一种轴向移动式可调开槽叶片扩压器及其离心压气机

本发明涉及离心压气机，具体而言，尤其涉及一种轴向移动式可调开槽叶片扩压器及其离心压气机。

背景技术：

1、在发动机配套用涡轮增压器中，离心压气机是实现气体压缩、输运的重要组成部件，一般包括离心叶轮、扩压器以及蜗壳等气动元件。其中，扩压器连通上游周向周期性的旋转叶轮与下游周向渐扩式的静止蜗壳，起到导向、整流、二次增压的重要作用。

2、根据不同的结构形式，除了无叶扩压器以外，扩压器还包括叶片扩压器，即扩压器机匣、扩压器背盘之间分布有一排或多排叶片。与无叶扩压器相比，叶片扩压器具有更高的静压恢复系数，可以更好地改善设计流量附近扩压通道的流场，提高离心压气机的总压比、绝热效率。但由于扩压器叶片与扩压器机匣或扩压器背盘是一体式静止结构，在非设计工况的导向、整流过程中，不可避免地会发生气流与叶片受力面之间的附面层分离问题，提早诱发失速、缩小流量域。而在工程应用中，发现合适的叶片端面装配间隙有时可以发挥扩稳作用，进一步研究则认为叶片开槽有更好地扩稳效果。但开槽工况的绝热效率和总压比都不同程度的降低，尤其设计流量附近降幅最大，且随着叶轮转速的提高、开槽高度的增大，差异更加明显。

3、综上所述，如何在利用扩压器叶片开槽技术拓宽离心压气机稳定流量域的同时，尽可能地减小其气动性能损失，是本领域技术人员目前需要解决的重要问题。

技术实现思路

1、根据上述提出的开槽工况的绝热效率和总压比都不同程度的降低，尤其设计流量附近降幅最大，且随着叶轮转速的提高、开槽高度的增大，差异更加明显的技术问题，而提供一种轴向移动式可调开槽叶片扩压器及其离心压气机。本发明主要通过在扩压器叶片上设置扩压器槽口，根据不同工况，控制开槽宽度与长度，来调节叶片之间的压力场、速度场等，抑制失速发生的同时，尽可能地减少离心压气机的气动损失。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、一种轴向移动式可调开槽叶片扩压器，包括：依次顺序设置的扩压器机匣、扩压器背盘和扩压器叶片体，所述扩压器叶片体上设有多个扩压器叶片，所述扩压器叶片穿过扩压器机匣和扩压器背盘，所述扩压器叶片上设有扩压器槽口，通过扩压器叶片体带着扩压器叶片垂直于扩压器端面进行轴向往复移动，实现扩压器槽口的开闭。

4、进一步地，所述扩压器机匣具有机匣内端面和机匣外端面，所述扩压器背盘具有背盘内端面和背盘外端面，所述扩压器叶片体具有叶片体内端面和叶片体外端面，所述扩压器叶片的一端连接在叶片体内端面上；

5、所述机匣内端面和背盘内端面为相邻且间隔的两个端面，两个端面之间形成流道空间，所述机匣内端面与背盘内端面构成扩压器流道的轴向边界。

6、进一步地，所述扩压器槽口包括设置在扩压器叶片叶顶处的叶顶扩压器槽口和设置在扩压器叶片叶根处的叶根扩压器槽口；所述扩压器叶片未移动时，叶顶扩压器槽口和叶根扩压器槽口分别位于扩压器机匣和扩压器背盘中，处于未打开状态；

7、取扩压器叶片向机匣内端面方向移动为正向移动，以开启叶根扩压器槽口，叶根扩压器槽口与背盘内端面之间形成与所述流道空间连通的第一流道；

8、取扩压器叶片向背盘内端面方向移动为反向移动，以开启叶顶扩压器槽口，叶顶扩压器槽口与机匣内端面之间形成与所述流道空间连通的第二流道。

9、进一步地，所述扩压器槽口为单槽口或多槽口；所述扩压器槽口设于扩压器叶片的轴向单侧或轴向双侧；所述扩压器槽口设于扩压器叶片的前缘、后缘或其他弦向位置。

10、进一步地，所述扩压器槽口的结构形式为单阶梯式或多阶梯式；所述扩压器槽口的开槽面积为有级调节或无级调节；所述扩压器槽口的无级调节弧线为圆弧线、抛物线或双曲线等，相对于流道外凸或内凹。

