[發(fā)明專利]流量系數(shù)0.0154輕介質(zhì)高能頭壓縮機(jī)模型級(jí)及設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711481330.7
• 申請(qǐng)日: 2017-12-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107906048A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧傅安;李靖鑫;孫玉瑩;李津津;任霽筇;楊樹(shù)華;王開(kāi)宇;宋昕燁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽(yáng)透平機(jī)械股份有限公司
• 主分類號(hào): F04D29/28
• 分類號(hào): F04D29/28;F04D29/30;F04D29/44;G06F17/50
• 代理公司: 北京中強(qiáng)智尚知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11448
• 代理人: 黃耀威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及壓縮機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種流量系數(shù)0.0154輕介質(zhì)高能頭壓縮機(jī)模型級(jí)及模型級(jí)設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

輕介質(zhì)高能頭壓縮機(jī)普遍應(yīng)用于甲醇(出口壓力90公斤以下)和化肥裝置(出口壓力150-160公斤)中，每年市場(chǎng)上約有20-30多套合成氣機(jī)組，需求量大，同時(shí)其工業(yè)產(chǎn)品又是影響民生的關(guān)鍵產(chǎn)品，模型及設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，影響這裝置機(jī)組的性能，運(yùn)行穩(wěn)定性及能耗。

目前現(xiàn)有輕介質(zhì)壓縮機(jī)模型級(jí)效率較低。同時(shí)現(xiàn)有模型級(jí)輪轂比較小，當(dāng)級(jí)數(shù)較多時(shí)不利于轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性，進(jìn)而在產(chǎn)品臨界轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性及軸的剛度等方面存在較大的問(wèn)題，給產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的困難。另外，機(jī)組的性能較國(guó)外同類產(chǎn)品低。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有輕介質(zhì)壓縮機(jī)模型級(jí)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種流量系數(shù)0.0154輕介質(zhì)高能頭壓縮機(jī)模型級(jí)及設(shè)計(jì)方法，使輕介質(zhì)壓縮機(jī)產(chǎn)品機(jī)組性能和運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性得以顯著提高，減少機(jī)組的能耗。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種流量系數(shù)0.0154輕介質(zhì)高能頭壓縮機(jī)模型級(jí)，包括葉輪1、葉片擴(kuò)壓器2、彎道3及回流器4，其中葉輪1位于模型級(jí)的入口位置，在葉輪1的出口設(shè)有葉片擴(kuò)壓器2，所述回流器4位于模型級(jí)的出口位置，葉片擴(kuò)壓器2與回流器4之間通過(guò)彎道3相連通；所述模型級(jí)的機(jī)器馬赫數(shù)M_a2＝0.2-0.65，設(shè)計(jì)點(diǎn)流量系數(shù)Φ₁＝0.0154，設(shè)計(jì)點(diǎn)能頭系數(shù)τ＝0.68，各馬赫數(shù)下設(shè)計(jì)流量系數(shù)工況下的多變_效率η_pcl＝0.8011，能應(yīng)用的流量范圍為設(shè)計(jì)點(diǎn)的0.71～1.66。

本發(fā)明還提供一種流量系數(shù)0.0154輕介質(zhì)高能頭壓縮機(jī)模型級(jí)的設(shè)計(jì)方法，其包括：

步驟10、通過(guò)一維熱力設(shè)計(jì)，獲得子午流道寬度以及葉輪基本參數(shù)，包括葉輪進(jìn)口安裝角β_1A、葉輪出口安裝角β_2A，以及葉輪出口寬度b2；

步驟20、根據(jù)葉輪輪轂比ds/D2及給定的葉輪直徑確定輪轂直徑；

步驟30、通過(guò)進(jìn)口相對(duì)速度w₁最小的原則計(jì)算葉輪進(jìn)口直徑D₀；

步驟40、根據(jù)進(jìn)出口葉片的Beta角呈線性變化分布而獲取葉片初步造型；

步驟50、將所得到的葉輪的流道三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，將生成的網(wǎng)格導(dǎo)入CFD分析軟件中，采用Spalart-Allmaras湍流模型對(duì)該葉輪進(jìn)行3D粘性流場(chǎng)分析；分析的進(jìn)口邊界條件為總溫、總壓；分析的出口邊界條件為質(zhì)量流量出口；

步驟60、通過(guò)對(duì)截取的葉輪流場(chǎng)由輪盤至輪蓋方向不同截面的流速矢量圖、截取的葉輪子午方向的流速矢量圖及截取的葉輪壓力面和吸力面的葉片的相對(duì)速度圖對(duì)葉輪流場(chǎng)進(jìn)行分析，若所得的葉輪流場(chǎng)滿足第一設(shè)計(jì)條件，則認(rèn)為設(shè)計(jì)完成；若流場(chǎng)不滿足第一設(shè)計(jì)條件，則針對(duì)流場(chǎng)存在的問(wèn)題進(jìn)行相應(yīng)的幾何修正，并重復(fù)步驟50進(jìn)行CFD分析，直至所得的葉輪流場(chǎng)滿足設(shè)計(jì)條件；

步驟70、首先對(duì)葉片擴(kuò)壓器進(jìn)行初始設(shè)計(jì)，根據(jù)步驟60中CFD計(jì)算所得到的葉輪的出口氣流角β2確定葉片擴(kuò)壓器進(jìn)口安裝角α_3A，設(shè)定葉片擴(kuò)壓器出口安裝角α_4A，確定葉片擴(kuò)壓器進(jìn)口寬度b3和出口寬度b4等于葉輪出口寬度b2，并對(duì)葉片擴(kuò)壓器進(jìn)行初步造型，將所得到的模型級(jí)流道三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后導(dǎo)入CFD分析軟件，利用步驟60中所得到的葉輪的出口流場(chǎng)情況為初始條件，采用Spalart-Allmaras湍流模型對(duì)葉輪和擴(kuò)壓器造型進(jìn)行3D連續(xù)粘性流場(chǎng)分析，對(duì)所得到的CFD分析的流場(chǎng)結(jié)果進(jìn)行分析，得到葉片擴(kuò)壓器流道中間在輪盤至輪蓋的不同高度截面上的流動(dòng)速度矢量分布圖、得到葉片擴(kuò)壓器子午流道的速度矢量分布圖及葉片擴(kuò)壓器出口氣流角分布圖，并分析是否滿足第二設(shè)計(jì)條件，若不滿足，則對(duì)葉片擴(kuò)壓器幾何參數(shù)進(jìn)行修正，重新進(jìn)行CFD分析計(jì)算；

步驟80、根據(jù)葉片擴(kuò)壓器出口氣流角，對(duì)彎道及回流器葉片進(jìn)行初始設(shè)計(jì)，確定回流器進(jìn)口安裝角α_5A、出口安裝角α_6A，回流器進(jìn)口寬度b5、出口寬度b6、回流器進(jìn)口位置直徑D5及出口位置直徑D6，并對(duì)回流器進(jìn)行初步造型，導(dǎo)入CFD分析軟件，采用Spalart-Allmaras湍流模型對(duì)葉輪、擴(kuò)壓器、彎道及回流器進(jìn)行3D連續(xù)粘性流場(chǎng)分析，根據(jù)流場(chǎng)分析結(jié)果進(jìn)行回流器葉片型線的修正，并導(dǎo)入CFD分析軟件進(jìn)行反復(fù)迭代，若所得的彎道(3)、回流器(4)流場(chǎng)滿足第三設(shè)計(jì)條件，則設(shè)計(jì)完成。