CN104912821A - 一种激波压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激波压缩机，属于空气压缩技术领域。本发明的一种激波压缩机，包括旋转冲压转子、叶片扩压器和增压蜗壳，旋转冲压转子的边缘设有若干气体流道，每个气体流道中均设有激波诱导块，激波诱导块的前段设有斜坡，斜坡的后面为一平面，气体流道内设有与激波诱导块相对应的反射曲面；旋转冲压转子高速旋转形成超音速气流，该超音速气流在斜坡前端产生斜激波，并经过反射曲面和斜坡的多次反射后形成一道正激波；超音速气流经过反射曲面前沿形成的斜激波受上述正激波的干扰，在正激波的附近形成激波墙。本发明利用激波墙使气体压力提升、气流速度降低，从而提高压缩效率，实现高压缩比；并且，旋转冲压转子结构简单，加工制造方便。

Description

一种激波压缩机

技术领域

本发明涉及一种压缩机，更具体地说，涉及一种利用激波特性来提高气体压力的压缩机，可称之为激波压缩机。

背景技术

传统的压缩机通常通过工作容积的体积变化来提高压力，也有通过提高速度通过动能势能的转化来提高压力。传统的压缩机运行效率较低，且结构复杂，运动元件多，维护成本高。

目前，已经出现了一些新型的压缩机，这些压缩机利用激波原理实现空气压缩，一般被称为超音速压缩机或激波压缩机，相对于传统的压缩机而言，激波压缩机运行效率更高，在单级压比要求较高的条件下激波压缩机有其无法比拟的优越性。但是，对于激波压缩机而言，仍然存在一些技术问题，例如，如何利用更好的技术方案来提高压缩机的运行能力和压缩效率。一般认为，在压缩机扩压器中的有效位置提供正激波及控制超音速气流在进入扩压器时的损失最小化，可以提高激波压缩机的运行能力和压缩效率，更加有效地实现高压缩比。现有技术中已有多种激波压缩机的设想和设计，但大多结构复杂，都没有实现激波压缩机运行能力和压缩效率的显著提高。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有激波压缩机结构复杂，运行能力和压缩效率还有待进一步提高的不足，提供一种激波压缩机，采用本发明的技术方案，利用具有激波诱导块的旋转冲压转子实现激波墙的产生，使超音速气流通过激波墙后被迅速提高压力和温度，气流速度大幅降低，从而提高压缩效率，并经过扩压器和蜗壳进一步降低流速和提升压力，实现高压缩比；并且，旋转冲压转子结构简单，加工制造方便，压缩机的运动部件少，运行更加稳定。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种激波压缩机，包括旋转冲压转子、叶片扩压器和增压蜗壳，所述的旋转冲压转子和叶片扩压器均设于增压蜗壳内，所述的旋转冲压转子的边缘设有若干气体流道，每个所述的气体流道中均设有激波诱导块，所述的激波诱导块的前段设有用于产生斜激波的斜坡，所述的斜坡的后面为一平面，所述的平面与斜坡相交处形成突变点，所述的气体流道内设有与激波诱导块相对应的反射曲面；所述的旋转冲压转子高速旋转，在气体流道进气口处形成超音速气流，该超音速气流在斜坡前端产生斜激波，并经过反射曲面和斜坡的多次反射后到达突变点形成一道正激波；超音速气流经过反射曲面前沿形成的斜激波达到激波诱导块的突变点后，受上述正激波的干扰被反射到反射曲面上并被反射回激波诱导块的平面上，在正激波的附近形成激波墙；经过激波墙提升压力的气流进入叶片扩压器和增压蜗壳中被进一步提升压力。

