一种用于有叶扩压器扩稳的扩稳叶片和有叶扩压器

1.本发明涉及有叶扩压器技术领域，尤其是涉及一种用于有叶扩压器扩稳的扩稳叶片和有叶扩压器。


背景技术：

2.对于离心压气机而言，为叶轮匹配合适的扩压器是至关重要的，扩压器作为离心压气机的重要组件，其流场的稳定性会影响到压气机整体运行范围。目前，广泛使用的扩压器主要包括无叶扩压器及有叶扩压器。相对于有叶扩压器，无叶扩压器结构简单，且工作范围较广，但是由于无叶扩压器内气流角变化较小，因此扩压度较小，迎风面积较大，并且流程更长，会造成较大的摩擦损失。相比无叶扩压器，有叶扩压器一方面通过半径的增大使气流减速增压，同时也可通过叶片改变气流角，增大通流面积，提高扩压度，并减小气流的流程，从而降低摩擦损失，提高效率。因此在高性能离心压气机中常采用有叶扩压器，如中国实用新型专利cn213331681u(名称为：一款适用于乘用车涡轮增压器的有叶扩压器)公开的有叶扩压器。目前有叶扩压器中采用较多包括翼型有叶扩压器、楔形有叶扩压器和双圆弧有叶扩压器等。但当流量减小时，有叶扩压器入口的冲角增大，造成一定的冲击损失，还容易导致流道内流动分离，进而引发更严重的失稳现象。
3.图1展示了气流流经有叶扩压器的状态。图1显示叶片叶背处产生明显分离流动，并形成涡。图中的叶背处深色部分代表分离情况，可以看到在叶背处气流分离较为严重。综上，气流在压气机叶片叶背处产生明显流动分离，影响压气机正常工作。对于离心压气机来讲，在小流量工况下该区域通常存在明显的分离涡。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于有叶扩压器扩稳的扩稳叶片和有叶扩压器，以稳定压气机叶片叶背处的流动，抑制或减弱叶背处的气流分离。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.本发明提供一种用于有叶扩压器扩稳的扩稳叶片，所述有叶扩压器上沿圆周均匀分布有多个扩稳叶片，每个所述扩稳叶片的叶背上设有用以对气流进行重新组织以抑制或减弱气流分离的锯齿状凹槽结构。
7.优选地，所述锯齿状凹槽结构与所述叶背的气流流入端之间的间距d2为叶背长度的3％～5％。
8.优选地，所述锯齿状凹槽结构包括多个依次设置的凹槽。
9.优选地，每个所述凹槽包括按设定角度设置的第一斜面和第二斜面。
10.优选地，所述凹槽的开设方向与气流的流入方向垂直。
11.优选地，所述第一斜面与所述叶背之间的夹角α为钝角。
12.优选地，所述第一斜面与所述叶背之间的夹角α的大小为150
°
～160
°
。
13.优选地，每个所述凹槽的第一斜面与一边相邻的所述凹槽的第二斜面连接。
14.优选地，多个所述凹槽沿所述叶背的纵向均匀分布。
15.一种有叶扩压器，所述有叶扩压器设有所述的扩稳叶片。
16.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
17.(1)本发明通过在叶片的叶背处设有锯齿状凹槽结构，使得叶背表面边界层区域的流动进行重新组织，使处于该区域的大尺度的分离区变成了一系列细小的分离区，进而使得整个流场中的流动更加均匀化，抑制或减弱气流分离的发生。
18.(2)本发明通过设置凹槽的开设方向与气流的流入方向垂直，使得对流体造成的扰动最大，能最大程度地对流体进行重新组织。
19.(3)本发明通过设置每个凹槽的第一斜面与一边相邻的凹槽的第二斜面连接，使得更好地拆散大尺度分离区。
附图说明
20.图1为本发明提供的现有技术的叶片表面流动示意图；
21.图2为本实施例的一种用于有叶扩压器扩稳的扩稳叶片的结构示意图；
22.图3为有叶扩压器的扩稳叶片沿周向分布的示意图；
23.图4为本实施例的一种用于有叶扩压器扩稳的扩稳叶片的第一局部放大示意图；
24.图5为本实施例的一种用于有叶扩压器扩稳的扩稳叶片的第二局部放大示意图；
25.附图标记说明：1、扩稳叶片，11、叶背，2、凹槽，21、第一斜面，22、第二斜面，3、有叶扩压器。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
27.参考图2～图5所示，本实施例提供一种用于有叶扩压器扩稳的扩稳叶片，有叶扩压器上沿圆周均匀分布有多个扩稳叶片1，每个扩稳叶片1的叶背11上设有锯齿状凹槽结构。
28.根据剪切流不稳定流动理论可知，流动发生失稳的必要条件是速度梯度分布中存在拐点。本实施例所设有的锯齿状凹槽结构可以对叶背1表面边界层区域的流动进行重新组织，使处于该区域的大尺度的分离区变成了一系列细小的分离区，进而使得整个流场中的流动更加均匀化，抑制或减弱气流分离的发生。加大压气机的稳定工作裕度，改善有叶扩压器甚至整机工作性能。本发明方案适用于有叶扩压器进口马赫数ma≤0.9的亚音场合。
29.锯齿状凹槽结构与叶背11的气流流入端之间的间距d2为叶背11长度的3％～5％，用以防止叶片的前缘变薄，降低叶片的强度。每个锯齿状凹槽结构包括多个依次设置的凹槽2，每个凹槽2包括按设定角度设置的第一斜面21和第二斜面22，凹槽2的开设方向与气流的流入方向垂直，对流体造成的扰动最大，能最大程度地对流动进行重新组织。第一斜面21与叶背11之间的夹角α为钝角。每个凹槽2的第一斜面21与一边相邻的凹槽2的第二斜面22连接，用以更好地拆散大尺度分离区。所有凹槽2的槽深相等。
30.作为一种可选的实施方式，第一斜面21与叶背11之间的夹角α的大小为150
°
～160
°
，用以在凹槽2的附近产生局部三维湍流，提升流动性能，减少流动阻力。
31.实施例2
32.本实施例提供一种有叶扩压器，包括叶片1，叶片1的背部设有如实施例1中任一实施方式的一种用于有叶扩压器的锯齿状凹槽结构。
33.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。


