一种离心压气机用进气自循环结构的制作方法

1.本发明涉及离心压气机领域，尤其涉及一种离心压气机用进气自循环结构。


背景技术：

2.离心压气机具有结构简单、重量轻、体积小等优点，并能在较宽的运行范围内保持较高的效率，因而被广泛运用。
3.离心压气机作为叶轮机械，其稳定工作范围受到堵塞和喘振的限制。当流量减小到一定程度，离心压气机内部出现大尺度流动分离，出现喘振，离心压气机无法稳定工作，其压比和效率急剧降低，甚至毁坏相关设备。


技术实现要素：

4.本发明提供一种离心压气机用进气自循环结构，以克服离心压气机稳定工作范围受到堵塞和喘振限制的问题。
5.为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
6.一种离心压气机用进气自循环结构，包括：叶轮罩壳；
7.所述叶轮罩壳上设有处于同一轴线上的主流道、抽吸槽和回流流道，所述叶轮罩壳一端为进气端，所述叶轮罩壳与置于进气端的部件围成与主流道处于同一轴线上的回流槽，所述主流道与回流流道通过抽吸槽和回流槽连通；
8.离心叶轮能够同轴可转动的设置在所述主流道内，所述离心叶轮各喉口中心所在平面为喉口基准面，所述喉口基准面与抽吸槽垂直相交。
9.进一步的，沿所述主流道轴向，平分所述抽吸槽的平面为抽吸槽基准面，所述喉口基准面与抽吸槽基准面的间距为
±
0.5mm。
10.进一步的，所述喉口基准面与抽吸槽基准面重合。
11.进一步的，所述抽吸槽与主流道接触部分的面积与所述离心叶轮各喉口总面积之比为18％—22％。
12.进一步的，所述回流流道内设有多个围绕主流道轴线按圆形阵列分布的连接筋，所述连接筋沿主流道轴向设置。
13.进一步的，所述连接筋靠近抽吸槽的一端为前缘，所述连接筋另一端为尾缘，所述连接筋迎着从抽吸槽进入回流流道的气流的方向倾斜，所述前缘与主流道轴向的夹角为60
°
—65
°
，所述尾缘与主流道轴向的夹角为-5
°
—0
°
。
14.进一步的，所述前缘为椭圆形。
15.进一步的，所述连接筋的数量为6—8个。
16.进一步的，所述叶轮罩壳包括进气筒、回流筒和叶轮容纳罩；
17.所述进气筒固定在回流筒靠近进气端一端的内部，所述回流筒远离进气端一端的端部与叶轮容纳罩固定；
18.所述叶轮容纳罩内壁围成的空间、叶轮容纳罩内壁围成的空间延伸至进气筒内壁
的空间、进气筒内壁围成的空间以及进气筒内壁围成的空间延伸至进气端端面的空间形成主流道；
19.所述进气筒远离进气端一端的端部与叶轮容纳罩靠近进气筒一端的端部围成抽吸槽；
20.所述进气筒靠近进气端一端的端部、回流筒内壁以及置于进气端的部件围成回流槽；
21.所述进气筒外壁与回流筒内壁围成回流流道。
22.进一步的，还包括叶片扩压器和蜗壳；
23.所述蜗壳套设在回流筒上，所述叶轮容纳罩远离进气筒的一端设有配合环，所述配合环与叶片扩压器围成连通主流道的扩压流道，所述蜗壳通过扩压流道连通离心叶轮出口。
24.本发明的有益效果：
25.本发明提供的一种离心压气机用进气自循环结构，通过使主流道、抽吸槽、回流槽和回流流道依次连通形成自循环结构，通过使离心叶轮的喉口基准面与抽吸槽垂直相交，使得自循环结构的抽吸槽直接作用于离心叶轮流路面积最小的喉口处，当离心压气机接近喘振边界时，气体在回流通道内压力差的作用下产生回流，使得主流道中正在做高速圆周运动的气体从抽吸槽进入回流通道，继而从回流槽重新进入主流道，使得离心压气机入口处流量增大，绝对速度增大，在牵引转速不变的情况下，离心压气机入口处气流相对速度增大，离心叶轮叶片入口的正攻角变小，从而使得离心叶轮叶片表面的边界层分离减弱，进而使得离心压气机具有更稳定的工作范围和更宽的喘振裕度；
26.本发明提供的一种离心压气机用进气自循环结构，当离心压气机接近堵塞边界时，气体从离心叶轮进口处经回流槽进入到回流通道，继而从抽吸槽进入到主流道中，使得离心叶轮喉口下游的流量会增加，从而使得压气机的排气流量增加，进而增加堵塞流量。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明公开的一种离心压气机用进气自循环结构的结构示意图；
29.图2为本发明公开的一种离心压气机用进气自循环结构的侧视图；
