專利名稱：離心壓氣機可控型面無葉擴壓器的制作方法
技術領域：
離心壓氣機可控型面無葉擴壓器屬于葉輪機械技術領域。
背景技術：
本發明涉及車用、船用增壓器離心壓氣機、工業用離心壓氣機以及航空離心壓氣機等葉輪機械無葉擴壓器的改進。
離心式壓氣機等葉輪式壓氣機相對于往復式壓氣機，具有效率高、體積重量輕、運轉平穩等優勢，但其工況范圍有限。離心式壓氣機低流量工況下將在葉輪及擴壓器出現大尺度流動分離等現象，出現不穩定工作現象、造成失速甚至喘振，直接導致壓氣機效率和壓比急劇下降，壽命嚴重縮短，甚至短時間內直接損壞。
現有離心壓氣機無葉擴壓器通道兩側采用固定輪盤和輪蓋的形狀，其形狀根據設計點工況確定，在設計點獲得最優性能，能有效的將葉輪出口氣體的動能轉化為靜壓能，而不發生造成較大損失的大尺度分離。但這種固定壁面適合于設計流量的無葉擴壓器在低流量工況下，擴壓器內有大尺度流動分離現象發生，這種失速現象造成流動損失增加，擴壓器效率下降；當流量進一步減小時，氣體徑向流動動力不足，在壓氣機的逆壓梯度作用下，氣體回流，壓氣機發生喘振現象。當離心壓氣機流量減小時，擴壓器截面積也應相應減小，以減少分離，提高擴壓器效率，擴大壓氣機穩定運行工況范圍。現有使用了平移輪蓋以減小低流量時擴壓器通流面積的專利(見公告號CN1021591A，)，但輪蓋內壁面形狀是固定的，壁面僅能作平移移動，且可平移擴壓器內壁在葉輪出口處向輪盤平移較大距離后對葉輪出口氣流有阻塞作用，會造成較大的沖擊損失，造成擴壓器效率下降。在各流量情況下，擴壓器內壁面有其最優設計形狀，若能在各流量條件下擴壓器內壁面形成最優形狀，將最大效能抑制擴壓器流動分離，有效擴展壓氣機穩定工況范圍。經檢索，國內外公開的文獻中沒有涉及能在各流量條件下擴壓器內壁面形成最優形狀的擴壓器的文獻。
發明內容
本發明目的在于，克服了現有技術的缺陷，針對現有離心壓氣機無葉擴壓器不能根據流量調節擴壓器內壁面形狀的缺陷，設計了離心壓氣機可控型面無葉擴壓器。
本發明的特征在于，含有壓氣機轉軸(1)、葉輪輪盤(2)、葉片(3)、外壁面擴壓器輪蓋(5)、擴壓器輪盤(10)及葉輪擋板(12)，其特征在于，在所述外壁面擴壓器輪蓋(5)的內側壁上，還裝有一個撓性環狀圓盤(9)，所述撓性環狀圓盤(9)的內圓周與所述外壁面擴壓器輪蓋(5)的內側壁固定，在所述撓性環狀圓盤(9)的圓周面上固定有至少兩組徑向分布的圓弧環片組，每一組圓弧環片組含有沿周向分布的至少3個圓弧環片(8)，每一個圓弧環片(8)連接一個可控型推力機構(16)。
所述可控型推力機構(16)含有固定在外壁面擴壓器輪蓋(5)的內側壁上的支撐殼(6)，在所述支撐殼(6)內套有一個中空的一端與所述圓弧環片(8)固定的挺桿(7)，挺桿(7)可在支撐殼(6)內沿軸向自由滑動；在所述支撐殼(6)內沿軸向還固定有一個電加熱柱(15)，在所述電加熱柱(15)上套有記憶合金彈簧(14)。
所述撓性環狀圓盤(9)的材料是合金彈簧鋼。
所述每一組圓弧環片組含有沿周向均布的6個圓弧環片(8)。
所述撓性環狀圓盤(9)外圓周上有一個與所述外壁面擴壓器輪蓋(5)形成密封結構的密封殼(13)。
試驗證明，本發明所提出的離心壓氣機可控型面無葉擴壓器能夠根據流量調節擴壓器內壁面的形狀，達到了預期的目的。
圖1是本發明的剖視圖。
圖2是可控推力機構的剖視圖。
圖3是撓性環狀圓盤上的圓弧環片的分布示意圖。
具體實施例方式結合
本發明的具體實施方式
。
如圖1所示，壓氣機轉軸1、葉輪輪盤2、葉片3、外壁面擴壓器輪蓋5、擴壓器輪盤10及葉輪擋板12均為現有壓氣機通用部件，11是無葉擴壓器流道。其特點是，在外壁面擴壓器輪蓋5的內側壁上，還裝有一個撓性環狀圓盤9，撓性環狀圓盤9的內圓周與外壁面擴壓器輪蓋5的內側壁相連形成結合部4，在撓性環狀圓盤9的圓周面上固定有至少兩組徑向分布的圓弧環片組，每一組圓弧環片組含有沿周向分布的至少3個圓弧環片8，每一個圓弧環片8連接一個可控推力機構16。該推力機構16可以是由加熱器控制的記憶合金或由微型電機驅動的推桿等，裝備該壓氣機的系統獲取流量傳感器的信息，經由電控單元處理后給出具體的位移量，使可控推力機構16根據位移量推動圓弧環片8，使得撓性環狀圓盤9產生形變，從而形成不同流量下的優化的內壁面形狀。圓弧環片8保證了作用力均勻作用于周向方向，保證了撓性環狀圓盤9變形周向均勻。
下面結合具體實施例進行說明。
