離心壓縮機(jī)小流量級(jí)擴(kuò)壓器的分析與優(yōu)化

1、1離心壓縮機(jī)小流量級(jí)擴(kuò)壓器的分析與優(yōu)化離心壓縮機(jī)小流量級(jí)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(duì)一離心壓縮機(jī)小流量級(jí)的擴(kuò)壓器內(nèi)部的三維粘性流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值研究。在對(duì)整級(jí)流場(chǎng)模擬的基礎(chǔ)上，對(duì)其無(wú)葉擴(kuò)壓器內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行分析探討，提出加入葉片擴(kuò)壓器的改造方案，并對(duì)擴(kuò)壓器葉片型線進(jìn)行了分析討論，使其級(jí)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(lèi)號(hào)：TH452文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：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(lái)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(wú)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(duì)級(jí)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(duì)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(jí)離心式壓

5、縮機(jī)小流量模型級(jí)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(guó)際同類(lèi)水平壓縮機(jī)的多變效率相比要低10個(gè)百分點(diǎn)。通過(guò)對(duì)此小流量模型級(jí)內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)模擬后的原結(jié)構(gòu)內(nèi)部流場(chǎng)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(chǎng)的流動(dòng)損失過(guò)大是造成其多變效率低的重要因素之一。據(jù)此，對(duì)原結(jié)構(gòu)采用的無(wú)葉擴(kuò)壓器進(jìn)行分析，針對(duì)其流動(dòng)特點(diǎn)在其后端加一段葉片擴(kuò)壓器，并對(duì)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(jí)的多變效率。2原無(wú)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(jí)整級(jí)的三維造型。從圖中可以看到，原結(jié)構(gòu)采用的是等寬無(wú)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(chǎng)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(jí)效率顯著提高。表1為加葉片擴(kuò)壓器前后整級(jí)的

7、性能參數(shù)比較。表1流量（kgs）靜壓比總壓比級(jí)等熵效率%級(jí)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(guò)程中沒(méi)有考慮級(jí)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(jí)多變效率（74.552%）比實(shí)際的多變效率（68%）高。4.34.3對(duì)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(chǎng)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(méi)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(duì)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(duì)擴(kuò)壓器葉片形線進(jìn)行修改，使葉片最大相對(duì)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(chǎng)分布如圖6～圖8所示。