[发明专利]具有燕尾前缘且径向和轴向叶片一体化的扩压器设计方法

权利要求书

1.一种具有燕尾前缘且径向和轴向叶片一体化的扩压器设计方法，所述扩压器包括扩压器轮盘、扩压器轮盖以及设置在所述扩压器轮盘与扩压器轮盖之间并沿周向均匀分布的若干一体化扩压器叶片，所述扩压器轮盘、扩压器轮盖均包括径向段和轴向段，每一所述一体化扩压器叶片均包括一径向叶片段和一轴向叶片段，各所述径向叶片段分布在所述扩压器轮盘与扩压器轮盖的径向段之间，各所述轴向叶片段分布在所述扩压器轮盘与扩压器轮盖的轴向段之间，相邻两所述一体化扩压器叶片之间形成一扩压流道，其特征在于，所述一体化扩压器叶片的一体化造型方法如下：

SS1.以所述扩压器轮盘或扩压器轮盖作为基体盘，利用机加工的方式在所述基体盘上加工出若干沿周向均布的基础扩压器叶片，各所述基础扩压器叶片以现有叶片式扩压器的叶片作为基元叶片进行造型，各所述基础扩压器叶片的径向叶片段以光滑过渡的方式转向其轴向叶片段，径向叶片段的前端形成为基础扩压器叶片的前缘，轴向叶片段的后端形成为基础扩压器叶片的尾缘；

SS2.在各所述基础扩压器叶片的前缘部分加工出一个扇形曲面结构，所述扇形曲面在所述基础扩压器叶片的吸力面侧与叶片通道喉部所在的吸力面型线相切，且所述扇形曲面从叶片的吸力面侧朝向压力面侧弯曲，以适应叶轮出口的高速来流马赫数，并且所述扇形曲面从叶片的吸力面侧朝向压力面侧的剖切深度不大于叶片通道喉部的长度，以保证叶片通道喉部的面积在剖切前后保持基本不变。

2.根据上述权利要求所述的扩压器设计方法，其特征在于，步骤SS2中，加工所述扇形曲面结构时，在所述基础扩压器叶片的前缘部分的基础上，采用光滑的Bezier曲线造型，并与叶片通道喉部所在的吸力面型线相切，曲线朝向压力侧弯曲，以适应叶轮出口的高速来流马赫数。

3.根据上述权利要求所述的扩压器设计方法，其特征在于，步骤SS2中，为保证基础扩压器叶片在引入前缘扇形结构的同时保证扩压器的喉部面积不发生变化，故在进行基元叶片造型的同时，引入喉部长度的参数，但是由于喉部长度过长会导致扩压器扩张能力不够，过短则整流效果较差，所以需要根据来流的情况来确定具有合适长度的喉部长度。

4.根据权利要求3所述的扩压器设计方法，其特征在于，各基元扩压器叶片前缘由多点Bezier曲线控制，根据来流情况确定扇形结构的大小，为保证扩压器喉部面积在剖切前后基本不变，剖切深度不能长于喉部长度。

5.根据上述权利要求所述的扩压器设计方法，其特征在于，步骤SS1中，通过Bezier曲线将径向叶片段和轴向叶片段光滑连接，并将基础扩压器叶片的吸力面和压力面型线沿着周向有一定的角度偏移，并以通道中线为轴对称形状，保证整体流道呈喇叭状。

6.根据权利要求5所述的扩压器设计方法，其特征在于，将通道中线通过一定的曲率控制，使吸力面和压力面型线具有更好的扩压和导流能力并且损失更小。

7.根据上述权利要求所述的扩压器设计方法，其特征在于，所述扩压器的轮盖和扩压器轮盘均包括径向和轴向部分，且轴向部分均设置在径向部分的外圆周部分，且两者之间光滑过渡连接。所述扩压器轮盖、扩压器轮盘与扩压器叶片一起构成一体化叶片扩压器。

8.根据上述权利要求所述的扩压器设计方法，其特征在于，所述扩压器设置在离心压气机气流出口部分，且扩压器进口半径R₃与离心叶轮出口半径R2之比为1.03～1.1。

9.根据上述权利要求所述的扩压器设计方法，其特征在于，步骤SS1中，用于造型的基础扩压器叶片的扩张半角不大于6°，叶片通道的喉部长度L与喉部宽度之比为1/3～1，且扩压器叶片的数目为17～29。

10.根据权利要求9所述的扩压器设计方法，其特征在于，扩压器前缘扇形的大小可以通过调整前缘Bezier控制线获得；扩压通道的横截面积可以通过改变基元叶片的前缘预压缩角度和扩压器扩张半角获得，从而调整扩压器进出口面积比。