見圖1，擴壓器輪蓋5內側壁上裝有一個撓性環狀圓盤9，撓性環狀圓盤9可由合金彈簧鋼制成，撓性環狀圓盤9的內圓周部分與外壁面擴壓器輪蓋5相連形成結合部4。圓弧環片組有兩組，每組6個圓弧環片，呈周向均布，固定在撓性環狀圓盤9上。每一個圓弧環片對應一個可控推力機構16，本實施例采用加熱器控制的記憶合金為推力源的推力機構。
如圖2所示，可控推力機構16由支撐殼6、記憶合金彈簧14、電加熱柱15和挺桿7組成。支撐殼6固定在擴壓器輪蓋5的內側壁上，為空腔結構，挺桿7是中空的柱狀結構，其一端固定在圓弧環片8上，另一端套在支撐殼6內，能夠與支撐殼產生相對滑動，電加熱柱15沿軸向固定在支撐殼6內，通電后會產生熱量，溫度升高，使套在其上的記憶合金彈簧14延長，推動圓弧環片8，使撓性環狀圓盤9產生形變，產生的形變量由通電電流大小決定。
撓性環狀圓盤9外圓周的邊緣有一圈密封殼13，形狀類似于圓柱側面，主要起防止氣流流到外壁面擴壓器5和撓性環狀圓盤9之間的作用，以避免較大的回流損失。
可控型推力機構的數量與圓弧環片相同且是位置是對應的，其組數與是由擴壓器徑向長度決定的。對于大型壓氣機，其擴壓器徑向長度大，可以安置3組或3組以上推力機構，能夠更好的控制擴壓器的型面；對于中小型壓氣機，擴壓器長度較短，也應保留2組位移推力機構。每一組的個數與撓性環狀圓盤的圓周長有關，可以根據周長的大小適當的增加或減少推力機構的個數。
在各流量情況下，擴壓器內壁面均有最優型面形狀，可控推力機構16獲取電控單元根據流量計算所得的位移，推動撓性環狀圓盤9進行相應的軸向位移，如圖3所示，撓性環狀圓盤9在徑向方向有三個型面形狀控制點，分別是結合點4和兩組圓弧環片8，以達到盡量逼近最優型面的效果。在額定流量工況下，挺桿回縮，保證擴壓器流通面積足夠大，避免出現堵塞現象；在小流量工況下，挺桿伸出，擴壓器壁面型面呈現收縮的流道，且型面逼近最優型面形狀，避免擴壓器內部流動分離，提高了擴壓器效率，擴展了壓氣機工況范圍，提高了失速裕度。
權利要求
1.離心壓氣機可控型面無葉擴壓器，含有壓氣機轉軸(1)、葉輪輪盤(2)、葉片(3)、外壁面擴壓器輪蓋(5)、擴壓器輪盤(10)及葉輪擋板(12)，其特征在于，在所述外壁面擴壓器輪蓋(5)的內側壁上，還裝有一個撓性環狀圓盤(9)，所述撓性環狀圓盤(9)的內圓周與所述外壁面擴壓器輪蓋(5)的內側壁固定，在所述撓性環狀圓盤(9)的圓周面上固定有至少兩組徑向分布的圓弧環片組，每一組圓弧環片組含有沿周向分布的至少3個圓弧環片(8)，每一個圓弧環片(8)連接一個可控型推力機構(16)。
2.如權利要求1所述的離心壓氣機可控型面無葉擴壓器，其特征在于，所述可控型推力機構(16)含有固定在外壁面擴壓器輪蓋(5)的內側壁上的支撐殼(6)，在所述支撐殼(6)內套有一個中空的一端與所述圓弧環片(8)固定的挺桿(7)，挺桿(7)可在支撐殼(6)內沿軸向自由滑動；在所述支撐殼(6)內沿軸向還固定有一個電加熱柱(15)，在所述電加熱柱(15)上套有記憶合金彈簧(14)。
3.如權利要求1所述的心壓氣機可控型面無葉擴壓器，其特征在于，所述撓性環狀圓盤(9)的材料是合金彈簧鋼。
4.如權利要求1所述的心壓氣機可控型面無葉擴壓器，其特征在于，所述每一組圓弧環片組含有沿周向均布的6個圓弧環片(8)。
5.如權利要求1所述的離心壓氣機可控型面無葉擴壓器，其特征在于，所述撓性環狀圓盤(9)外圓周上有一個與所述外壁面擴壓器輪蓋(5)形成密封結構的密封殼(13)。
全文摘要
離心壓氣機可控型面無葉擴壓器屬于葉輪機械技術領域。其特征在于含有壓氣機轉軸、葉輪輪盤、葉片、外壁面擴壓器輪蓋、擴壓器輪盤及葉輪擋板，其特征在于，在所述外壁面擴壓器輪蓋的內側壁上，還裝有一個撓性環狀圓盤，所述撓性環狀圓盤的內圓周與所述外壁面擴壓器輪蓋的內側壁固定，在所述撓性環狀圓盤的圓周面上固定有至少兩組徑向分布的圓弧環片組，每一組圓弧環片組含有沿周向分布的至少3個圓弧環片，每一個圓弧環片連接一個可控型推力機構。本發明能夠在不同流量工況下，收縮或擴張的流道，且型面逼近最優型面形狀，避免擴壓器內部流動分離，提高了擴壓器效率，擴展了壓氣機工況范圍，提高了失速裕度。
文檔編號F04D29/46GK1995762SQ200610169820
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月29日 優先權日2006年12月29日
發明者郭宮達, 張揚軍, 鄭新前, 徐建中, 諸葛偉林 申請人:清華大學