[发明专利]一种径向串置双列叶片扩压器

说明书

本发明涉及离心压气机技术的叶片扩压器，即一种径向串置双列叶片扩压器。

装有单列叶片扩压器与径向串置双列叶片扩压器的压气机性能对比试验表明：由于径向串置双列叶片扩压器能通过前、后两列叶栅不同匹配位置的间隙、重叠度等相互位置几何参数的变化组合及对两列叶栅叶片形状与弦长比的适当选择，可以形成不同形状的收敛通道，从而能有效地实现对两列扩压器叶栅的绕流进行控制(控制叶片面的流动分离与气动载荷分配)，明显地改善了离心压气机的性能，使等转速情况的压比随流量变化的特性曲线平坦，扩大了喘振裕度，提高了对比对应点的压力与效率值。现有技术中的径向串置双列叶片扩压器的构造，无一例外地都采用前列叶片中弧线弯曲凹凸方向与后列叶片中弧线弯曲凹凸方向相同的布置。这种结构的局限与缺陷在于：能使离心压气机性能比单列叶片扩压器情况得到明显改善的径向串置双列叶片扩压器的形状配置，只限于由前列叶片出口部分的背面与后列叶片进口部分的腹面形成的收敛通道呈狭隙状态(通道的通流截面非常狭窄)这一特定情况(图1)。这就使得这种有实用价值的径向串置双列叶片扩压器的结构与在单列叶片扩压器叶片的前半部分沿流动方向开割连通叶片背、腹面的狭隙(用流经狭隙的背面高速气流的动能射吹腹面边界层的低速流体，增强腹面边界层流体抗流动分离的能力)的结构，在形态与绕流控制机理上均无本质上的重大差异。图2示出了单列叶片扩压器叶片上开割缝隙的示意图。由于前、后列叶片相互位置只能选择狭隙配置这一特定结构的局限，这就严重影响了径向串置双列叶片扩压器通过改变叶栅本身几何参数构成多样化绕流控制收敛通道改善离心压气机性能潜力的发挥。(现有技术方面的资料，见范孝铨《离心压气机双列叶栅扩压器设计和试验》，内燃机工程，1980年第2期，63～73页。关于叶栅绕流控制，可参阅特雷申科《压气机叶栅的空气动力学》，机械工业出版社，1984年1月，北京)

为了克服上述径向串置双列叶片扩压器结构的局限性，本发明设计提供了一种可使离心压气机性能获得更大改善的径向串置双列叶片扩压器新结构。本发明设计的径向串置双列叶片扩压器由径向串联配置、圆周向错开排列的前、后两列径向叶片扩压器组成。其中前列叶片为副叶栅；后列叶片为主叶栅。径向串置双列叶片扩压器主、副叶栅的匹配原则是用副叶栅对不同工况的绕流进行控制，使主叶栅的绕流状况在设计工况与变工况下尽量保持良好。其技术特征为：前列副叶栅叶片的弦长约为后列主叶栅叶片弦长的1/3～3/4；前列副叶栅叶片中弧线的弯曲凹凸方向与后列主叶栅叶片中弧线的弯曲凹凸方向彼此相反，也即，后列叶片中弧线的弯曲凹凸方向与现有技术径向串置双列叶片扩压器的前、后列叶片中弧线的弯曲凹凸方向都相同，也和单列叶片扩压器的叶片中弧线的弯曲凹凸方向相同，但与前列叶片中弧线的弯曲凹凸方向相反；前列副叶栅叶片尾部附近腹面与后列主叶栅叶片头部附近腹面形成的收敛通道在前列尾缘处的周向间距应小于尾缘所在圆周的半个栅距值，这一条件可保证在后列叶片进口部分的腹面附近形成一个收敛几何特征明显的绕流控制流道。流经收敛通道的流体在其中加速，提高了前列叶片尾部背面和后列叶片进口部分腹面处的流速，增加了后列叶片进口腹面边界层流体抗流动分离的能力，使后列主叶栅的绕流状况大为改善。

由于前列叶片弧线的弯曲凹凸方向与后列叶片弧线弯曲凹凸方向相反，本发明与现有技术的单列或径向串置双列叶片扩压器相比，赋具如下优点：

●允许前列叶片进口几何角α_3A可取更小的量值，即α_3A＝10°～15°，从而使与它对应的“设计流量”与“喘振流量”的值明显减小，高效率工况与喘振边界向小流量方向扩展。

●容易在后列叶片进口部分的腹面附近形成行多种几何形状可供选择、收敛几何特征明显的绕流控制流道，增加了后列叶片进口腹面边界层流体抵抗流动分离的能力。

●变工况情况下，前列叶片抗本身叶面流动分离的能力增强。当流量增大到一定量值时，前列叶片前缘部分腹面处的流动就出现分离，但由于流道内气流按对数螺旋线运动的趋势，会使已分离的流体在下游重新被挤压贴附在该前列叶片的腹面上，约束、限制了流体分离的扩展。对于流量很小的工况，由于前列叶片进口几何角α_3A值取得很小，前列叶片进口前缘处的气流正冲角的量值也相应减小，推迟了叶背分离流动的产生，并使分离流动的强度变弱。

●前列叶片中弧线的弯曲凹凸方向使气流在前列副叶栅中的转向(减速、扩压)较快，前列叶片只需采用短的弦长就能让后列叶片进口处的气流角增大到与后列叶片进口几何角相近的程度。