更进一步地，所述的平面与将斜坡产生的斜激波反射到平面上的反射点在反射曲面上的法线相垂直。

更进一步地，所述的斜坡与平面之间的夹角为5°。

更进一步地，所述的气体流道中相对地设有两组反射曲面，所述的激波诱导块设于气体流道的中间，且激波诱导块上与上述两组反射曲面相对应地设有两组斜坡和两组平面。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种激波压缩机，其旋转冲压转子的边缘设有若干气体流道，每个气体流道中均设有激波诱导块，激波诱导块的前段设有用于产生斜激波的斜坡，斜坡的后面为一平面，平面与斜坡相交处形成突变点，气体流道内设有与激波诱导块相对应的反射曲面；旋转冲压转子高速旋转，在气体流道进气口处形成超音速气流，该超音速气流在斜坡前端产生斜激波，并经过反射曲面和斜坡的多次反射后到达突变点形成一道正激波；超音速气流经过反射曲面前沿形成的斜激波达到激波诱导块的突变点后，受上述正激波的干扰被反射到反射曲面上并被反射回激波诱导块的平面上，在正激波的附近形成激波墙；经过激波墙提升压力的气流进入叶片扩压器和增压蜗壳中被进一步提升压力；利用具有激波诱导块的旋转冲压转子实现激波墙的产生，使超音速气流通过激波墙后被迅速提高压力和温度，气流速度大幅降低，从而提高压缩效率，并经过扩压器和蜗壳进一步降低流速和提升压力，实现高压缩比；并且，旋转冲压转子结构简单，加工制造方便，压缩机的运动部件少，运行更加稳定；

(2)本发明的一种激波压缩机，其平面与将斜坡产生的斜激波反射到平面上的反射点在反射曲面上的法线相垂直，使斜激波被反射到平面上时，以基本垂直的角度到达平面上，形成与超音速气流来流方向相垂直的正激波，使气流在此驻留，从而降低气流速度，提高气流压力，压缩效率得到大幅提高；

(3)本发明的一种激波压缩机，其气体流道中相对地设有两组反射曲面，激波诱导块设于气体流道的中间，且激波诱导块上与上述两组反射曲面相对应地设有两组斜坡和两组平面，斜坡与平面之间的夹角为5°，通过两组激波墙实现气体压力的迅速提高，保证了足够气体量的情况下，气体压缩效率更高，实现更高的单级压比。

附图说明

图1为本发明的一种激波压缩机的结构示意图；

图2为本发明中的旋转冲压转子的工作原理图；

图3为本发明中的旋转冲压转子的气体流道的结构示意图；

图4为本发明中的激波诱导块形成激波墙的原理示意图。

示意图中的标号说明：

1、旋转冲压转子；11、气体流道；11a、反射曲面；12、激波诱导块；12a、斜坡；12b、平面；2、叶片扩压器；3、增压蜗壳。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例

结合图1、图2、图3和图4所示，本实施例的一种激波压缩机，包括旋转冲压转子1、叶片扩压器2和增压蜗壳3，旋转冲压转子1安装于回转轴上，旋转冲压转子1和叶片扩压器2均设于增压蜗壳3内，旋转冲压转子1的边缘设有若干气体流道11，在本实施例中，若干气体流11均匀分布于旋转冲压转子1的边缘上，使旋转冲压转子1的重心位于旋转冲压转子1的轴线上，使运行更加稳定；每个气体流道11中均设有激波诱导块12，该激波诱导块12的前段设有用于产生斜激波的斜坡12a(参见图3所示)，斜坡12a的后面为一平面12b，平面12b与斜坡12a相交处形成突变点，气体流道11内设有与激波诱导块12相对应的反射曲面11a，由斜坡12a产生的系列斜激波会在突变点处突变为正激波。

如图2所示，当旋转冲压转子1被驱动电机带动以40000～50000转/分钟沿逆时针方向高速旋转时，在气体流道11进气口处的线速度会超过音速，其周围的气体会被收到气体流道11的进气口，因此在气体流道11的进气口处会形成超音速气流，该超音速气流在斜坡12a前端产生斜激波(超音速气流经过尖锐物体会形成激波)，并经过反射曲面11a和斜坡12a的多次反射后到达突变点形成一道正激波；超音速气流经过反射曲面11a前沿形成的斜激波达到激波诱导块12的突变点后，受上述正激波的干扰被反射到反射曲面11a上并被反射回激波诱导块12的平面12b上，在正激波的附近形成一道激波墙。

