一种用于离心压气机的新型扩压器的制作方法

本发明属于压缩设备技术领域，具体涉及一种用于离心压气机的新型扩压器。

背景技术：

随着现代叶轮机械应用范围的不断广泛，压气机作为一种核心的叶轮机械产品，其需求的压比也越来越高。随着压比的提高，压气机内部的流速也逐渐由亚声速提高至超声速，在扩压器的进口处也转变为跨声速流动。对于跨声速的扩压器，传统扩压器在气动性能上会出现较为较为明显的下降，此时，寻找一种能够更好的匹配跨声速流动的扩压器，以提高高压比压气机的气动性能显得尤为必要。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种离心压气机的新型扩压器，通过渐变的扩张圆锥使气流沿流动方向减速从而实现扩压，提高高压比压气机的气动性能。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于离心压气机的新型扩压器，包括呈盘状的扩压器本体，所述扩压器本体在圆周上均匀设置有多个扩压气道，所述扩压气道包括由扩压器本体中心向外连续设置并贯穿扩压器本体的圆柱孔段和圆锥孔段，圆柱孔段和圆锥孔段首尾相接、且具有公共的轴线，相邻圆柱孔段之间在扩压器本体内侧部分相交，形成一尖锐椭圆前缘和在其后的一段圆柱形喉口段。

进一步，所述公共轴线与径线呈夹角设置。

本发明的有益效果在于：

本发明的扩压气道由圆柱孔段和圆锥孔段组成，且相邻圆柱孔段之间在扩压器本体内侧部分相交，形成一尖锐椭圆前缘和一段圆柱形喉口段。由于前缘较尖锐，因此能很好的避免了由于扩压器前流速过高而导致的激波损失；同时由于其整个通道在半径截面方向都为圆形结构，其不会产生如同传统扩压器那样的角涡。该扩压器相对于传统的翼形扩压器或槽道型扩压器，其效率有优势，尤其适用于压比较高，对效率要求较高，对喘振裕度没有太高要求的跨音速或超音速压气机中。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明的三维结构图；

图2为本发明在50％叶高方向上的剖视图；

图3为扩压气道的放大图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1、2、3所示，本实施例中的一种用于离心压气机的新型扩压器，包括呈盘状的扩压器本体10，扩压器本体在圆周上均匀设置有多个扩压气道11，扩压气道包括由扩压器本体中心向外连续设置并贯穿扩压器本体的圆柱孔段12和圆锥孔段13，圆柱孔段和圆锥孔段首尾相接、且具有公共的轴线，相邻圆柱孔段之间在扩压器本体内侧，即靠近叶轮出口侧部分相交，叶轮出口半径线，形成一尖锐的椭圆前缘5和一段圆柱形喉口段7，椭圆前缘的交界边，即为扩压器前缘线4，由于前缘为三维结构，在50％叶高方向为前缘的拐点，该点称为前缘顶点2，而在该顶点处的半径方向上的线为该扩压器的前缘半径线6，即从该半径方向，气流完全进入扩压器中进行流动扩压。在前缘半径线后为圆柱形喉口段7，其主要为圆柱形的均布孔构成，其主要的设计参数有：圆柱直径，喉口长度(前缘半径线与喉口出口段的长度)，安装角(圆柱的轴心线与径线的夹角)及数量。与圆柱形喉口段7后部相连的为圆锥形扩压段8，该段由带一定锥度的圆锥在圆周方向均布而成，其轴心线与喉口段圆柱的轴心线相同，其主要的设计参数有：扩张角(及圆锥形的锥度)与扩压长度(进口至尾缘的长度)。另外两个参数：安装角和数量与圆柱形喉口段一致。在圆锥形扩压段8的出口，其会与一环形截面相交形成该扩压器的尾缘，尾缘所处的半径位置为出口尾缘半径线9。

本实施例中，公共轴线与径线呈夹角设置，即安装角不为零。

该新型扩压器主要是利用流体在圆锥形的通道扩压中流动损失较小，静压回复系数即扩压能力更大的特点进行设计的一款新型扩压器。

具体的，当流体从叶轮出口处流出时，其首先通过椭圆前缘的一段无叶扩压区域进行部分扩压及掺混，使气流流动更平均，然后再通过椭圆前缘进入圆柱形喉口段，此时气流在一个环面的流动变为沿多个圆柱形通道内的流动。

该扩压器由于椭圆前缘其特殊结构形式，其厚度非常的薄而尖，这样气流在与前缘接触后，气流的流通面积变化较小，而且在椭圆前缘流动角的变化非常小，不会产生传统扩压器前缘导致的气流过加速及流通阻塞，尤其是在跨声速或超声速流动中，能很好的避免由于该原因所导致的激波损失；而且由于通道形状为一圆柱，在半径截面方向上为一圆形，不同于传统类型的扩压器的长方形，从而不会产生在边角处所产生的角涡，这样就极大的减小了在整个扩压流动中的涡量，使流动损失减小，提高效率。由于圆柱形喉口段7在整个扩压器中的面积最小，因此其为扩压器的限流段，一般也为整个压气机的限流段，故该处直接决定了压气机的流量。

当气流进入圆锥形扩压段8后，由于通道面积沿半径方向在不断增加，因此气流速度开始下降，压力不断上升，从而实现扩压。面积变化率决定扩压的速率，而面积变化率又与扩张角相关，因此为了提高扩压速率，可以通过提高扩张角来实现。但由于扩压器中的流动为较强逆压梯度流动，因此很容易产生分离，若扩张角过大，则流动会由于逆压梯度太大从而产生分离，因此需根据压气机的情况来合理的选择扩张角，一般来说，扩张角越小，效率越高，但扩压能力较低。为了保证在合理的扩张角下仍能达到相应的扩压能力，需通过改变扩压长度来实现。一般来说，由于扩张角的限制，往往会使扩压段的扩压长度较长，从而导致该型扩压器在半径方向的尺寸要稍大于传统扩压器。

优缺点概述。

与传统的扩压器相比较，其具有特殊的结构特征，并导致了特有的流动特征。在椭圆前缘处，其没有由于不匹配来流所导致的额外损失，因此其具有较高的气动效率，但是在变工况特性下，由于较尖锐的前缘会导致对变工况的适用性较差，导致其在非椭圆前缘的效率会偏低，且在偏离前缘后易形成较大的分离涡从而使扩压器失速，从而其喘振裕度更低。另外，传统的扩压器都需要与扩压器罩壳相配合形成扩压通道，这样就会形成叶顶间隙，从而导致流动损失，而该扩压器为一个单独零件构成的扩压气道，不存在该类型的间隙，因此也不存在这部分流动损失。

综上，该新型扩压器的特点为在椭圆前缘处拥有更高的效率，但是喘振裕度更低，流量范围更小。

同时，该新型扩压器在加工上较易实现，主要为在一圆环实体毛坯上进行周向打孔，再配合一定的车削工序既能完成，不需采用如传统扩压器那样的数控铣削工艺进行准确的型线控制，但由于其通道数一般多余传统扩压器，因此在加工成本上差异并不大。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。