[0019] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
[0020] 如图1所示，离心压缩机的双层叶片收敛型扩压器，包括轮盖1、上层叶片2、隔板3、下层叶片4和轮盘5；十二片下层叶片4沿圆周均布，且底部均固定在轮盘5上，顶部均与隔板3底面固定；为了不影响气流的连续性，隔板3的厚度仅为2mm；十二片上层叶片2沿圆周均布，且底部均固定在隔板3顶面上，顶部均与轮盖1固定；上层叶片2和下层叶片4均采用翼形结构。
[0021] 如图2所示，上层叶片的顶面为抛物面，上层叶片前缘2-1的高度比上层叶片后缘2-5的高度大12mm。上层叶片压力面2-2和上层叶片吸力面2-3均开设有第一弧形翼槽2-4；
第一弧形翼槽2-4的中心线高度为上层叶片后缘2-5高度值的1/2；第一弧形翼槽2-4靠近上层叶片前缘2-1的端面与上层叶片前缘2-1之间所夹弧长为上层叶片弦长的1/8，第一弧形翼槽2-4靠近上层叶片后缘2-5的端面与上层叶片后缘2-5之间所夹弧长为上层叶片弦长的
1/6；第一弧形翼槽2-4为等截面槽，且截面呈半圆形。
[0022] 如图3所示，下层叶片前缘4-1与下层叶片尾缘4-5等高，且等于上层叶片前缘2-1的高度；下层叶片压力面4-2和下层叶片吸力面4-3均开设有第二弧形翼槽4-4；第二弧形翼槽4-4的中心线高度为下层叶片4高度值的1/2；第二弧形翼槽4-4靠近下层叶片前缘4-1的端面与下层叶片前缘4-1之间所夹弧长为下层叶片弦长的1/8，第二弧形翼槽4-4靠近下层叶片尾缘4-5的端面与下层叶片尾缘4-5之间所夹弧长为下层叶片弦长的1/6；第二弧形翼槽4-4为等截面槽，且截面呈半圆形。
[0023] 如图4所示，下层叶片4和上层叶片2压力面的前缘线在同一纵截面上的截点位于以轮盘5中心为圆心的同一圆周上；上层叶片2的入口安装角α比下层叶片4的入口安装角β大6°；入口安装角即压力面的前缘线在纵截面上的截点处切线与以轮盘5中心为圆心且过该纵截面上截点的圆周在该纵截面上截点处切线之间的夹角。
[0024] 如图5所示，由轮盖1与轮盘5形成的扩压器子午面流道中，轮盖的型线由一段抛物线两端连接两段直线段组成，入口处的直线段长16mm，出口处的直线段长8mm，抛物线的形状与上层叶片的顶面形状匹配。因此，由轮盖1与轮盘5形成的扩压器子午面流道呈收敛型结构，扩压器子午面流道的出口宽度b4比入口宽度b3小12mm。
[0025] 通过上、下层叶片入口安装角改进、扩压器子午面流道宽度设计、第一弧形翼槽和第二弧形翼槽设计来优化内部边界层分离和减少二次流，从而提升扩压器效率，具体如下：
[0026] 对于扩压器线型，常用的有板型叶片与机翼型叶片，由于翼型叶片流动损失小，变工况性能好的特点，本发明选择的是翼型叶片进行优化。
[0027] 1、上、下层叶片入口安装角改进：
[0028] 当扩压器在非设计工况下工作时，由于叶片入口冲角，通常会产生边界层分离，至于分离区的位置、大小与叶片的形状和入口冲角有关。
[0029] 对于叶片扩压器入口冲角i的定义：
[0030] i＝α3A-α3 (1)
