带有非全高小叶片的大小叶片叶轮及压气机

摘要

本发明公开了一种带有非全高小叶片的大小叶片叶轮及压气机，在大小叶片叶轮的相邻两个大叶片之间设有小叶片，小叶片的径向高度等于大叶片的径向高度的3％－15％。小叶片的轴向弦长为大叶片的轴向弦长的30％－85％。小叶片的起始弧线与大叶片的中部弧线相同，后缘与大叶片的后缘平齐。既不影响叶片的结构和效率、又能有效抑制气流在轮毂面附近及叶片根部的二次流动。

说明书

技术领域

本发明涉及一种叶片式叶轮机械装置，尤其涉及一种叶轮及压气机。

背景技术

叶片式压气机一般用于给气体增压，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。轴流式和斜流式压气机包括叶轮，包括转子和静子，叶轮上设有叶片。

压气机通过转子叶片对气流做功，转化微气流的压力能与动能，再经静子叶片将多余的动能转化为压力能，从而完成对气体的增压。然而，气体并不总是能按照设计的方向流动，在某些局部气流的流动方向与主流并不一致，产生局部横向流动，甚至出现倒流和旋涡，这些与主流方向不一致的流动统称为压气机内的二次流动。一般来说，二次流动带来的都是负面效果，会阻碍流动，减弱压气机的增压能力，降低做功效率。

如图1所示，现有技术中的转子在叶片1根部轮毂面2附近出现的横向流动3是典型的二次流动。这是由于叶片1的压力面的压力大于吸力面的压力，在叶片1的吸力面与轮毂面2形成的三角区内通常会形成一个旋涡，称为角区旋涡4。角区旋涡4会造成气流堵塞和流动损失，并且可能缩小压气机稳定工作范围。

如图2所示，在叶片2高度的中间部位，因气流流速较大，转弯产生的离心力与压力面、吸力面之间的压力差平衡，气流可以按要求流过。

如图3所示，在轮毂面2附近，气流的流动速度因为轮毂面2的阻碍而减慢，压差就会促使气流从压力面流向吸力面。

现有技术中，为减小横向流动3和角区旋涡4，一般通过改进叶片的结构形状，比如可以使叶片在根部的转角减小，或使叶片根部处于负攻角，降低根部负荷；也可以采用全三维造型设计，让叶片在周向弯曲，可以部分控制二次流动。

上述现有技术至少存在以下缺点：使叶片的结构复杂、效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种既不影响叶片的结构和效率、又能有效抑制气流在轮毂面附近及叶片根部二次流动的带有非全高小叶片的大小叶片叶轮及压气机。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的带有非全高小叶片的大小叶片叶轮，包括多个大叶片，相邻两个所述的大叶片之间设有小叶片，所述小叶片的径向高度小于等于所述大叶片的高度的20％。

本发明的压气机，包括上述的带有非全高小叶片的大小叶片叶轮。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的带有非全高小叶片的大小叶片叶轮及压气机，由于相邻两个大叶片之间设有小叶片，小叶片的径向高度小于等于大叶片的高度的20％，既不影响叶片的结构和效率、又能有效抑制气流在轮毂面附近及叶片根部的二次流动。

附图说明

图1为现有技术中的大小叶片叶轮的结构示意图；

图2为现有技术中大小叶片叶轮叶片高度的中间部位速度矢量示意图；

图3为现有技术中大小叶片叶轮轮毂面附近的速度矢量示意图；

图4为本发明的带有非全高小叶片的大小叶片叶轮的结构示意图；

图5为本发明中非全高小叶片对大小叶片叶轮轮毂面附近二次流动的抑制作用示意图。

具体实施方式

本发明的带有非全高小叶片的大小叶片叶轮，其较佳的具体实施方式如图4所示，包括多个大叶片5，相邻两个所述的大叶片5之间设有小叶片6，小叶片6的径向高度可以小于等于大叶片5的高度的20％，可以是3％、10％、15％、20％等。

小叶片6的轴向弦长可以是大叶片5的轴向弦长的30％-85％，可以是30％、45％、55％、70％、85％等。即小叶片在轴向上不是全尺寸，而是从轴向某一位置开始，小叶片6的后缘可以与大叶片5的后缘平齐，也可以稍微超前或落后于大叶片5的后缘。

小叶片6的起始弧线可以与大叶片5的中部弧线相同。

本发明的压气机，包括上述的带有非全高小叶片的大小叶片叶轮，上述大小叶片叶轮可以用在压气机的转子上，也可以用在压气机的静子上。

本发明在大小叶片叶轮的轮毂面上每两片叶片之间加装一小叶片，此小叶片的径向高度很小，从而基本不起增压作用，它的作用是可以阻断轮毂面附近的横向二次流动，减小角区旋涡等，从而提高叶轮的工作效率。

参见图1和图3，可以看出，轮毂面附近的横向流动一般在叶栅后部比较严重。

故而本发明的小叶片在轴向上不是全尺寸，而是从轴向某一位置开始，到大叶片尾缘终止。小叶片刀的轴向长度小于大叶片的轴向长度。

小叶片的具体结构形式要由气动计算确定，小叶片的中弧线形状可以给定初始状态为与相应大叶片中弧线相同，经过计算优化后，其中弧线可以是任何曲线。

如图5所示，可以看出小叶片的存在对轮毂面附近的二次流动起到了明显的抑制作用。应用本发明的结构形式，可以大大减弱轮毂面附近的横向流动，从而减弱角区堵塞和流动损失。

当然，小叶片本身的摩擦损失和本身造成的额外二次流损失会有一些，但本发明中小叶片的高度和轴向长度都较小，其自身的损失较小。经过气动优化后的小叶片会给压气机总体带来益处，使压气机具有更高的效率和更宽的稳定工作范围。

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。