大型空分装置用MCO离心压缩机焊接机壳的优化分析.pdf

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1、=五油／化I通用机械伽、f，l，?，j／’{，"『J／fwfJ，．1(肌，『『Ji‘f，／，川加、，，{l大型空分装置用MCO离心压缩机焊接机壳的优化分析沈阳鼓风机集团股份有限公司(辽宁110869)杜崇洋金鑫张鹏飞栾硕【摘要】简述空分装置的应用领域、市场前景和压缩机在空分装置中的作用。介绍了MC0离心式压缩机进排气机壳的结构特点及气动性能，采用NUMECA软件对机壳进行CFD分析。针对不理想的区域进行改进，确定一种高效、稳定的机壳结构形式。有效提高压缩机的气动效率，降低压缩机故障率。【关键词】空分装置空压机离心式压缩机焊接机壳一、前言空气分离技术是最典型的公用

2、工程技术，被广泛应用于石油炼化、煤化工、冶金、化肥装置、合成甲醇、造纸、高效燃烧和污染物治理等领域。空分工艺流程的第一步为原料空气自吸入口吸入，经自洁式空气过滤器除去灰尘及其他机械杂质。过滤后的空气进入离心空压机，经压缩机压缩到约0．62MPa(A)，然后进入空气冷却塔冷却。其中所说的离心空压机即Mc0离心压缩机。Mc0离心压缩机以其运行平稳、高效率压缩、调节范围宽、起停控制简单、安装方便以及维修成本低廉等优点，在空分装置中占有极其重要的地位。随着国民经济的高速发展、国内空分装置规模的逐渐扩大，对作为空分装置核心设备的空压机的能耗考核也日趋严格。以6万m3／h空

3、分空压机为例，每提高l％的效率每年会为用户节约百万元资金。在此背景下，各大压缩机制造厂商开始投入大量的人力物力提高空压机效率，在设计、工艺和制造等方面加快了更新换代的步伐。目前，针对转动部件主要采用的是高效三元轮，对它的优化研究已达到较高水平；而针对固定部件机壳的优化研究还有很大的提高空间。Mc0离心压缩机采用单缸体结构、四段压缩以及逐级冷却。首级为半开式高效三元叶轮、悬臂结构、轴向进气、带入口导叶调节流量及铸造机壳，后三级为闭式高效三元轮、焊接结构机壳。本文针对Mc0离心压缩机的焊接机壳进行优化分析，以提高压缩机整体气动效率，达到节能减排的目的。图l、图2分别

4、为MC0离心压缩机优化前、后结构，采用NuMECA软件对该结构机壳进行CFD分析，对比优劣。l。⋯々。i■、：二=兰：”一23∥图1优化前焊接机壳剖面图通用1016年第4期、、w、、．cl、1、石油／化I通甬机械图2优化后焊接机壳剖面图二、进气机壳结构分析，对比和优化分析对象为Mc0离心压缩机优化前后的进气室，进气室的作用是把气体从进气管道顺利地引导到叶轮入口。计算出优化前后进气室、叶轮、无叶扩压器组成的流通部分的气动性能，计算区域如图3所示。厂厂、＼＼叶轮、、＼扩压器、＼≮√么巍

5、』黼坠’I．．．．．．．一图3进气室结构的计算域示意根据气动计算报告选取边界条件

6、，多重网格加速收敛，叶轮部分采用全通道网格模型，如图4所示；忽略轮阻损失以及密封的影响；固壁绝热无滑移；采用NuMEcAFineTM爪rb098—1软件进行定常计算。厂]，。一图4进气室全通道网格模型示意遁用卸麓、、Ⅵ、、．r【、]x“)1112016年第4期优化前全通道模型的网格总数为19396641，壁面距鼽。川为0．005mm。计算后得出结果：整体效率0．887；进气室总压损失系数1．584。通过图5可以看出，优化前结构吸气室径向截面内部流动涡流明显较大，导致流动效果变差，引起效率下降。因此，对涡流区域结构进行优化，将端板的垂直立面改成斜面，此结构有利于导

7、流，减少损失。优化后结构全通道模型的网格总数为18265007，壁面距离)，。。．．为0．005mm。计算后得出结果：整体效率0．903；进气室总压损失系数0．466。通过图6可以看出，优化后结构吸气室径向截面内部流动涡流明显减小。同时通过风筒法兰到扩压器出口的全通道效率和总压损失系数的数据可以看出：优化后结构的全通道整体效率高于优化前1．6％，总压损失系数低于优化前。矿’、图5优化前结构吸气室径向截面流线图6优化后结构吸气室径向截面流线综上所述，进气室采用斜面过渡导流进入叶轮的结构要优于进气室采用垂直立面导流进入叶轮的结构。三．排气机壳结构分析，对比和优化分析

8、对象为Mc0离心压缩机优化前后的排气蜗室，排气蜗室的作用是把从扩压器或者叶轮出来的气体汇聚起来，引入机外输气管道。计算出叶轮、无叶扩压器、排气蜗室组成的流通部分的气动性能，计算区域如图7所示。根据气动计算报告选取边界条件；对叶轮和扩压器、排气蜗室进行网格划分，叶轮采用全通道网格，如图8所示；忽略轮阻损失以及密封的影响；固壁绝热无滑移；利用cFD软件cFx进行流场分析，做定常计算。1'__图7排气蜗室结构的计算域示意图8排气蜗室全通道网格模型示意优化前结构经过计算得出：整体效率0．892；排气蜗室总压损失系数0．2314。通过图9可以看出，优化前结构排气蜗室在出风

9、筒内的流动非常复杂，在从