其他结构参数的影响分析与优化

在叶轮设计中，除了必须注意前面所讨论的一系列问题外，对于结构中的一些细节问题，这里做一下简略介绍，以供参考。

1）叶片端边的削薄。对于整体铣削的叶轮来说，由于叶片厚度δ较大，因此必须把叶片的进出口边进行削薄。这样，气流流入叶轮时，可以减小叶片进口的冲击损失，当气流由叶轮流出时，可以减少由于叶片厚度过大所引起的尾迹损失，使叶轮以后的流动也得到了改善。

图3-24所示为压缩机叶轮叶片出口边进行削薄前后的级性能的比较（进口边都是进行削薄的）。叶轮叶片出口安装角β_2A=50°，相对叶宽b₂/D₂=0.0735，叶轮直径D₂=625mm，叶片相对厚度，由轮盘整体铣制而成，叶片数z=22，其中11片为短叶片。

叶片出口边削薄以后的级性能，比起削薄前有明显的好转，级效率η_db上升了2%，能量头系数Ψ增加了6%，工作稳定区也有所扩大。

图3-24 叶片出口边的削薄对级性能曲线的影响

1—出口边没有削薄 2—出口边削薄以后

叶片出口端一般都是在叶片工作面进行削薄的，这样对于增大能量头系数是有益的。它可以减弱轴向旋涡对叶片功的影响。叶片进口端则可以按照进口叶片角度的需要，在凹面或凸面上进行削薄。比较多的情况是在凹面（非工作面）进行削薄。

2）叶轮叶片截面形式的比较。叶轮叶片截面形式对于级的性能也有一定的影响。图3-25所示为在一个相同参数的叶轮上，采用了三种不同截面形式叶片后对级的性能的影响。叶片的种类如下：

①槽形钢板压制叶片，相对厚度=0.004。

②整体铣制叶片，相对厚度0.018，等厚度叶片，叶片的进出口端均做了削薄。

③整体铣制叶片，在叶片出口端占叶片总长1/3处，相对厚度由0.018逐渐削薄到0.003，其他部分的叶片相对厚度。叶片的进口端也进行了削薄处理。

图3-25 不同叶片截面形式的级的性能比较

1—槽形钢板压制叶片 2—整体铣制叶片 3—削薄的整体铣制叶片

从图3-25可以看出，采用削薄的整体铣制叶片的级效率η_db比一般整体铣制叶片高2%，一般整体铣制叶片比槽形钢板压制叶片高1.5%～2%。

从能量头系数Ψ来看，出口边逐渐削薄的叶片最高，槽形压制叶片较低，一般整体铣制叶片则更差一些。

因此，从级效率的观点出发，采用整体铣制叶片比槽形压制叶片要更好些。

3）叶片圆弧线的比较。为了使气体在叶轮内部具有良好的流动，在水泵型叶轮上，采用了在制造上比较复杂的三圆弧曲线叶片。但从试验结果看，这种三圆弧曲线的叶片并没有获得预想的结果。下面介绍采用三圆弧和单圆弧叶片型线的试验比较。

试验是在两段压缩机上进行的（表3-2），叶轮除了在叶片型线上具有单圆弧和三圆弧的区别外，其他都相同。

表3-2 两段压缩机试验(www.xing528.com)

图3-26所示为两个压缩机段，其叶轮叶片中采用单圆弧型线和三圆弧型线后，压缩机段的性能比较。以单圆弧型线代替了三圆弧型线后，段的最高效率和压力比都没有发生变化，相反的，采用了单圆弧后，段的最高效率点的流量比起三圆弧来增大了10%。因此，从试验结果看，采用单圆弧的叶片型线，无论从工艺上和效果上，都是有利的。

图3-26 单圆弧叶片和三圆弧叶片的压缩机段的性能比较（左面曲线为D₂=630mm的压缩机段，右面曲线为D₂=528mm的压缩段）

1—单圆弧叶片 2—三圆弧叶片

4）轮盖形状的影响。气流在叶轮叶道内的流动，除了与叶片形状有关外，还与轮盖的形状（也就是叶道宽度b的变化规律）有关，气流在叶道内任意位置（直径D）上的相对流速w可表示为

其中，在直径为D的位置上的气流方向角β为

式中 D——计算点的直径；

b——计算点的叶片宽度；

τ——计算点的阻塞系数；

R_K——叶片曲率半径；

R₀——叶片中心圆半径。

按式（3-22）可以计算出叶轮叶道中的流速大致分布情况。图3-27中的曲线1就是带锥面轮盖的叶轮叶道内的速度分布示例，在这种锥面轮盖的叶道里，气流的流速发生很不均匀的降速，会引起流动损失的加大，为了改善叶道内的流动状况，可将轮盖制成内凹曲面形式，这时可使叶道内的速度分布如图3-27中的曲线2所示，使叶道内的速度变化比较均匀。

图3-27 轮盖形状对叶轮叶道内的相对速度分布的影响

1—锥面轮盖 2—曲面轮盖

经验数据表明，采用曲面轮盖后，压缩机级的效率可比锥面轮盖的提高1%～1.5%，但其最佳效率时的流量系数则有些下降。这种曲面轮盖的结构对于采用压制叶片的叶轮来说在工艺上不方便，而对于整体铣制的叶轮来说，则稍好一些。为了提高级的效率，对于整体铣制的叶轮，也有采用曲面结构的。