[0031] 无论i为正或为负时，偏离0越大，在叶片表面均会发生边界层分离。所以为了尽量减小扩压器内流动分离，应该将入口冲角i控制在一定的范围内。对于一般的叶片扩压器，设计完成后入口安装角α3A是个固定值，然而扩压器的入口气流角α3沿着叶高方向的分布是不均匀的，通常在靠近轮盖位置的入口气流角要大于靠近轮盘位置的入口气流角，这必然引起靠近轮盖位置出现较大的入口冲角，形成边界层分离。本发明设计一种双层的扩压器叶片，并且使上下层叶片的入口安装角互不相同。设下层叶片的入口安装角为α3A1，上层叶片的入口安装角为α3A2，则设计时a＝α3A2-α3A1根据具体扩压器入口气流角的分布在8～10°范围内取值。
[0032] 2、扩压器子午面流道宽度设计：
[0033] 扩压器的效率定义：
[0034]
[0035]
[0036] 式中，CP为压力恢复系数，Cph为理想压力恢复系数，c3为扩压器出口速度，c3为扩压器进口速度，ζ为总压损失系数。
[0037] 由式(2)与(3)可以看出，要使扩压器获得较大的压力恢复系数CP与较高的效率η，一种方法就是尽量减小总压损失系数ζ，
[0038] ζ＝ζ(b3/D3,b4/b3) (4)
[0039] 公式(4)中，D3为叶片入口直径(叶片压力面的前缘线在纵截面上的截点所在以轮盘5中心为圆心的圆周直径)，由公式(4)可以看出，当与ζ相关的b3/D3比值及其它参数保持不变时，当b4/b3在1.0左右变化时，一定存在一个值使得ζ最小，从而使扩压器的效率增加。当b4/b3＞1时，随b4/b3比值的增大，开始时由于流道加宽，总压损失系数还有所下降，但是b4/b3比值进一步增大时，对于流道扩张度增大所带来的各项损失增大，总压损失系数便开始上升，扩压器流道内的损失也增大很多。反之，当b4/b3＜1时，即采用收敛型扩压器，一方面使气流变得更加均匀，另一方面则增大了入口气流角α3，这样减小了混合损失与二次流损失，从而提高了CP，当α3较大时，气流的减速作用也对CP起到较大作用。因此，在收敛过程中，存在一个使CP最大的b4/b3值，通过对不同扩压器的压缩机模型进行数值模拟并比较性能，最终选取b4＝0.85b3，传统的扩压器壁面，即由轮盘与轮盖面组成的扩压器流道子午面，通常是直壁型，本发明采用的将直壁型收敛改成抛物线收敛型壁面，抛物线型的壁面相对于直壁型能够使气流加速，使气流加快均匀化，从而进一步提高扩压器的效率，本实施例中优化后的b3＝36.6mm，b4＝31.11mm。
[0040] 3、第一弧形翼槽和第二弧形翼槽设计：
[0041] 为了进一步抑制表面的边界层分离，减小分离漩涡，在上、下层叶片的吸力面与压力面分别设置一道弧形翼槽，弧形翼槽的横截面为圆弧形，更加符合气流运动的特点，为了防止对进口气流形成冲击，使弧形翼槽安置在距离叶片前缘一定距离的位置。
[0042] 从叶轮出口出来的高速气流具有强烈不均匀性，气流角沿叶高的分布是由叶根到叶顶逐渐变大，一般的扩压器在叶高方向上的入口安装角保持固定一个角度不变，因此很容易导致靠近轮盖的位置气流冲角过大，而导致气流在扩压器表面形成分离。本发明由上下两层叶片组成，其中下层叶片的入口安装角较小，上层叶片的入口安装角较大，很好地适应了轮出口气流的分布特征，将整个扩压器高度上的气流冲角控制在一定范围内，抑制叶片表面气流分离的发生，防止喘振的发生。同时收敛型的扩压器流道结构相比平行的扩压器流道结构改善了气流在流道内的周向分布，收敛型流道内比平直型流道回流强度减小很多。
[0043] 本发明在叶片两侧的弧形翼槽更是可以控制扩压器表面的边界层的发展，最大限度地抑制压力面与吸力面表面的边界层分离。因此在工况发生变化时，边界层不易分离，扩压器效率得以提高。
