离心压缩机叶轮改造前后的性能分析.pdf

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1、594化工机械2011正离心压缩机叶轮改造前后的性能分析秦国良“朱昌允1吴让利2(1西安变通大学能源与动力工程学院；2陕西国防工业职业技术学院)摘要对某离心压缩机改造前后的叶轮进行了数值分析。结果表明．改造前后叶轮均满足设计要求，但由于原始叶轮在入口处的相对马赫敷较大，所引起的摩擦损失也略太，因此改造后的叶轮性能要好于改造前的叶轮．关键词离心压缩机分流叶片数值模拟中图分类号TQ051．21文献标识码A文章编号02544i094(2011)05-0594-03叶轮是离心压缩机的主要部件之一，叶轮设计的好坏是压缩机级性能好坏的决定性因素。在叶轮的设

2、计过程中，从提高作功能力来讲，希望短叶片尽可能长一些，其最佳长度⋯建议由试验决定。近年来，随着计算流体动力学的发展，基于数值方法判断叶轮机械是否满足设计要求已经得到广泛应用。徐炯等”1采用数值方法对氯气离心压缩机的设计结果进行了数值验证，孔祥杰等”1将离心压缩机的模拟结果和试验结果进行了对比。刘瑞韬等”一研究了叶轮盖侧切削后级的性能，但是主要集中在叶轮出口切削和盖侧切削。笔者将采用数值方法对带有分流叶片的叶轮展开研究，并与原始叶轮相比较。1叶轮的设计参数和应用背景该叶轮为整体齿轮式离心压缩机的末级叶轮，其性能设计参数如下：进VI容积流量1．00

3、8m’／s质量流量4．867kg／s进口温度35℃(308．15K)进口压力425kPa出口压力798kPa级压比1．878进口密度4．804kg／m’叶轮结构设计结果如下：转速3l000r／min+秦国良，男，1965年6月生，教授。陕西省西安市，710049。叶轮外径202mm轮毂直径52mm叶轮进I：l直径122ram叶片出口安装角48o叶片数18叶片厚度1．2～2．5mm叶片出口宽度16．7mm扩压器进口直径202．0ram扩压器进口宽度16．7mm扩压器出口直径3030mm扩压器出口宽度16．7mm该叶轮(图1)有18个叶片，在叶轮进

4、口处流图1原始叶轮第38卷第5期化工机械595道比较窄，无法铣制。因此需要把叶片在入口处截短，制作成带有分流叶片的叶轮(图2)，通过子午面上的投影可见短叶片人1：3大约在长叶片的1／3处(图3)。口质量流量相对误差不大于0．3％，总体残差不大于0．001，效率和压比保持恒定。原始叶轮单流道网格如图4所示。对于带分流叶片的叶轮，必须采用双流道，其流道网格如图▲"怀。一此需要校核叶轮在采用分流叶片后能否满足设计要求。笔者将采用数值方法比较原始叶轮和带分流叶片的叶轮，并判断带分流叶片的叶轮足否满足设计要求。2数值计算和分析2．1数值计算网格与设定对原

5、始叶轮的计算采用了Fine／Turbo软件的单流道模型，对计算区域采用块结构化模型进行了离散。其网格总数目为195672，网格的最小正交角度为15o，最大长宽比为359，最大延展比为3．22，可见网格的质量不影响计算结果。气体模型为实际气体模型，紊流模型采用了S·A模型，边界条件设定：进口指定总温总压．出口指定流量和初始压力。计算的收敛标准为进出图5带分流叶片叶轮双流道网格划分2．2数值计算结果两个叶轮的数值计算结果见表1。带分流叶片的叶轮网格的总数目为391344，刚好为原始叶轮的两倍。网格的最小正交角度为6。，最大长宽比为633，最大延展比

6、为4．19，由此可见，网格的质量不影响计算的结果。表1两个叶轮的数值计算结果596化工机械2011年从计算结果可以看出，两者均满足设计要求，但分流叶片的性能略高于原始叶轮。2．3结果分析图6、7分别给出了改造前后叶轮盖侧跨叶片截面相对马赫数等值线分布。图6长叶片叶轮盖侧跨叶片截面相对马赫数等值线分布图7带分流叶片叶轮盖侧跨叶片截面相对马赫数等值线分布从图6、7中可以看出在叶片入口处，原始叶轮相对马赫数高于分流叶片叶轮，因此摩擦损失要高于带分流叶片的叶轮，造成叶轮效率略微下降。3结束语笔者对某离心压缩机叶轮进行了改造，即将叶轮改成带有分流叶片的叶

7、轮，短叶片约为长叶片的2／3，并采用数值方法进行了验证。结果表明：原始叶轮和改造后的叶轮均能满足设计要求，并且改造后的叶轮的效率和压比均高于原始叶轮。究其原因是原始叶轮在入口处存在阻塞，增加了叶轮的摩擦阻力损失，而分流叶片降低入口处的气流速度，降低了摩擦阻力损失，获得了较好的性能。参考文献[1]徐忠．离心压缩机原理[M]．北京：机械工业出版社，1978．[2]徐炯，谷传纲，王彤等．氯气压缩机的高效设计方法及数值模拟结果分析[J]．风机技术，2009，(3)：25～30．[3]孔祥杰，刘正先，郭佳．计算软件对离心压缩机性能的数值模拟及与试验结果的

8、对比验证[J]．风机技术，2008，(3)：48～50．[4]刘瑞韬，徐忠，刘长胜．叶轮盖侧切削的级性能分析[J]．西安交通大学学报，2003，37(