11、进一步地，所述扩压器叶片的组数为一组或两组，沿所述扩压器叶片体的中轴线进行圆周分布；所述扩压器叶片的叶形为机翼形、圆弧形、三角形或其他形式。

12、进一步地，所述扩压器机匣上贯穿开设有呈圆周分布的多个机匣叶形槽，所述扩压器背盘上贯穿开设有呈圆周分布的多个背盘叶形槽，所述扩压器叶片贯穿背盘叶形槽，并插入至机匣叶形槽中；所述扩压器机匣、扩压器背盘与扩压器叶片体通过机匣叶形槽、背盘叶形槽、扩压器叶片实现装配。

13、进一步地，所述扩压器叶片体的圆周外壁上开设有多个叶片体轴向槽，扩压器叶片体与蜗壳相连，蜗壳上对应叶片体轴向槽的位置开设有多个蜗壳轴向槽，同组的叶片体轴向槽和蜗壳轴向槽内安装有滚珠；

14、所述蜗壳、扩压器叶片体通过滚珠连接后，滚珠受到叶片体轴向槽、蜗壳轴向槽的共同约束，实现扩压器叶片体的轴向移动。

15、进一步地，与所述扩压器叶片体连接的蜗壳具有蜗壳内端面，蜗壳上还开设有蜗壳卡槽，蜗壳卡槽内配合连接有卡环，通过蜗壳内端面与卡环实现扩压器叶片体的轴向位移限位。

16、本发明还提供了一种离心压气机，包括离心叶轮、进气罩、叶轮罩、蜗壳、滚珠、卡环和上述所述的叶片扩压器；

17、所述离心叶轮安装在叶片扩压器的中部安装孔中，所述进气罩、叶轮罩和叶片扩压器依次顺序安装在蜗壳上，进气罩和叶轮罩套设在离心叶轮外部，滚珠和卡环连接在叶片扩压器和蜗壳之间，卡环位于滚珠的外侧。

18、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

19、本发明提供的轴向移动式可调开槽叶片扩压器及其离心压气机，扩压器机匣、扩压器背盘与扩压器叶片作为相互独立的零件进行装配。扩压器叶片设于扩压器叶片体上。扩压器叶片体非静止，但也不转动，只是垂直于扩压器端面(如机匣内端面、背盘内端面)进行移动(轴向移动)。扩压器叶片体可以双向移动，正向移动的时候是开启叶顶扩压器槽口的话，反向移动就是开启叶根扩压器槽口。扩压器槽口的宽度、长度根据移动的距离进行确定，扩压器槽口的开槽面积的调节根据扩压器槽口的结构形式进行确定。根据不同工况，控制开槽宽度与长度，来调节叶片之间的压力场、速度场等，抑制失速发生的同时，尽可能地减少离心压气机的气动损失。当接近失速流量工况时，随着流量的减小，逐渐轴向移动扩压器叶片体，打开扩压器槽口，并增大扩压器槽口的开槽面积。对于开槽位置以及移动方向，应根据扩压器失速位置判断。例如，对于无叶扩压段近背盘内端面发生先期失速，向机匣内端面移动扩压器叶片体，叶根扩压器槽口打开并逐渐增大开槽面积。当远离失速流量工况后，应反向移动扩压器叶片体，回复扩压器槽口到扩压器端面后面，扩压器流道内没有扩压器槽口，减少泄漏损失、掺混损失。当扩压器叶片分为两组时，两组稠度加大，可更好地管控小流量失速，大流量时一组完全退出扩压器流道，到扩压器端面后面。综上所述，本发明提供的叶片扩压器的结构简单、加工方便，可在有效地拓宽离心压气机稳定流量域的同时，尽可能地减少其气动性能损失。

20、综上，应用本发明的技术方案能够解决现有技术中开槽工况的绝热效率和总压比都不同程度的降低，尤其设计流量附近降幅最大，且随着叶轮转速的提高、开槽高度的增大，差异更加明显的问题。

21、基于上述理由本发明可在离心压气机等领域广泛推广。