶片吸力面均开设有第二弧形翼槽;所述第二弧形翼槽的中心线高度为下层叶片 高度值的1/2;第二弧形翼槽靠近下层叶片前缘的端面与下层叶片前缘之间所夹弧长为下 层叶片弦长的1/8~1/7,第二弧形翼槽靠近下层叶片尾缘的端面与下层叶片尾缘之间所夹 弧长为下层叶片弦长的1/7~1/6;第二弧形翼槽为等截面槽，且截面呈半圆形； 所述下层叶片和上层叶片压力面的前缘线在同一纵截面上的截点位于以轮盘中心为 圆心的同一圆周上;上层叶片的入口安装角比下层叶片的入口安装角大6~8°; 由轮盖与轮盘形成的扩压器子午面流道中，轮盖的型线由一段抛物线两端连接两段直 线段组成，入口处的直线段长12~16mm，出口处的直线段长8~10mm，抛物线的形状与上层 叶片的顶面形状匹配;扩压器子午面流道的出口宽度比入口宽度小12~15_; 通过上、下层叶片入口安装角改进、扩压器子午面流道宽度设计、第一弧形翼槽和第二 弧形翼槽设计来优化内部边界层分离和减少二次流，从而提升扩压器效率。
【专利摘要】本发明公开了离心压缩机的双层叶片收敛型扩压器。改进叶片扩压器使其较好匹配叶轮出口的高旋三元气流是亟需解决的问题。本发明中上层叶片的顶面为抛物面；上层叶片压力面和上层叶片吸力面均开设有第一弧形翼槽；下层叶片前缘与下层叶片尾缘等高，且等于上层叶片前缘的高度；下层叶片压力面和下层叶片吸力面均开设有第二弧形翼槽；上层叶片的入口安装角比下层叶片的入口安装角大；子午面流道中，轮盖的型线由一段抛物线两端连接两段直线段组成。本发明的上下两层叶片能够改善扩压器入口气流角沿叶高分布不均匀的问题，利用增大上层叶片的入口安装角使上下两层叶片交错分布，将整个扩压器高度上的气流冲角控制在一定范围内。
【IPC分类】F04D27/02, F04D29/44
【公开号】CN105697419
【申请号】CN201610188643
【发明人】窦华书, 陈兴, 魏义坤, 陈小平, 杨徽
【申请人】浙江理工大学
【公开日】2016年6月22日
【申请日】2016年3月29日