[发明专利]一种采用蜗壳流道截面A/r非线性分布的离心压气机

说明书

本发明涉及一种采用蜗壳流道截面A/r非线性分布的离心压气机，属于叶轮机械技术领域。本发明的离心压气机包括机壳、离心叶轮、背盘和扩压器。本发明中的蜗壳流道截面的面积半径比(A/r)在周向上是非线性分布的，且在蜗舌附近区域蜗壳流道截面A/r的增长速率低于在其他周向位置的增长速率。本发明能够抑制离心压气机内部的流场畸变，有效降低流场掺混损失，同时有效降低流场的非均匀性，从而大幅度改善离心压气机的气动性能和流动稳定性。

技术领域

本发明涉及一种采用蜗壳流道截面A/r非线性分布的离心压气机，属于叶轮机械技术领域。

背景技术

本发明所涉及的一种采用蜗壳流道截面A/r非线性分布的离心压气机，涉及车用、船用、航空用等各种用途增压器的离心压气机，以及鼓风机等采用的离心压气机。

相比于已有的往复式活塞压气机，离心压气机等叶轮式压气机具有效率高、体积重量轻、运转平稳等优势。然而，离心压气机运行工况范围有限，尤其是在小流量等非设计工况下，由于蜗壳几何的周向非对称性和蜗舌结构的影响，使得离心压气机内部形成畸变，流场呈现极强的周向非对称性，诱发离心压气机内部过早的出现不稳定流动，造成失速甚至喘振，将直接导致离心压气机压比和效率下降，缩短离心压气机寿命甚至在短时间内损坏离心压气机。

蜗壳是离心压气机重要的组成部分，主要起收集压缩气体的作用，同时由于其通流截面积在周向上以一定的规律增加，其在非设计工况下也起一定的降压(大流量)或扩压(小流量)作用。蜗壳是一个以特定半径为进口，沿周向方向流道截面的面积半径比(A/r)不断增加的通道。传统的蜗壳流道截面的面积半径比(A/r)的分布规律通过离心压气机设计工况点确定，在假定进入蜗壳内部的流体参数周向均匀的前提下保证流体压力在理论上保持周向恒定，实现在收集气体的同时不引入周向流场畸变的效果。由于假定从任何周向位置上进入蜗壳的气流参数相同(周向均匀假设)，传统的蜗壳流道截面面积半径比(A/r)在周向上是线性分布的。而实际上，在蜗舌结构的影响下，进入蜗壳的气流在周向上是不同的，尤其是在蜗舌附近区域气流参数(如静压)会产生剧烈变化。在此真实流动条件下，蜗壳流道截面面积半径比(A/r)线性分布的蜗壳往往会增益流场的不均匀性，带来严峻的流动稳定性问题，诱导离心压气机过早出现不稳定扰动甚至是喘振的发生。

发明内容

本发明目的是提出一种采用蜗壳流道截面A/r非线性分布的离心压气机，对已有的离心压气机的蜗壳流道进行改进，在保证结构不发生大的改变的前提下，抑制离心压气机内部流场畸变，尤其是蜗舌附近流场的畸变，改善离心压气机内部的流动稳定性，拓宽离心压气机的稳定工作范围。

本发明提出的一种采用蜗壳流道截面A/r非线性分布的离心压气机，包括机壳、离心叶轮、背盘和扩压器；所述的离心叶轮和扩压器同轴安装，离心叶轮由离心压气机旋转轴驱动，所述的机壳与背盘相对固定，在机壳外端和离心叶轮外缘之间的径向范围内，机壳和背盘形成环状流道，构成扩压器，在扩压器部分可以安装导流叶片，也可以不安装叶片，所述环状流道外端连接由蜗壳限定的蜗壳流道，所述蜗壳为机壳的外端部分，蜗壳流道进口和环状流道出口相通，其特征在于：所述蜗壳流道截面的面积半径比(A/r)在周向上非线性变化，具体体现为：在蜗舌附近区域(以蜗舌为中心，周向90°～180°覆盖的区域)，蜗壳流道截面面积半径比(A/r)的增长速率小于在其他周向位置的增长速率。

本发明提出的一种采用蜗壳流道截面A/r非线性分布的离心压气机，其优点是：本发明所涉及的离心压气机，由于所采用蜗壳流道截面的面积半径比(A/r)在蜗舌附近区域的增长速率小于在其他周向位置的增长速率，能够抑制由于蜗舌结构所造成的流场畸变，有效降低流场掺混损失以及降低离心压气机内部流场的非均匀性，从而推迟流动不稳定的发生，缓解由于流场畸变过大所导致的周向局部率先发生流动失稳而诱发压气机整体喘振，极大改善离心压气机的气动性能和流动稳定性。同时，由于只涉及到蜗壳流道的局部微调，对机壳等主要结构没有改变，故不会在生产加工过程中产生额外的代价。

附图说明