具体地，如图3和图4所示，本实施例中的平面12b与反射点在反射曲面11a上的法线相垂直，该反射点是指将斜坡12a产生的斜激波反射到平面12b上的反射点，使斜激波被反射到平面12b上时，以基本垂直的角度到达平面12b上，形成与超音速气流来流方向相垂直的正激波，使气流在此驻留，从而降低气流速度，提高气流压力，压缩效率得到大幅提高；在本实施例中，斜坡12a与平面12b之间的夹角为5°；气体流道11中相对地设有两组反射曲面11a，激波诱导块12设于气体流道11的中间，且激波诱导块12上与上述两组反射曲面11a相对应地设有两组斜坡12a和两组平面12b，通过两组激波墙实现气体压力的迅速提高，保证了足够气体量的情况下，气体压缩效率更高，实现更高的单级压比。如图3和图4所示，气体流道11进气口处的超音速气流在5°的斜坡12a前端产生斜激波，该斜激波到达反射曲面11a形成反射波，反射波经斜坡12a再次反射到反射曲面11a，经过7次反射后达到平面12b上，反射波在平面12b处被驻留，斜激波汇集成正激波，其他斜激波达到该正激波处被反射到反射曲面11a上并被反射回激波诱导块12的平面12b段上，如此反复也被驻留在正激波附近，形成一道激波墙；超音速气流通过激波墙被降低流速，同时提升压力和温度，经过激波墙提升压力的高压高速气流由气体流道11的出气口进入叶片扩压器2，经过叶片扩压器2的气流被进一步提升压力和降低流速后流入增压蜗壳3，气体在口径逐渐增大的增压蜗壳3中压力得到继续提升并且速度继续降低，压力和速度都达到用户使用要求的气体被冷却后就可以供用户使用。

本发明的一种激波压缩机，利用具有激波诱导块的旋转冲压转子实现激波墙的产生，使超音速气流通过激波墙后被迅速提高压力和温度，气流速度大幅降低，从而提高压缩效率，并经过扩压器和蜗壳进一步降低流速和提升压力，实现高压缩比；并且，旋转冲压转子结构简单，加工制造方便，压缩机的运动部件少，运行更加稳定。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种激波压缩机，包括旋转冲压转子(1)、叶片扩压器(2)和增压蜗壳(3)，所述的旋转冲压转子(1)和叶片扩压器(2)均设于增压蜗壳(3)内，其特征在于：所述的旋转冲压转子(1)的边缘设有若干气体流道(11)，每个所述的气体流道(11)中均设有激波诱导块(12)，所述的激波诱导块(12)的前段设有用于产生斜激波的斜坡(12a)，所述的斜坡(12a)的后面为一平面(12b)，所述的平面(12b)与斜坡(12a)相交处形成突变点，所述的气体流道(11)内设有与激波诱导块(12)相对应的反射曲面(11a)；所述的旋转冲压转子(1)高速旋转，在气体流道(11)进气口处形成超音速气流，该超音速气流在斜坡(12a)前端产生斜激波，并经过反射曲面(11a)和斜坡(12a)的多次反射后到达突变点形成一道正激波；超音速气流经过反射曲面(11a)前沿形成的斜激波达到激波诱导块(12)的突变点后，受上述正激波的干扰被反射到反射曲面(11a)上并被反射回激波诱导块(12)的平面(12b)上，在正激波的附近形成激波墙；经过激波墙提升压力的气流进入叶片扩压器(2)和增压蜗壳(3)中被进一步提升压力。

2.根据权利要求1所述的一种激波压缩机，其特征在于：所述的平面(12b)与将斜坡(12a)产生的斜激波反射到平面(12b)上的反射点在反射曲面(11a)上的法线相垂直。

3.根据权利要求2所述的一种激波压缩机，其特征在于：所述的斜坡(12a)与平面(12b)之间的夹角为5°。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种激波压缩机，其特征在于：所述的气体流道(11)中相对地设有两组反射曲面(11a)，所述的激波诱导块(12)设于气体流道(11)的中间，且激波诱导块(12)上与上述两组反射曲面(11a)相对应地设有两组斜坡(12a)和两组平面(12b)。