CN101173680A - 前掠大小叶片跨音叶轮及轴流压气机及斜流压气机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种前掠大小叶片跨音叶轮及轴流压气机及斜流压气机，前掠大小叶片跨音叶轮包括多个大叶片，相邻两个大叶片之间设有小叶片，小叶片的前缘位于大叶片的前缘的后部。小叶片的弦长与大叶片的弦长的比为0.3～0.85，小叶片的前缘的尖部比根部向前突出。动轮为这种前掠大小叶片跨音叶轮的轴流压气机和斜流压气机，既能有效抑制叶片吸力面的后部分离，又不影响压气机流通能力，压比和效率均比现有技术中的压气机有大幅的提高，失速裕度也有所提高。

Description

前掠大小叶片跨音叶轮及轴流压气机及斜流压气机

技术领域

本发明涉及一种前掠大小叶片跨音叶轮机，尤其涉及一种前掠大小叶片跨音叶轮及压气机。

背景技术

压气机是叶轮机械的一个分类，叶片式压气机一般用于给气体增压。带有一排叶片的旋转的叶轮和后面的一排静止的叶轮称为压气机的一级，当需要给气体增压较高时，通常采用多级压气机的方式，对于其中的某一级而言，按气体的流动形式可分为轴流式、离心式和斜流式压气机。轴流式压气机气体的流动方式是轴向进气、轴向排气；离心式压气机气体的流动方式是轴向进气，径向排气；斜流式压气机是轴流与离心压气机的折衷，轴向进气，与轴向有一定角度排气。

如图1所示，现有技术中的压气机是采用大小相同的叶片沿圆周方向均匀分布，叶片与叶片之间形成的通道是相同的。为了提高轴流压气机的增压能力，需要增加转子叶轮的转速，提高转速导致压气机进口处气流相对叶片的流速超音，从而产生激波，激波的存在可以起到增压的作用，但太强的激波会导致叶面边界层分离造成压气机效率下降。

因此，现有技术中主要通过加大气流通过叶片排后的转角来增加压气机增压能力。

上述至少存在以下缺点：相邻叶片之间形成的槽道扩张程度大，容易使叶片吸力面的后部发生分离，使压气机效率下降。增加叶片数虽然能消除或抑制叶片吸力面后部分离，但增加叶片会使比面积的减小，从而导致压气机流通能力的下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种既能有效抑制叶片吸力面的后部分离，又不影响压气机流通能力的前掠大小叶片跨音叶轮及轴流压气机及斜流压气机。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的前掠大小叶片跨音叶轮，包括多个大叶片，相邻两个所述大叶片之间设有小叶片，所述小叶片的前缘位于所述大叶片的前缘的后部。

本发明的轴流压气机，该轴流压气机的动轮为上述的前掠大小叶片跨音叶轮。

本发明的斜流压气机，该斜流压气机的动轮为上述的前掠大小叶片跨音叶轮。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的前掠大小叶片跨音叶轮及轴流压气机及斜流压气机，由于前掠大小叶片跨音叶轮上相邻两个所述大叶片之间设有小叶片，所述小叶片的前缘位于所述大叶片的前缘的后部。既能有效抑制叶片吸力面的后部分离，又不影响压气机流通能力。

附图说明

图1为现有技术中前掠大小叶片跨音叶轮叶片间气流状态示意图；

图2为本发明的前掠大小叶片跨音叶轮叶片间气流状态示意图；

图3为本发明的前掠大小叶片跨音叶轮的结构示意图；

图4为本发明的前掠大小叶片跨音叶轮的大、小叶片布置示意图；

图5为本发明的轴流压气机的结构示意图；

图6为本发明的斜流压气机的结构示意图；

图7为本发明的压气机与现有技术中的压气机的性能对比示意图。

具体实施方式

本发明的前掠大小叶片跨音叶轮，其较佳的具体实施方式如图2、图3所示，前掠大小叶片跨音叶轮上设有多个大叶片1，相邻两个大叶片1之间设有小叶片2，小叶片2的前缘位于大叶片1的前缘的后部。小叶片2的后缘可以与大叶片1的后缘平齐，也可以略超前或落后与大叶片1的后缘。

这样相当于使前掠大小叶片跨音叶轮后部的叶片数增加一倍而前部的叶片数不变，可以在控制叶片后部吸力面分离的同时不减小前部的流通截面积。小叶片2对大叶片1吸力面后部因扩压引起的分离有抑制作用。从图2看出，加入小叶片后，大叶片吸力面后部原来存在的分离消失。