30.图3为图2的b-b剖视图；
31.图4为图2的c-c剖视图；
32.图5为本发明公开的一种离心压气机用进气自循环结构的流道示意简图；
33.图6为本发明公开的一种离心压气机用进气自循环结构的自循环机匣的示意简图；
34.图7为本发明公开的一种离心压气机用进气自循环结构的叶轮罩壳的结构示意图；
35.图8为本发明公开的一种离心压气机用进气自循环结构的叶轮罩壳的剖视图；
36.图9为本发明公开的一种离心压气机用进气自循环结构的叶轮罩壳的俯视图；
37.图10为本发明公开的一种离心压气机用进气自循环结构的喉口中心的示意图；
38.图11为本发明公开的一种离心压气机用进气自循环结构的叶片扩压器的结构示意图；
39.图12为本发明公开的一种离心压气机用进气自循环结构与进气弯管装配的结构示意图；
40.图13为本发明公开的一种离心压气机用进气自循环结构与进气弯管装配的侧视图；
41.图14为图13的d-d剖视图。
42.图中；
43.1、叶轮罩壳；11、进气筒；12、回流筒；13、连接筋；14、叶轮容纳罩；15、配合环；
44.2、离心叶轮；3、叶片扩压器；4、蜗壳；
45.101、主流道；102、抽吸槽；103、回流槽；104、回流流道；105、扩压流道；
46.a、进气弯管；i、喉口中心；j、自循环机匣。
具体实施方式
47.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.本实施例提供了一种离心压气机用进气自循环结构，如图1所示，包括：叶轮罩壳1；
49.所述叶轮罩壳1上设有处于同一轴线上的主流道101、抽吸槽102和回流流道104，所述叶轮罩壳1一端为进气端，所述叶轮罩壳1与置于进气端的部件围成与主流道101处于同一轴线上的回流槽103，所述主流道101与回流流道104通过抽吸槽102和回流槽103连通；
50.离心叶轮2能够同轴可转动的设置在所述主流道101内，所述离心叶轮2各喉口中心i所在平面为喉口基准面，所述喉口基准面与抽吸槽102垂直相交；(喉口为离心叶轮2流路面积最小处，如图10所示，线段ef为离心叶轮2主叶片在叶根侧的最短距离，线段gh为离心叶轮2主叶片在叶顶侧的最短距离，分别取线段ef和线段gh的中点进行连接，所得到线段的中点即为喉口中心i)
51.如图12至图14所示，本实施例中，置于进气端的部件为连通大气的进气弯管a，根据具体的安装位置，也可选用进气直管；
52.本实施例提供的一种离心压气机用进气自循环结构，通过使主流道101、抽吸槽102、回流槽103和回流流道104依次连通形成自循环结构(如图5和图6所示，抽吸槽102、回流槽103和回流流道104构成连通主流道101的自循环机匣j)，通过使离心叶轮2的喉口基准面与抽吸槽102垂直相交，使得自循环结构的抽吸槽102直接作用于离心叶轮2流路面积最小的喉口处，当离心压气机接近喘振边界时，气体在回流通道104内压力差的作用下产生回流，使得主流道101中正在做高速圆周运动的气体从抽吸槽102进入回流通道104，继而从回流槽103重新进入主流道101，使得离心压气机入口处流量增大，绝对速度增大，在牵引转速
不变的情况下，离心压气机入口处气流相对速度增大，离心叶轮2叶片入口的正攻角变小，从而使得离心叶轮2叶片表面的边界层分离减弱，进而使得离心压气机具有更稳定的工作范围和更宽的喘振裕度；
53.本实施例提供的一种离心压气机用进气自循环结构，当离心压气机接近堵塞边界时，气体从离心叶轮2进口处经回流槽103进入到回流通道104，继而从抽吸槽102进入到主流道101中，使得离心叶轮2喉口下游的流量会增加，从而使得压气机的排气流量增加，进而增加堵塞流量。
54.在具体实施例中，沿所述主流道101轴向，平分所述抽吸槽102的平面为抽吸槽基准面，所述喉口基准面与抽吸槽基准面的间距为
±
0.5mm，在此范围下，离心压气机稳定工作范围受到堵塞和喘振限制的影响较小。
55.在具体实施例中，所述喉口基准面与抽吸槽基准面重合，此时离心压气机稳定工作范围受到堵塞和喘振限制的影响最小。
56.在具体实施例中，所述抽吸槽102与主流道101接触部分的面积与所述离心叶轮2各喉口总面积之比为18％—22％。
