[发明专利]离心压气机级串列扩压器

权利要求书

1.一种离心压气机级串列扩压器，其特征在于，包括在扩压器的进风方向上依次连接设有的扩压器机匣(12)和轴向段机匣(13)，还包括扩压器轮毂(8)和扩压器轮毂(8)后连接设置有的轴向段轮毂(9)；所述的扩压器机匣(12)与扩压器轮毂(8)配合形成扩压器子午流道，在所述的子午流道内，沿着气流方向上依次设有分别与所述扩压器轮毂(8)和扩压器机匣(12)固连的扩压器径向前排叶片(1)、扩压器轴向后排主叶片(2)和扩压器轴向后排分流叶片(3)；

所述扩压器径向前排叶片(1)的尾缘延伸至所述子午流道的弯曲段上，所述的扩压器径向前排叶片(1)用于提前在所述的弯曲段将径向流改变为轴向流；且扩压器径向前排叶片(1)的尾缘与扩压器轴向后排主叶片(2)前缘紧挨且之间设有流道间隙，所述的流道间隙使扩压器径向前排叶片(1)压力面上的高能流体经过加速后，吹向扩压器轴向后排主叶片(2)易于分离的吸力面，从而抑制或推迟扩压器轴向后排主叶片(2)吸力面的分离；

所述的扩压器径向前排叶片(1)均布设置在扩压器轮毂(8)的周面上，所述的扩压器轴向后排主叶片(2)和扩压器轴向后排分流叶片(3)交替均布设在扩压器轮毂(8)的轴向周面上。

2.如权利要求1所述的离心压气机级串列扩压器，其特征在于，所述的流道间隙是指所述扩压器径向前排叶片(1)的后缘压力面与扩压器轴向后排主叶片(2)的前缘吸力面之间的间隙。

3.如权利要求1所述的离心压气机级串列扩压器，其特征在于，所述扩压器轴向后排主叶片(2)和相邻的扩压器轴向后排分流叶片(3)为一组扩压器轴向后排叶片，所述的一组扩压器轴向后排叶片形成的气流通道，用于减小气流与轴向的夹角；所述扩压器轴向后排叶片的组数与扩压器径向前排叶片(1)数量相同。

4.如权利要求1所述的离心压气机级串列扩压器，其特征在于，所述的扩压器机匣(12)、轴向段机匣(13)与所述的扩压器轮毂(8)、轴向段轮毂(9)组成并形成了所述的子午流道，且所述的子午流道是由直线和贝塞尔曲线配合形成的复合曲线；在子午流道的入口处的扩压器机匣(12)具有向扩压器轮毂(8)方向收缩1.5-2.5mm的机匣收缩段(14)，显著抑制扩压器进口机匣处的流动分离。

5.如权利要求1所述的离心压气机级串列扩压器，其特征在于，在扩压器的进风方向上依次设有进气道轮毂(6)和扩压器轮毂(8)，在进气道轮毂(6)和扩压器轮毂(8)之间设有离心叶轮盘轮毂(7)，在离心叶轮盘轮毂(7)的迎风周向表面上，交替安装有离心叶轮主叶片(4)和离心叶轮分流叶片(5)，所述的离心叶轮盘轮毂(7)、离心叶轮主叶片(4)，离心叶轮分流叶片(5)共同构成离心叶轮，以恒定速度工作旋转；

在所述扩压器进风方向上，还依次连接设有进气道机匣(10)、离心叶轮机匣(11)，所述的进气道轮毂(6)和离心叶轮盘轮毂(7)设置在所述的进气道机匣(10)和离心叶轮机匣(11)内。

6.如权利要求5所述的离心压气机级串列扩压器，其特征在于，离心叶轮主叶片(4)和离心叶轮分流叶片(5)周向均布。

7.如权利要求1-6任一所述的离心压气机级串列扩压器，其特征在于，所述的扩压器径向前排叶片(1)的叶型是由以下方法步骤得到的：

1)确定扩压器径向前排叶片(1)的叶高叶型的前缘点和尾缘点：首先将所述扩压器径向前排叶片(1)的叶高叶型等分为n层，分别为H₁、H₂、…H_n，其中，H₁叶高叶型为轮毂与叶片的交界面，H_n叶高叶型为机匣与叶片的交界面，在与扩压器转轴方向垂直的面内，所述n个叶高叶型前缘为直线，叶片沿着n个叶高叶型前缘以直线的方式积叠，积叠时，在与转轴方向垂直的面内，前缘相对径向的倾斜角度为L度；

选取一个圆柱坐标系，仅涉及Z及R两个维度，Z为横坐标，R为纵坐标；根据以上积叠方式，所述n个叶高叶型的每个叶高叶型前缘点由R坐标限制，每个叶高叶型尾缘点由Z坐标限制，那么所述的n个叶高叶型前缘点R坐标为R₁、R₂、…R_n；所述n个叶高叶型尾缘点Z坐标为Z₁、Z₂、…Z_n；

即得到了所述扩压器径向前排叶片(1)叶高叶型在Z-R子午平面内的前缘点和尾缘点；

2)确定所述叶高叶型的中弧线：在所述的n个叶高叶型中，其中弧线是在对应叶高叶型曲面内由二维坐标系定义，为由m个点定义的贝塞尔曲线；横坐标为以前缘点为起点，在所述的子午面内中弧线长度增量与半径比值的积分，其中弧线前缘点及尾缘点之间的点的m-2个点横坐标选取为等距离均匀分布；纵坐标为周向角度θ，通过流体仿真软件气动分析获得θ值；

上述过程即得到了所述扩压器径向前排叶片(1)的叶高叶型对应的中弧线；

3)确定所述叶高叶型半厚度分布：所述扩压器径向前排叶片(1)的叶型压力面与吸力面对称，其由相同分布的半厚度定义，半厚度分布过程中，横坐标用总长为单位1的等分表征横坐标，即前缘相对位置为0，尾缘相对位置为1，纵坐标为半厚度值；在所述的第n个叶高叶型，半厚度值沿由m个点定义的贝塞尔曲线自前缘至尾缘分别为T_n-1，T_n-2…，T_n-m，通过流体仿真软件气动分析获得对应的T_n-1，T_n-2…，T_n-m的值；在该叶高叶型内，以垂直中弧线的方式，在两边分别形成压力面、吸力面；

4)确定所述扩压器径向前排叶片(1)的初步叶型：通过第三步中获得的叶高叶型半厚度分布，进一步获得叶高叶型，通过n个叶高叶型前缘点积叠形成初步叶型；

5)确定所述扩压器径向前排叶片(1)的最终叶型：所述的扩压器径向前排叶片的前缘为尖前缘，其生成方式为：在每个叶高叶型，以其中弧线前缘点为起点，圆心在该离心压气机转轴上，在垂直于转轴的平面内画圆，该圆分别与上述叶高叶型的压力面、吸力面相交并形成两个交点；连结这两个交点，则压力面、吸力面在前缘处闭合；

扩压器径向前排叶片的尾缘为椭圆，椭圆分别与叶型压力面、吸力面相切；则压力面、吸力面在尾缘处闭合。