扩压器是离心压缩机的关键静止部件,负责将流体动能转变为压力能。由逆压梯度引起的流动分离严重影响离心压缩机级性能,在工作中易出现失速和喘振等不稳定流动现象,严重影响机组的正常安全运行。对扩压器内部流动机理的深入研究有助于设计开发高效率、宽工作范围的叶片式扩压器。本文针对沈阳鼓风机集团股份有限公司提供的LB56150KY108离心压缩机模型级的叶片扩压器进行结构改进,包括改变扩压器中叶片的周向位置与叶片高度(沿流向等高与非等高),综合各方案,通过数值模拟的方法对其内部流场进行了分析。本文主要开展了以下几个方面的工作:研究了非轴对称叶片排列方式对模型级性能以及内部流动的影响。非轴对称叶片位置的选取是在扩压器单流道周向位置上选取五个等距的位置。在不同工况下对带有非轴对称叶片扩压器的离心压缩机级进行流动特性分析。计算结果表明:相对于传统轴对称叶片扩压器,非轴对称叶片扩压器在小流量工况下可将级效率和级压比分别提高1.46%~4.62%和1.7%~3.2%。合适的周向位置使扩压器出口径向速度和气流角分布更均匀,流动稳定性更好;叶轮出口径向速度分布更均匀,速度梯度较小,减少了流动损失。存在最佳叶片周向相对位置使离心压缩机级的稳定工作范围最大。研究了半高式叶片扩压器对模型级性能以及内部流动的影响。选取全高叶片、盖侧0.1b、盘侧0.1b、盖侧0.3b和盘侧0.3b(b=0.0366m,扩压器宽度)等扩压器模型,通过数值模拟对离心压缩机内部流动进行分析,主要关注流动均匀性、稳定工况范围以及内部流动损失等特征。结果表明:相对于全高叶片,半高式叶片扩压器内流动的熵值较原始模型降低了很多,流动损失得到改善,且轮盖侧的流动损失要比轮盘侧流动损失小。随着扩压器叶片高度的增加,扩压器出口流动更加不稳定。10%轮盖侧的扩压器出口流动角更均匀,流动损失较小。提出了一种轮盖侧组合方案(叶片前缘高度+叶片尾缘高度)的新型叶片扩压器,分析不同组合方案下新型叶片扩压器对级性能和内部流动损失的影响。结果表明:在小流量工况下模型级的效率提高了1.2%~2.4%,在设计工况下提高了0.4%~1.2%,在大流量工况下级效率提高了0.2%~0.5%,离心压缩机的级效率和稳定工况范围得到了改善。相比于全高叶片扩压器,新型叶片扩压器的总压损失降低。受轮盘和轮盖壁面的影响,总压损失的最大值集中在上下壁面处;在靠近轮盘侧总压损失下降的很快,在流道内下降速度变缓,接近轮盖侧时损失急剧增加。由于叶片和轮盘之间的距离变化,气流在扩压器流道内存在周向流动,迫使轮盘侧气流出现汇聚,间隙的存在改善了气流组织形式,扩压器出口的径向速度分布更加均匀,流动状况得到改善。基于以上的扩压器结构改进的最佳值,综合非轴对称叶片、半高式扩压器以及新型叶片扩压器结构进行优选,结果显示,离心压缩机级在全流量工况下的效率得到提升。在小流量工况下,组合方案和非轴对称叶片最佳位置3的静压恢复系数和总压损失系数都优于原始模型,组合方案的静压恢复系数提高了12%,总压损失减少了21%。在设计工况下,组合方案中由于叶片扩压器叶片的切削,静压恢复系数下降了2%,但是在扩压器流道内总压损失相比原模型减少了6%。随着流量系数的提升,组合模型的静压恢复系数略微下降,但总压损失得到了抑制。在不同工况下,组合方案下的扩压器出口的径向速度值降低。