57.在具体实施例中，如图7和图9所示，所述回流流道104内设有多个围绕主流道101轴线按圆形阵列分布的连接筋13，所述连接筋13沿主流道101轴向设置，连接筋13起到支撑作用。
58.在具体实施例中，如图4所示，所述连接筋13靠近抽吸槽102的一端为前缘，所述连接筋13另一端为尾缘，所述连接筋13迎着从抽吸槽102进入回流流道104的气流的方向倾斜(图9中的箭头，为进入到回流流道104内的气流方向的示意，与离心叶轮2旋转方向相反)，如图4所示，所述前缘与主流道101轴向的夹角为60
°
—65
°
，所述尾缘与主流道101轴向的夹角为-5
°
—0
°
；
59.在本实施例中，回流通道104内连接筋13整体采用拉伸造型，其横截面的形状用曲率连续的曲线造型，在本实施例中，尾缘形状采用圆形结构，圆形直径等同于前缘椭圆形的短轴，前缘和尾缘的形状以及与主流道101轴向的夹角确定后，整个连接筋13的折转角基本确定，将前缘的椭圆形形状和尾缘的圆形形状用曲率连续的曲线进行连接，其厚度以满足强度要求为基准进行设计，通过对回流通道104内的连接筋13按照一定的流线形状进行造型，使其在具有支撑作用的同时，对回流通道内的气体进行整流，气体经过整流后，以更稳定的状态汇入主流道101内，从而减小对离心压气机效率的影响；
60.连接筋13迎着从抽吸槽102进入回流流道104的气流的方向倾斜，从回流槽103进入到离心叶轮2进口的气流对主流道101中的气流起到反预旋作用，进而使得离心叶轮2进口处的正冲角值减小，抑制了气体分离的扩展，从而扩大压气机的喘振裕度。
61.在具体实施例中，所述前缘为椭圆形，椭圆形前缘相比于圆形前缘，能够减小前缘吸力面分离泡的大小，减小流动分离，从而减少流动损失。
62.在具体实施例中，所述椭圆形的长短轴之比为2:1—3:1，此时分离泡的大小最小且满足连接筋13的强度要求。
63.在具体实施例中，所述连接筋13的数量为6—8个，此时连接强度和整流效果较好。
64.在具体实施例中，如图2和图3所示，所述叶轮罩壳1包括进气筒11、回流筒12和叶轮容纳罩14；
65.所述进气筒11固定在回流筒12靠近进气端一端的内部，所述回流筒12远离进气端一端的端部与叶轮容纳罩14固定；
66.所述叶轮容纳罩14内壁围成的空间、叶轮容纳罩14内壁围成的空间延伸至进气筒11内壁的空间、进气筒11内壁围成的空间以及进气筒11内壁围成的空间延伸至进气端端面的空间形成主流道101；
67.所述进气筒11远离进气端一端的端部与叶轮容纳罩14靠近进气筒11一端的端部围成抽吸槽102；
68.所述进气筒11靠近进气端一端的端部、回流筒12内壁以及置于进气端的部件围成回流槽103；
69.所述进气筒11外壁与回流筒12内壁围成回流流道104。
70.在具体实施例中，沿所述进气筒11径向，所述连接筋13自进气筒11外壁向回流筒12内壁延伸；
71.在本实施例中，进气筒11、回流筒12、连接筋13和叶轮容纳罩14一体铸造成型，减少了零件数量，使安装更便捷，尽可能保留原有的安装工艺和配合。
72.在具体实施例中，如图3所示，还包括叶片扩压器3和蜗壳4；
73.所述蜗壳4套设在回流筒12上(可通过螺纹紧固件固定在一起)，如图7和图8所示，所述叶轮容纳罩14远离进气筒11的一端设有配合环15，所述配合环15与叶片扩压器3围成连通主流道101的扩压流道105，所述蜗壳4通过扩压流道105连通离心叶轮2出口；
74.实际使用时，可通过压气机上的其他部件(例如支承体)将叶片扩压器3与配合环15压紧固定，叶轮罩壳1、叶片扩压器3和蜗壳4围成容纳离心叶轮2的安装空间，离心叶轮2在涡轮带动下高速旋转，使得主流道101进口处产生负压，大气中的空气在压力差的作用下由叶轮罩壳1的主流道101进口进入，高速旋转的离心叶轮2对来流做功，将机械能转化为气体的内能，离心叶轮2做功后气体的温度、压力、流速均有所升高。气体离开离心叶轮2出口时，会以较高的流速进入扩压流道105内，从离心叶轮2出口排出的高温高压且高速的气体，在如图11所示的叶片扩压器3的叶片间形成的通道内进一步的减速，将动能转换为压力势能，气体的动能得到进一步的利用，从扩压流道105排出的气体在经过蜗壳4内部流道的整流后，由蜗壳4出口流出，进入到发动机的燃烧室中。
