CN100462566C - 叶片沿周向非均匀分布的大小叶片叶轮及压气机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叶片沿周向非均匀分布的大小叶片叶轮及压气机，大小叶片叶轮的大叶片沿周向非均匀分布，周向距离的变化值小于等于10%。相邻两个大叶片之间设有小叶片，小叶片距其压力面一侧相邻的大叶片的周向距离等于相邻两个大叶片之间的周向距离的25%-70%。压气机的转子为这种大小叶片叶轮时，转子叶片的尾迹对下游静子叶片产生的激振力是非严格周期性的，对下游静子的破坏性影响较小。

Description

叶片沿周向非均匀分布的大小叶片叶轮及压气机

技术领域

本发明涉及一种叶片式叶轮及机械装置，尤其涉及一种大小叶片叶轮及压气机。

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。叶片的结构形式对压气机的增压能力影响极大。

压气机转子叶片转动时，气流流过产生的尾迹打在下游静子的叶排上，会产生周期性激振力，如果此激振力与静子本身固有频率相近，会产生共振破坏静子叶片，或因高周疲劳而影响静子叶片寿命。常规的轴流压气机的共同特点是采用大小相同的叶片沿周向方向均匀分布，叶片与叶片之间形成的通道是相同的。

如图1所示，现有技术中的压气机，转子中叶片1的分布方式都是沿周向均匀分布的。

上述现有技术至少存在以下缺点：

因为转子叶片是周向均匀分布的，其尾迹对下游静子叶片产生的激振力也是严格周期性的，当转速与转子叶片数满足一定关系的时候，这个激振力的频率可能与下游静子叶片的自振频率相相近，从而引起共振导致事故。即使不发生共振，长时间的这种周期性激振也会使静子叶片因高周期疲劳问题而产生裂纹，大大缩短压气机使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种对下游静子的破坏性影响较小的叶片沿周向非均匀分布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：

本发明的叶片沿周向非均匀分布的大小叶片叶轮，包括多个大叶片，其特征在于，所述多个大叶片沿周向非均匀分布。

本发明的压气机，该压气机的转子为上述的叶片沿周向非均匀分布的大小叶片叶轮。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的叶片沿周向非均匀分布的大小叶片叶轮及压气机，由于大小叶片叶轮的多个大叶片沿周向非均匀分布，当压气机转子采用这种叶片布置形式时，转子叶片尾迹对下游静子叶片产生的激振力是非严格周期性的，对下游静子的破坏性影响较小。

附图说明

图1为现有技术中的叶轮的叶片分布示意图；

图2为本发明的叶片沿周向非均匀分布的大小叶片叶轮的叶片分布示意图；

图3为本发明中小叶片的位置与转子效率的关系示意图；

图4为现有技术中压气机转子叶片尾迹引起的下游压力脉动时域图；

图5为现有技术中压气机转子叶片尾迹引起的下游压力脉动频域图；

图6为本发明中压气机转子叶片尾迹引起的下游压力脉动时域图；

图7为本发明中压气机转子叶片尾迹引起的下游压力脉动频域图。

具体实施方式

本发明的叶片沿周向非均匀分布的大小叶片叶轮，其较佳的具体实施方式如图2所示，包括多个大叶片2、3、4，多个大叶片2、3、4之间沿周向非均匀分布。

多个大叶片2、3、4中，相邻两个大叶片2、3之间的周向方向的距离为宽距离S2；相邻两个大叶片3、4之间的距离为窄距离S1。沿大小叶片叶轮一周的大叶片的分布可以是宽距离S2与窄距离S1相互间隔分布。也可以是其它的非均匀分布方式。

宽距离S2与窄距离S1的变化值可以小于等于10％。

多个大叶片2、3、4中，相邻两个大叶片之间可以设有小叶片。如第一大叶片2与第二大叶片3之间设有第一小叶片5；第二大叶片3与第三大叶片4之间设有第二小叶片6。

小叶片5、6距其压力面一侧的大叶片的周向距离，即第一小叶片5距其压力面一侧的第二大叶片3的周向距离S21等于相邻的第一大叶片2和第二大叶片3之间的周向距离S1的25％—70％；同样，第二小叶片6距其压力面一侧的第三大叶片4的周向距离S11等于相邻的第二大叶片3和第三大叶片4之间的周向距离S1的25％—70％。

即，25％<S11/S1<70％及25％<S21/S2<70％，优选40％<S11/S1<60％及40％<S21/S2<60％，可以是25％、30％、40％、50％、60％、70％等。

本发明的压气机，该压气机的转子为上述的叶片沿周向非均匀分布的大小叶片叶轮。

本发明中，压气机的转子上的大叶片的周向位置不是均匀分布的，可以根据频率的要求而变化。这样转子大叶片的尾迹对下游静子叶片的主要激振力不是单一频率，而是有一定分散分布，减弱了对静叶的影响。

大叶片栅距的相对变化最大值可以不超过10％，在此范围内变化对气动性能的影响不大。设计时，不均匀分布要满足轮盘在周向上的对称性，以免产生不平衡力。

在大叶片不均匀分布的基础上，位于其中的小叶片的周向分布要满足两条原则：一个是要保证轮盘的平衡，另一个是要分别对每个不同的叶片通道进行气动优化，以得到最好的性能。

如图3所示，当小叶片的周向位置P(小叶片距其压力面一侧的大叶片的周向距离与其相邻的两个大叶片间距之比)在25％～70％之间时，对转子性能影响很小。

如图4、图5所示，现有技术中，叶片周向均匀分布的转子对下游产生的压力脉动力，频率集中。

如图6、图7所示，本发明中，叶片周向非均匀分布的转子对下游产生的压力脉动力，频率分散，可以部分解决静叶因上游激振力频率集中的问题，有效放置静叶的共振破坏，对静叶的疲劳寿命也有好处。

另外，小叶片在周向距相邻两大叶片的距离不等，可以更为有效地控制叶栅后部的分离。小叶片的周向位置P值在不同半径处可以不同，可以在气动设计中进行优化，得到最好的气动性能，并且要经过强度校验合格。

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 (6)

1.一种叶片沿周向非均匀分布的大小叶片叶轮，包括多个大叶片，其特征在于，所述多个大叶片沿周向非均匀分布，所述多个大叶片中，相邻两个大叶片之间的周向方向的距离包括宽距离和窄距离，所述宽距离与窄距离相互间隔分布。

2.根据权利要求1所述的叶片沿周向非均匀分布的大小叶片叶轮，其特征在于，所述相邻两个大叶片之间的周向距离的变化值小于等于10％。

3.根据权利要求1或2所述的叶片沿周向非均匀分布的大小叶片叶轮，其特征在于，所述多个大叶片中，相邻两个大叶片之间设有小叶片。

4.根据权利要求3所述的叶片沿周向非均匀分布的大小叶片叶轮，其特征在于，所述的小叶片距其压力面一侧的大叶片的周向距离等于相邻两个大叶片之间的周向距离的25％—70％。

5.根据权利要求4所述的叶片沿周向非均匀分布的大小叶片叶轮，其特征在于，所述的小叶片距其压力面一侧的大叶片的周向距离等于相邻两个大叶片之间的周向距离的40％—60％。

6.一种压气机，其特征在于，该压气机的转子为权利要求1至5任一项所述的叶片沿周向非均匀分布的大小叶片叶轮。

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