離心壓縮機(jī)小流量級擴(kuò)壓器的分析與優(yōu)化

1、1離心壓縮機(jī)小流量級擴(kuò)壓器的分析與優(yōu)化離心壓縮機(jī)小流量級擴(kuò)壓器的分析與優(yōu)化AnalysisOptimizationofCentrifugalCompressDiffuserwithSmallFlowStage冀春俊肖蕾大連理工大學(xué)動(dòng)力系摘要:對一離心壓縮機(jī)小流量級的擴(kuò)壓器內(nèi)部的三維粘性流場進(jìn)行了數(shù)值研究。在對整級流場模擬的基礎(chǔ)上，對其無葉擴(kuò)壓器內(nèi)部流場進(jìn)行分析探討，提出加入葉片擴(kuò)壓器的改造方案，并對擴(kuò)壓器葉片型線進(jìn)行了分析討論，使其級多

2、變效率提高近5個(gè)百分點(diǎn)。關(guān)鍵詞：離心壓縮機(jī)小流量流動(dòng)模擬中圖分類號：TH452文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：10068155（2005）02001503Abstract:Numericalresearchofthethreedimensionalviscosityflowinacentrifugalcompresswithlowmassflowcoefficientispresentedinthispaper.Basedonthenumeri

3、calanalysisoftheflowinsidethewholestageespeciallytheflowinthevanelessdiffuservaneddiffuserisproposedfthemodificationofthecompress.Bladeprofileisnumericallyanalyzedan5%increaseofthepolytropicefficiencyofthestageisachieved

4、.Keywds:CentrifugalcompressSmallflowratestageDiffuser1引言在離心式壓縮機(jī)中，擴(kuò)壓器的功用主要是使從葉輪出來的具有較大動(dòng)能的氣流減速，以使動(dòng)能有效地轉(zhuǎn)化為壓力能。無論徑向直葉片還是后彎或強(qiáng)后彎葉輪，這部分動(dòng)能都要占葉輪總耗功的很大比例。擴(kuò)壓器設(shè)計(jì)得理想與否對級效率和壓比有很大影響，它在離心壓縮機(jī)中是與葉輪同樣重要的元件，因此，對擴(kuò)壓器的研究是一項(xiàng)十分有價(jià)值的工作。本文研究的多級離心式壓

5、縮機(jī)小流量模型級的流量系數(shù)φ=0.01028，在設(shè)計(jì)工況下多變效率僅為68%，與現(xiàn)今國際同類水平壓縮機(jī)的多變效率相比要低10個(gè)百分點(diǎn)。通過對此小流量模型級內(nèi)部流場進(jìn)行數(shù)值模擬，對模擬后的原結(jié)構(gòu)內(nèi)部流場進(jìn)行分析研究，發(fā)現(xiàn)原結(jié)構(gòu)各元件中擴(kuò)壓器內(nèi)部流場的流動(dòng)損失過大是造成其多變效率低的重要因素之一。據(jù)此，對原結(jié)構(gòu)采用的無葉擴(kuò)壓器進(jìn)行分析，針對其流動(dòng)特點(diǎn)在其后端加一段葉片擴(kuò)壓器，并對擴(kuò)壓器葉片型線進(jìn)行一系列的分析討論，使改進(jìn)后的擴(kuò)壓器性能有所提

6、高，進(jìn)而增加整級的多變效率。2原無葉擴(kuò)壓器幾何結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圖1和圖2為此小流量模型級整級的三維造型。從圖中可以看到，原結(jié)構(gòu)采用的是等寬無葉擴(kuò)壓器（b3=b4=const）；擴(kuò)壓器前面連接強(qiáng)后彎閉式葉輪，等厚度葉片，葉片尾緣為鈍頭，且b2＞b3；后面連接的彎道前后寬度不等，略有擴(kuò)張。3維造型。圖4所示的是造型后的葉片擴(kuò)壓器的通流圖。圖3原結(jié)構(gòu)擴(kuò)壓器內(nèi)部速度場分布圖4葉片擴(kuò)壓器通流圖改進(jìn)后的擴(kuò)壓器使整級效率顯著提高。表1為加葉片擴(kuò)壓器前后整級的

7、性能參數(shù)比較。表1流量（kgs）靜壓比總壓比級等熵效率%級多變效率%改進(jìn)前0.53781.47561.478573.11374.552改進(jìn)后0.53781.50341.505677.03178.316注：由于在數(shù)值模擬過程中沒有考慮級內(nèi)的某些損失（包括輪阻損失、漏氣損失等），模擬后得到的原結(jié)構(gòu)級多變效率（74.552%）比實(shí)際的多變效率（68%）高。4.34.3對擴(kuò)壓器葉型的分析討論圖5為原始設(shè)計(jì)采用的C4翼型葉片擴(kuò)壓器的內(nèi)部速度場分布

8、圖。從圖中可以看出，氣流在葉片擴(kuò)壓器內(nèi)部的流動(dòng)比較通暢，沒有明顯的漩渦和氣流分離現(xiàn)象。但由于C4葉型葉片最大相對厚度的位置比較靠前，葉片后端比較薄，葉片壓力面附面層逐漸增厚，這會(huì)產(chǎn)生比較大的流動(dòng)損失，從而影響效率。據(jù)此，在其他參數(shù)不變的情況下，對擴(kuò)壓器葉片形線進(jìn)行修改，使葉片最大相對厚度的位置后移，加厚葉片出口區(qū)域。本文分別采用倒C4翼型，倒T4翼型，以及直壁葉片進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬后得到的各葉型葉片擴(kuò)壓器內(nèi)部速度場分布如圖6～圖8所示。