75.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种离心压气机用进气自循环结构，其特征在于，包括：叶轮罩壳(1)；所述叶轮罩壳(1)上设有处于同一轴线上的主流道(101)、抽吸槽(102)和回流流道(104)，所述叶轮罩壳(1)一端为进气端，所述叶轮罩壳(1)与置于进气端的部件围成与主流道(101)处于同一轴线上的回流槽(103)，所述主流道(101)与回流流道(104)通过抽吸槽(102)和回流槽(103)连通；离心叶轮(2)能够同轴可转动的设置在所述主流道(101)内，所述离心叶轮(2)各喉口中心所在平面为喉口基准面，所述喉口基准面与抽吸槽(102)垂直相交。2.根据权利要求1所述的一种离心压气机用进气自循环结构，其特征在于，沿所述主流道(101)轴向，平分所述抽吸槽(102)的平面为抽吸槽基准面，所述喉口基准面与抽吸槽基准面的间距为
±
0.5mm。3.根据权利要求1所述的一种离心压气机用进气自循环结构，其特征在于，所述喉口基准面与抽吸槽基准面重合。4.根据权利要求1所述的一种离心压气机用进气自循环结构，其特征在于，所述抽吸槽(102)与主流道(101)接触部分的面积与所述离心叶轮(2)各喉口总面积之比为18％—22％。5.根据权利要求1所述的一种离心压气机用进气自循环结构，其特征在于，所述回流流道(104)内设有多个围绕主流道(101)轴线按圆形阵列分布的连接筋(13)，所述连接筋(13)沿主流道(101)轴向设置。6.根据权利要求5所述的一种离心压气机用进气自循环结构，其特征在于，所述连接筋(13)靠近抽吸槽(102)的一端为前缘，所述连接筋(13)另一端为尾缘，所述连接筋(13)迎着从抽吸槽(102)进入回流流道(104)的气流的方向倾斜，所述前缘与主流道(101)轴向的夹角为60
°
—65
°
，所述尾缘与主流道(101)轴向的夹角为-5
°
—0
°
。7.根据权利要求6所述的一种离心压气机用进气自循环结构，其特征在于，所述前缘为椭圆形。8.根据权利要求5所述的一种离心压气机用进气自循环结构，其特征在于，所述连接筋(13)的数量为6—8个。9.根据权利要求1所述的一种离心压气机用进气自循环结构，其特征在于，所述叶轮罩壳(1)包括进气筒(11)、回流筒(12)和叶轮容纳罩(14)；所述进气筒(11)固定在回流筒(12)靠近进气端一端的内部，所述回流筒(12)远离进气端一端的端部与叶轮容纳罩(14)固定；所述叶轮容纳罩(14)内壁围成的空间、叶轮容纳罩(14)内壁围成的空间延伸至进气筒(11)内壁的空间、进气筒(11)内壁围成的空间以及进气筒(11)内壁围成的空间延伸至进气端端面的空间形成主流道(101)；所述进气筒(11)远离进气端一端的端部与叶轮容纳罩(14)靠近进气筒(11)一端的端部围成抽吸槽(102)；所述进气筒(11)靠近进气端一端的端部、回流筒(12)内壁以及置于进气端的部件围成回流槽(103)；所述进气筒(11)外壁与回流筒(12)内壁围成回流流道(104)。10.根据权利要求9所述的一种离心压气机用进气自循环结构，其特征在于，还包括叶
片扩压器(3)和蜗壳(4)；所述蜗壳(4)套设在回流筒(12)上，所述叶轮容纳罩(14)远离进气筒(11)的一端设有配合环(15)，所述配合环(15)与叶片扩压器(3)围成连通主流道(101)的扩压流道(105)，所述蜗壳(4)通过扩压流道(105)连通离心叶轮(2)出口。

技术总结
本发明公开了一种离心压气机用进气自循环结构，包括：叶轮罩壳；所述叶轮罩壳上设有处于同一轴线上的主流道、抽吸槽和回流流道，所述叶轮罩壳一端为进气端，所述叶轮罩壳与置于进气端的部件围成与主流道处于同一轴线上的回流槽，所述主流道与回流流道通过抽吸槽和回流槽连通；离心叶轮能够同轴可转动的设置在所述主流道内，所述离心叶轮各喉口中心所在平面为喉口基准面，所述喉口基准面与抽吸槽垂直相交。克服了离心压气机稳定工作范围受到堵塞和喘振限制的问题。喘振限制的问题。喘振限制的问题。


技术研发人员：段耒 高博 田长安 吕红卫 田茂鹏
受保护的技术使用者：中车大连机车研究所有限公司
技术研发日：2023.08.28
技术公布日：2023/10/15