離心壓縮機葉輪改造前后的性能分析.pdf

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1、594化工機械2011正離心壓縮機葉輪改造前后的性能分析秦國良“朱昌允1吳讓利2(1西安變通大學能源與動力工程學院；2陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院)摘要對某離心壓縮機改造前后的葉輪進行了數(shù)值分析。結(jié)果表明．改造前后葉輪均滿足設(shè)計要求，但由于原始葉輪在入口處的相對馬赫敷較大，所引起的摩擦損失也略太，因此改造后的葉輪性能要好于改造前的葉輪．關(guān)鍵詞離心壓縮機分流葉片數(shù)值模擬中圖分類號TQ051．21文獻標識碼A文章編號02544i094(2011)05-0594-03葉輪是離心壓縮機的主要部件之一，葉輪設(shè)計的好壞是壓縮機級性能好壞的決定性因素。在葉輪的設(shè)

2、計過程中，從提高作功能力來講，希望短葉片盡可能長一些，其最佳長度?建議由試驗決定。近年來，隨著計算流體動力學的發(fā)展，基于數(shù)值方法判斷葉輪機械是否滿足設(shè)計要求已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。徐炯等”1采用數(shù)值方法對氯氣離心壓縮機的設(shè)計結(jié)果進行了數(shù)值驗證，孔祥杰等”1將離心壓縮機的模擬結(jié)果和試驗結(jié)果進行了對比。劉瑞韜等”一研究了葉輪蓋側(cè)切削后級的性能，但是主要集中在葉輪出口切削和蓋側(cè)切削。筆者將采用數(shù)值方法對帶有分流葉片的葉輪展開研究，并與原始葉輪相比較。1葉輪的設(shè)計參數(shù)和應(yīng)用背景該葉輪為整體齒輪式離心壓縮機的末級葉輪，其性能設(shè)計參數(shù)如下：進VI容積流量1．00

3、8m’／s質(zhì)量流量4．867kg／s進口溫度35℃(308．15K)進口壓力425kPa出口壓力798kPa級壓比1．878進口密度4．804kg／m’葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果如下：轉(zhuǎn)速3l000r／min+秦國良，男，1965年6月生，教授。陜西省西安市，710049。葉輪外徑202mm輪轂直徑52mm葉輪進I：l直徑122ram葉片出口安裝角48o葉片數(shù)18葉片厚度1．2～2．5mm葉片出口寬度16．7mm擴壓器進口直徑202．0ram擴壓器進口寬度16．7mm擴壓器出口直徑3030mm擴壓器出口寬度16．7mm該葉輪(圖1)有18個葉片，在葉輪進

4、口處流圖1原始葉輪第38卷第5期化工機械595道比較窄，無法銑制。因此需要把葉片在入口處截短，制作成帶有分流葉片的葉輪(圖2)，通過子午面上的投影可見短葉片人1：3大約在長葉片的1／3處(圖3)?？谫|(zhì)量流量相對誤差不大于0．3％，總體殘差不大于0．001，效率和壓比保持恒定。原始葉輪單流道網(wǎng)格如圖4所示。對于帶分流葉片的葉輪，必須采用雙流道，其流道網(wǎng)格如圖▲"懷。一此需要校核葉輪在采用分流葉片后能否滿足設(shè)計要求。筆者將采用數(shù)值方法比較原始葉輪和帶分流葉片的葉輪，并判斷帶分流葉片的葉輪足否滿足設(shè)計要求。2數(shù)值計算和分析2．1數(shù)值計算網(wǎng)格與設(shè)定對原

5、始葉輪的計算采用了Fine／Turbo軟件的單流道模型，對計算區(qū)域采用塊結(jié)構(gòu)化模型進行了離散。其網(wǎng)格總數(shù)目為195672，網(wǎng)格的最小正交角度為15o，最大長寬比為359，最大延展比為3．22，可見網(wǎng)格的質(zhì)量不影響計算結(jié)果。氣體模型為實際氣體模型，紊流模型采用了S·A模型，邊界條件設(shè)定：進口指定總溫總壓．出口指定流量和初始壓力。計算的收斂標準為進出圖5帶分流葉片葉輪雙流道網(wǎng)格劃分2．2數(shù)值計算結(jié)果兩個葉輪的數(shù)值計算結(jié)果見表1。帶分流葉片的葉輪網(wǎng)格的總數(shù)目為391344，剛好為原始葉輪的兩倍。網(wǎng)格的最小正交角度為6。，最大長寬比為633，最大延展比

6、為4．19，由此可見，網(wǎng)格的質(zhì)量不影響計算的結(jié)果。表1兩個葉輪的數(shù)值計算結(jié)果596化工機械2011年從計算結(jié)果可以看出，兩者均滿足設(shè)計要求，但分流葉片的性能略高于原始葉輪。2．3結(jié)果分析圖6、7分別給出了改造前后葉輪蓋側(cè)跨葉片截面相對馬赫數(shù)等值線分布。圖6長葉片葉輪蓋側(cè)跨葉片截面相對馬赫數(shù)等值線分布圖7帶分流葉片葉輪蓋側(cè)跨葉片截面相對馬赫數(shù)等值線分布從圖6、7中可以看出在葉片入口處，原始葉輪相對馬赫數(shù)高于分流葉片葉輪，因此摩擦損失要高于帶分流葉片的葉輪，造成葉輪效率略微下降。3結(jié)束語筆者對某離心壓縮機葉輪進行了改造，即將葉輪改成帶有分流葉片的葉

7、輪，短葉片約為長葉片的2／3，并采用數(shù)值方法進行了驗證。結(jié)果表明：原始葉輪和改造后的葉輪均能滿足設(shè)計要求，并且改造后的葉輪的效率和壓比均高于原始葉輪。究其原因是原始葉輪在入口處存在阻塞，增加了葉輪的摩擦阻力損失，而分流葉片降低入口處的氣流速度，降低了摩擦阻力損失，獲得了較好的性能。參考文獻[1]徐忠．離心壓縮機原理[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1978．[2]徐炯，谷傳綱，王彤等．氯氣壓縮機的高效設(shè)計方法及數(shù)值模擬結(jié)果分析[J]．風機技術(shù)，2009，(3)：25～30．[3]孔祥杰，劉正先，郭佳．計算軟件對離心壓縮機性能的數(shù)值模擬及與試驗結(jié)果的

8、對比驗證[J]．風機技術(shù)，2008，(3)：48～50．[4]劉瑞韜，徐忠，劉長勝．葉輪蓋側(cè)切削的級性能分析[J]．西安交通大學學報，2003，37(