旋轉(zhuǎn)失速對(duì)帶進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉離心壓縮機(jī)性能的影響.pdf

1、離心式壓縮機(jī)作為輸送氣體和提高氣體壓力的裝備在國民經(jīng)濟(jì)許多領(lǐng)域中占有重要地位，其發(fā)展水平是衡量一個(gè)國家工業(yè)整體實(shí)力的重要標(biāo)志。由于現(xiàn)代工業(yè)不斷發(fā)展的迫切需求，如何能使離心式壓縮機(jī)高效經(jīng)濟(jì)、安全可靠的運(yùn)行一直備受關(guān)注。目前，旋轉(zhuǎn)失速作為一種不穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)，極大地限制著壓縮機(jī)的穩(wěn)定工作范圍，嚴(yán)重威脅著其運(yùn)行可靠性。隨著人們對(duì)高負(fù)荷、高效率、寬裕度、高可靠性的葉輪機(jī)械的不懈追求，研究旋轉(zhuǎn)失速對(duì)壓縮機(jī)的影響，包括流場(chǎng)特性、發(fā)生機(jī)理及其在葉片上引

2、起的氣動(dòng)載荷，對(duì)于擴(kuò)大離心壓縮機(jī)失穩(wěn)裕度，拓寬機(jī)器的穩(wěn)定運(yùn)行范圍，進(jìn)一步提升性能設(shè)計(jì)水平具有重要意義。本文以某個(gè)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行的大型空分離心式壓縮機(jī)為研究對(duì)象，利用CFD技術(shù)進(jìn)行非定常計(jì)算，對(duì)該壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象進(jìn)行研究。以進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉、半開式葉輪、葉片擴(kuò)壓器和蝸殼為計(jì)算模型，采用全周計(jì)算來捕獲周向不均勻流場(chǎng)，對(duì)真實(shí)運(yùn)行工況進(jìn)行模擬。
　　本研究分為三個(gè)部分：第一部分以該壓縮機(jī)的非對(duì)稱矩形截面蝸殼為研究對(duì)象，針對(duì)三種不同劃分方式形

3、成的混合網(wǎng)格，對(duì)計(jì)算效率、結(jié)果精度，對(duì)流場(chǎng)細(xì)節(jié)的捕捉程度等因素進(jìn)行比較，考察不同網(wǎng)格劃分方式對(duì)旋轉(zhuǎn)失速數(shù)值模擬結(jié)果的影響，為離心壓縮機(jī)不穩(wěn)定流場(chǎng)數(shù)值分析提供參考。第二部分詳細(xì)研究了該離心壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象，將內(nèi)部流場(chǎng)非定常流動(dòng)特征與葉輪葉片受到的氣流激振相聯(lián)系，從時(shí)域和頻率兩方面詳細(xì)分析了該壓縮機(jī)內(nèi)旋轉(zhuǎn)失速單元特性、發(fā)展過程和傳播機(jī)理，以及對(duì)葉輪葉片的氣動(dòng)激勵(lì)作用。結(jié)果表明，葉頂間隙流在不穩(wěn)定流動(dòng)起源和失速單元的傳播中占有重要作用，流

4、動(dòng)不穩(wěn)定首先在葉頂間隙流和主流的混合中產(chǎn)生。葉頂間隙流在流道前緣溢出現(xiàn)象可以作為該半開式葉輪的小尺度失速判斷準(zhǔn)則，表征失速單元即將形成。第三部分針對(duì)該離心壓縮機(jī)研究了導(dǎo)葉開度和葉頂間隙高度對(duì)旋轉(zhuǎn)失速的影響。與30°導(dǎo)葉預(yù)旋相比，50°預(yù)旋時(shí)失速單元轉(zhuǎn)速更慢，發(fā)展過程和氣動(dòng)激振力頻率成分更加復(fù)雜，葉輪葉片承受的氣動(dòng)載荷也明顯增大。然后通過減小半開式葉輪葉片前緣葉頂間隙的高度改善旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象。結(jié)果表明，前緣葉頂間隙高度減小有效改善失速流場(chǎng)，