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1、第6卷第4期热科学与技术Vol.6No.42007年12月JournalofThermalScienceandTechnologyDec.2007文章编号:167128097(2007)0420336204离心压缩机无叶扩压器的改进新方法谢蓉,慈蕾,海洋,王晓放(大连理工大学能源与动力学院,辽宁大连116024)摘要:研究了某高压比离心压缩机无叶扩压器的性能,提出在无叶扩压器轮盘侧加装一定高度机翼型导叶的改进方法。结果表明,这种扩压器可以改善其内部流动,提高自身的压力恢复系数和效率,从而改善离心压缩机的整级性能
2、。关键词:离心压缩机;扩压器;轮盘侧加装机翼型导叶中图分类号:TH452文献标识码:A转速59920römin,扩压器出口设计总压比0前言0.3502MPa,叶轮带分流叶片,主、副叶片数各扩压器是离心式压缩机一个级的重要组成元10片,无叶扩压器外径250mm。件之一,主要分为有叶扩压器和无叶扩压器两种。图1显示了对无叶扩压器改造:在轮盘侧壁与有叶扩压器相比,无叶扩压器变工况性能较好,上加装一定高度的机翼型导叶,其中叶片段直径加工非常简单,但是流动损失较大。只有改善扩压D3=170mm,D4=234mm,叶片数n
3、=19,叶片器内气流的流动情况,才能进一步提高气体压力,入口角0.42弧度,出口角0.785弧度。图2是改获得较高的整级效率。日本学者Yoshinaga等曾造后的子午流道结构图。做过带半导叶片扩压器的研究,首先提出在无叶扩压器的轮盖侧加装半高且等螺旋角叶型导叶的[1]新型扩压器,并进行了大量试验。国内朱营康等人也做过半高导叶扩压器的内部流场计算和试[2]验,但是他们只对轮盖侧加装导叶的扩压器进行大量研究,而没有进行在扩压器轮盘侧加装机翼型导叶的尝试。对此,本文采用旋转机械专用流体计算软件FineöTurbo,以
4、某高压比离心压缩机图1机翼型导叶扩压器的无叶扩压器为研究对象,采用数值计算模拟的Fig11Airfoil2vanediffuser方法,计算、分析其内部流场的分布规律,并针对半开式叶轮出口气流不均匀流动的特点,采取在扩压器轮盘侧加装机翼型导叶的措施,对扩压器的结构进行优化改进。结果证实改进后的结构明显改善了扩压器内气流的不均匀流动,提高了扩压器内气流的静压力和效率,也提高了离心压缩机的级性能。1算例简介图2改进后的叶轮扩压器子午结构图本文计算的高压比离心压缩机的半开式叶Fig12Improvedmeridian
5、structuralofimpeller轮、扩压器主要设计参数为:质量流量1.03kgös,diffuser收稿日期:2005206220;修回日期:2007206226.基金项目:大连理工大学青年教师培养基金项目(2002).作者简介:谢蓉(19702),女,博士,副教授,主要从事流体机械内部流动三元气动性能的数值模拟与研究、透平机械气动设计与结构优化.©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http:
6、//www.cnki.net第4期谢蓉等:离心压缩机无叶扩压器的改进新方法3372计算方法和边界条件Numeca公司开发的黏性流场计算软件FineöTurbo采用多块ö多重网格的计算技术,可以快速计算各种复杂流场,有多种可选择的湍流模型和对流项离散格式,并使用时间相关法求解Reynolds时均方程。扩压器设计的好坏取决于是否和叶轮相匹配,是否最大可能地达到扩压效果,因此本文直接进行叶轮与扩压器的连算。计算时选用Baldwing2Lomax代数湍流模型,对流项离散格式图4子午面气流绝对流动情况采用中心差分并结合四
7、阶耗散项,时间推进选用Fig14Absoluteflowonmeridianplane四阶显示Runge2Kutta方法;采有三重“V型”网为了形象显示叶轮出口气流在圆周方向和格循环计算,选择CFL=3;当计算迭代5000次-5轴向扭曲的程度,可以用回转面气流出口角度时,残差为10,认为计算已收敛。(arctg(VröVt))来描述。图5～9是气流角分布曲计算边界条件:进口给定轴向进气、质量流线图,横坐标单位均是米,纵坐标单位均是弧度。量、静温;出口边界给定静压;固壁选择绝热边界。图5显示的是主叶片与副叶片组成
8、的流道3计算结果分析中,气流在叶轮出口截面处回转面内气流角沿周向的分布。可以看出,在主、副叶片流道出口,流道3.1叶轮出口气流分析两侧出口气流角较大,靠吸力面方向的气流出口气流在旋转叶轮的影响下,由最初单一的轴角度较小。图6是主叶片与副叶片组成的流道中,向流动变成出口为径向、轴向和圆周方向的合成[3]流动,且气流在叶轮出口处的流动分布不均匀。对于半开式叶轮,流动不均匀程度更大。图3和4
