[发明专利]一种适用于宽工况运行的离心压缩机叶轮

说明书

本发明公开了一种适用于宽工况运行的离心压缩机叶轮，属于离心式风机叶轮叶片制造技术领域。该叶轮采用的叶片具有局部柔性结构，该局部柔性结构位于叶片的非工作面，不平行于叶片前缘，且由叶片尾部开始，随着叶高的增大位置向叶片中部倾斜。本发明在传统离心压缩机叶轮叶片的基础上，通过新型叶片的局部柔性结构与叶轮流道内流体相互作用来延迟流道内流动分离；尤其是在非稳定工况以及流量偏离高效工况时，这时柔性结构的自适应特性可以使得流体能量损失减少，从而达到离心压缩机的扩稳增效的目的。采用具有局部柔性结构叶片的叶轮可为广泛应用离心压缩机的冶金、电力、石油、化工、环境工程等工业部门节约能源消耗，降低成本。

技术领域

本发明属于离心式风机叶轮叶片制造技术领域，具体涉及一种适用于宽工况运行的离心压缩机叶轮。

背景技术

离心压缩机在冶金、电力、石油、化工、环境工程等工业部门应用广泛，但其耗电量大、稳定高效工况范围窄的缺点亟待改善，以降低各工业部门的生产成本。

研究证明，传统的通过优化压缩机叶轮叶片的形状来提高压缩机性能的方法已经远远不能满足现代工程技术的需要。近几十年来，随着计算机技术的发展和计算流体动力学技术的普及，科研人员通过大量的实验和数值模拟对压缩机叶轮进行了大量的研究和探索，已经充分挖掘了传统设计方法的提升潜力。传统方法设计出的离心压缩机只能在设计工况下高效运行，压缩机变工况后，流动便偏离设计，引起较大的分离损失，效率将极大降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于宽工况运行的离心压缩机叶轮，该离心压缩机叶轮的叶片结构简单、加工方便、安全性高，具有抑制、延迟边界层分离效果明显的优势，能够使叶轮以及压缩机整机获得更高效率，同时扩大离心叶轮稳定高效工况范围。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种适用于宽工况运行的离心压缩机叶轮，该叶轮采用的叶片具有局部柔性结构，该局部柔性结构位于叶片的非工作面，不平行于叶片前缘，且由叶片尾部开始，随着叶高的增大位置向叶片中部倾斜。

所述局部柔性结构与叶片中间具有空腔，满足局部柔性结构的自适应变形或自激振动的需要。

所述局部柔性结构对于叶轮流道内流体具有自适应特性，能够在来流作用下自适应地产生形变或自激振动。

通过局部柔性结构与叶轮流道内流体相互作用实现动量向边界层的输运，延迟流道内流动分离。

在非稳定工况及流量偏离高效工况时，局部柔性结构的自适应性使流体能量或动量向叶轮流道尾部传递，使离心叶轮具有平坦的性能曲线及较宽的稳定工况范围。

所述局部柔性结构的材料采用金属箔、皮革或PET板。

所述局部柔性结构的厚度为1mm～5mm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的适用于宽工况运行的离心叶轮，该叶轮采用的叶片具有局部柔性结构，离心压缩机叶轮流道内的流动分离发生在叶片的吸力面后部，并且随着叶高的增高，分离区域向叶片中部移动，所以局部柔性结构不平行于叶片前缘，且随叶高的增大，位置向叶片中部移动。这样使得柔性结构位于分离区域的前边界，利用柔性结构与流体的相互作用发生形变或自激振动减小分离区，从而减少流道内流体的能量或动量损失。离心叶轮叶片具有抑制、延迟边界层分离效果明显，结构简单，加工方便，安全性较高等技术优势；能够使叶轮以及压缩机整机获得更高效率，同时扩大离心叶轮稳定高效工况范围。本发明不仅能使离心压缩机更加高效、节能，为广泛应用离心压缩机的冶金、电力、石油、化工、环境工程等工业部门节约能源消耗、降低成本，同时也能够使离心压缩机具有更宽广的工况范围、变工况工作能力强，减少喘振的危害。因此，本发明具有很大的实际应用价值和广阔的发展前景。