如图4所示，小叶片2的弦长与大叶片1的弦长的比为0.3～0.85，即比值0.3＜Cs/C＜0.85，可以是0.3、0.4、0.5、0.65、0.85等。

在叶片的不同叶高处，比值Cs/C可以不同，可以根据压气机设计要求，经过气动设计软件进行优化确定。

小叶片2的前缘的尖部可以比根部向前突出，也可以比中部向前突出，也可以是尖部和根部都向前突出的形式。

使叶片尖部的前缘点比根部或比中部向前伸出的结构特点称为前掠技术，前掠技术可以使前缘附近的激波更斜，相当于减弱了激波强度，且可以降低叶片尖部前缘附近的负荷，减小泄漏流及抑制当地边界层分离。

大叶片的前缘也可以采用前掠方式，而且可以与使小叶片的前缘分别采用不同的前掠方式，多一些控制参数，使压气机设计更为灵活，可以设计出性能更好的压气机。

本发明的轴流压气机，其较佳的具体实施方式如图5所示，该轴流压气机的动轮4为上述的前掠大小叶片跨音叶轮，安装于轴流压气机的机匣3内。

本发明的斜流压气机，其较佳的具体实施方式如图6所示，该斜流压气机的动轮6为上述的前掠大小叶片跨音叶轮，安装于斜流压气机的机匣5内。

本发明在大叶片之间插入小叶片，给压气机的几个关键性能参数都带来明显增长的潜力：

在流量方面，因本发明的前掠大小叶片跨音叶轮前部只有大叶片，流通面积较相同增压能力的现有技术中的压气机大，因此流通能力大。另外，位于大叶片前缘之后的小叶片采用前掠技术可以让进口气流相对马赫数垂直于激波波面的分量减小，从而减弱了激波与边界层干涉引起的边界层厚度增加甚至局部分离泡，这也可以增加压气机的流通能力。

在增压比方面，后部小叶片的存在抑制了大叶片吸力面后部的边界层分离，从而可以设计出转角更大扩张能力更强的压气机，增压比较现有技术中的压气机高。

在效率方面，前面所述的激波前马赫数降低使激波损失降低；激波与边界层干涉引起的局部分离减弱，从而使分离损失减小；后部小叶片的存在使大叶片吸力面尾缘附近边界层分离减小，分离损失减小。这三个方面的损失减小使大小叶片压气机的效率较现有技术中的压气机高，虽然大小叶片压气机的叶片与气流接触表面积增加会引起一些额外的摩擦损失，不过这部分损失占总损失的比例很小，不起主要作用。

如图7所示，为本发明的一个具体实施例的压气机性能曲线与现有技术中的压气机的性能曲线对比图，可以看出本发明的的压气机的压比和效率均比现有技术中的压气机有大幅的提高，失速裕度也有所提高。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种前掠大小叶片跨音叶轮，包括多个大叶片，其特征在于，相邻两个所述大叶片之间设有小叶片，所述小叶片的前缘位于所述大叶片的前缘的后部。

2.根据权利要求1所述的前掠大小叶片跨音叶轮，其特征在于，所述小叶片的弦长与所述大叶片的弦长的比为0.3～0.85。

3.根据权利要求1所述的前掠大小叶片跨音叶轮，其特征在于，所述小叶片的弦长与所述大叶片的弦长的比为0.5～0.65。

4.根据权利要求1所述的前掠大小叶片跨音叶轮，其特征在于，所述小叶片的前缘的尖部比根部向前突出。

5.根据权利要求1所述的前掠大小叶片跨音叶轮，其特征在于，所述小叶片的前缘的尖部比中部向前突出。

6.根据权利要求1所述的前掠大小叶片跨音叶轮，其特征在于，所述小叶片的前缘的尖部和根部比中部向前突出。

7.根据权利要求4、5或6所述的前掠大小叶片跨音叶轮，其特征在于，所述大叶片的前缘的尖部比根部或比中部向前突出。

8.根据权利要求1至6任一项所述的前掠大小叶片跨音叶轮，其特征在于，所述小叶片的后缘与所述大叶片的后缘平齐。

9.一种轴流压气机，其特征在于，该轴流压气机的动轮为权利要求1至8任一项所述的前掠大小叶片跨音叶轮。

10.一种斜流压气机，其特征在于，该斜流压气机的动轮为权利要求1至8任一项所述的前掠大小叶片跨音叶轮。

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