[發明專利]流量系數0.0127輕介質高能頭壓縮機模型級及設計方法

在審

• 申請號: 201711486188.5
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108223441A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 盧傅安;楊樹華;孫昊強;李云;任霽筇;白冬;趙強;李文溥;郝國帥
• 申請（專利權）人: 沈陽透平機械股份有限公司
• 主分類號: F04D29/28
• 分類號: F04D29/28;F04D29/30;F04D29/44;G06F17/50
• 代理公司: 北京中強智尚知識產權代理有限公司 11448
• 代理人: 黃耀威

本發明提供流量系數0.0127輕介質高能頭壓縮機模型級，包括葉輪、葉片擴壓器、彎道及回流器，葉輪位于模型級的入口位置，在葉輪的出口設有葉片擴壓器，回流器位于模型級的出口位置，葉片擴壓器與回流器通過彎道相連通；模型級的機器馬赫數M_a2＝0.2?0.65，設計點流量系數Φ₁＝0.0127，設計點能頭系數τ＝0.7，設計流量系數工況下的多變效率η_pcl＝0.8067，應用的流量范圍為設計點的0.75～1.57。還提供該模型級的設計方法。本發明的模型級效率高、能頭系數高、輪轂比大，跨距小，采用該模型級可以使得輕介質壓縮機具有較高的運行效率和較寬的工況范圍，同時有助于降低轉子工作轉速，縮短軸承跨距，提高轉子的穩定性。

技術領域

本發明涉及壓縮機技術領域，特別涉及一種流量系數0.0127輕介質高能頭壓縮機模型級及模型級設計方法。

背景技術

輕介質高能頭壓縮機普遍應用于甲醇(出口壓力90公斤以下)和化肥裝置(出口壓力150-160公斤)中，每年市場上約有20-30多套合成氣機組，需求量大，同時其工業產品又是影響民生的關鍵產品，模型及設計的優劣，影響這裝置機組的性能，運行穩定性及能耗。

目前現有輕介質壓縮機模型級效率較低。同時現有模型級輪轂比較小，當級數較多時不利于轉子的穩定性，進而在產品臨界轉速、轉子穩定性及軸的剛度等方面存在較大的問題，給產品設計帶來很大的困難。另外，機組的性能較國外同類產品低。

發明內容

為了解決現有輕介質壓縮機模型級存在的上述問題，本發明的目的在于提供一種流量系數0.0127輕介質高能頭壓縮機模型級及設計方法，使輕介質壓縮機產品機組性能和運轉穩定性得以顯著提高，減少機組的能耗。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種流量系數0.0127輕介質高能頭壓縮機模型級，包括葉輪1、葉片擴壓器2、彎道3及回流器4，其中葉輪1位于模型級的入口位置，在葉輪1的出口設有葉片擴壓器2，所述回流器4位于模型級的出口位置，葉片擴壓器2與回流器4之間通過彎道3相連通；所述模型級的機器馬赫數M_a2＝0.2-0.65，設計點流量系數Φ₁＝0.0127，設計點能頭系數τ＝0.7，各馬赫數下設計流量系數工況下的多變效率η_pol＝0.8067，能應用的流量范圍為設計點的0.75～1.57。

本發明還提供一種流量系數0.0127輕介質高能頭壓縮機模型級的設計方法，其包括：

步驟10、通過一維熱力設計，獲得子午流道寬度以及葉輪基本參數，包括葉輪進口安裝角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、通過進口相對速度w₁最小的原則計算葉輪進口直徑D₀；

步驟40、根據進出口葉片的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行網格劃分，將生成的網格導入CFD分析軟件中，采用Spalart-Allmaras湍流模型對該葉輪進行3D粘性流場分析；分析的進口邊界條件為總溫、總壓；分析的出口邊界條件為質量流量出口；

步驟60、通過對截取的葉輪流場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速度圖對葉輪流場進行分析，若所得的葉輪流場滿足第一設計條件，則認為設計完成；若流場不滿足第一設計條件，則針對流場存在的問題進行相應的幾何修正，并重復步驟50進行CFD分析，直至所得的葉輪流場滿足設計條件；