技术特征：
1.一种用于有叶扩压器扩稳的扩稳叶片，其特征在于，所述有叶扩压器(3)上沿圆周均匀分布有多个扩稳叶片(1)，每个所述扩稳叶片(1)的叶背(11)上设有用以对气流进行重新组织以抑制或减弱气流分离的锯齿状凹槽结构。2.根据权利要求1所述的一种用于有叶扩压器扩稳的扩稳叶片，其特征在于，所述锯齿状凹槽结构与所述叶背(11)的气流流入端之间的间距d2为叶背(11)长度的3％～5％。3.根据权利要求2所述的一种用于有叶扩压器扩稳的扩稳叶片，其特征在于，所述锯齿状凹槽结构包括多个依次设置的凹槽(2)。4.根据权利要求3所述的一种用于有叶扩压器扩稳的扩稳叶片，其特征在于，所述凹槽(2)的开设方向与气流的流入方向垂直。5.根据权利要求4所述的一种用于有叶扩压器扩稳的扩稳叶片，其特征在于，每个所述凹槽(2)包括按设定角度设置的第一斜面(21)和第二斜面(22)。6.根据权利要求5所述的一种用于有叶扩压器扩稳的扩稳叶片，其特征在于，所述第一斜面(21)与所述叶背(11)之间的夹角α为钝角。7.根据权利要求6所述的一种用于有叶扩压器扩稳的扩稳叶片，其特征在于，所述第一斜面(21)与所述叶背(11)之间的夹角α的大小为150
°
～160
°
。8.根据权利要求3所述的一种用于有叶扩压器扩稳的扩稳叶片，其特征在于，每个所述凹槽(2)的第一斜面(21)与一边相邻的所述凹槽(2)的第二斜面(22)连接。9.根据权利要求3所述的一种用于有叶扩压器扩稳的扩稳叶片，其特征在于，所有所述凹槽(2)的槽深相等。10.一种有叶扩压器，其特征在于，所述有叶扩压器(1)设有如权利要求1-9任一所述的扩稳叶片(1)。

技术总结
本发明涉及一种用于有叶扩压器扩稳的扩稳叶片和有叶扩压器，所述有叶扩压器上沿圆周均匀分布有多个扩稳叶片，每个所述扩稳叶片的叶背上设有用以对气流进行重新组织以抑制或减弱气流分离的锯齿状凹槽结构。与现有技术相比，该发明能够稳定压气机叶片叶背处的流动，抑制或减弱叶背处的气流分离。抑制或减弱叶背处的气流分离。抑制或减弱叶背处的气流分离。


技术研发人员：马邦彦 殷承良 景潇 张赫辉 竺晓程 郭志豪
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2021.12.31
技术公布日：2022/4/12