[发明专利]一种轴向偏置的非对称蜗壳及其设计方法

说明书

本发明提供了一种轴向偏置的非对称蜗壳及其设计方法，具体来说是一种基于非对称蜗壳将其来流位置沿轴向进行偏置的应用。针对非对称蜗壳初始形状，将蜗壳沿周向分为若干子午截面位置并获取截面形状，针对每一个截面形状将来流位置进行轴向偏置；采用相切的方式光滑过渡蜗壳截面与来流，连接所有截面形状并构建蜗壳螺旋管段结构；重构蜗壳扩压管段与隔舌结构并与原结构相一致，最终实现非对称蜗壳的偏心设计。本发明使用的非对称蜗壳的偏心设计结构可有效限制蜗壳内的射流运动并抑制二次流的发展，有利于改善蜗壳流场结构并提高气动性能；可有效降低加工成本。

技术领域

本发明适用于压缩机、风机等离心叶轮机械技术领域，涉及一种非对称蜗壳及其设计方法，尤其涉及一种轴向偏置的非对称蜗壳及其设计方法，具体来说是针对非对称蜗壳的来流位置，将其沿轴向进行适当距离的偏置，通过对蜗壳螺旋管段的改进设计以及螺旋管段与扩散段、隔舌的三维结构重构实现新型轴向偏置非对称蜗壳的设计。

背景技术

如图1所示，对于压缩机、风机等现有离心叶轮机械而言，通常包括由内向外依次布置的离心叶轮100、扩压器200和蜗壳300等结构部件，蜗壳300主要用于汇集从叶轮和扩压器甩出的气体并对其进行导流。离心叶轮100、扩压器200在径向平面上是轴对称的，而蜗壳300在径向平面上则包括对称和非对称两种结构形式，其中，对称蜗壳的子午截面的截面积沿气流旋转方向保持不变，而非对称蜗壳的子午截面的截面积沿气流旋转方向则逐渐增大，其结构在整体上呈现为螺旋形，图2中示出的蜗壳300就是一种典型的非对称蜗壳。通常而言，对称蜗壳的气动效率较低，而非对称蜗壳则公认具有较高的气动效率，在离心叶轮机械中具有广泛应用。

在离心叶轮机械中，蜗壳作为关键的静部件，对整机的气动性能有重要影响，对蜗壳的气动结构进行改进，以追求更高的气动效率一直是为之努力的方向。虽然非对称蜗壳较之对称蜗壳具有较高的气动效率，然而现有非对称蜗壳也存在不足之处，主要表现在内部流动复杂，由于非对称的结构特点在周向会形成一个非均匀的压力场，蜗壳内部流动因射流现象导致的气动损失仍旧较大。因此，对非对称蜗壳结构进行适当形式的改进，可进一步提高整机的气动性能。此外，在非对称蜗壳的加工过程中，受制于加工工艺，一般情况下蜗壳需要被拆开加工，对加工精度与精确定位提出了更高的要求。为解决这一难题，对现有非对称蜗壳的结构形式进行改进是一种可行的方式，并且可有效规避这一难题。

发明内容

针对现有非对称蜗壳的上述缺陷及不足，为进一步提升非对称蜗壳的气动效率进而改善整机的气动性能，并在一定程度上解决蜗壳加工工艺问题，本发明的目的在于提供一种轴向偏置的非对称蜗壳及其设计方法，通过将现有非对称蜗壳的来流位置进行轴向偏置，将蜗壳内的射流运动限制在局部区域，从而抑制二次流的发展与传播，削弱局部区域的湍流强度，降低摩擦损失并改善流场，继而提高了蜗壳的气动性能，并可有效降低蜗壳的加工成本。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种轴向偏置的非对称蜗壳的设计方法，其特征在于，所述设计方法至少包括如下步骤：

SS1.选择一现有非对称蜗壳作为初始蜗壳结构，所述非对称蜗壳包括螺旋管段和扩压管段，其中，所述扩压管段形成在所述螺旋管段的周向出口处，所述扩压管段与所述螺旋管段的起点相交位置处形成为隔舌结构；所述螺旋管段的径向内缘位置设置一环形扩压器，所述环形扩压器包括平行且相对设置的上环形板和下环形板，所述环形扩压器形成为所述螺旋管段的径向进气口，所述上环形板与下环形板之间的轴向间距形成为所述螺旋管段的来流进口宽度；所述螺旋管段的沿周向分布的各子午截面，其轴向的上边缘线均过渡至与所述环形扩压器的上环形板相切，且均位于所述上环形板的下侧；

SS2.基于所述初始蜗壳结构，将其螺旋管段沿周向划分若干子午截面位置，提取各子午截面的初始特征型线，所述初始特征型线中包括径向进气口的特征型线；