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复合式压缩机几种斜流级的开发 |
摘要： 简介了斜流式叶轮的设计方法，并对应用于复合式压缩机中的几种斜流级的设计开发等问题进行了初步探讨，确定了斜流基本级今后开发的思路。
关键词： 复合式压缩机 斜流基本级 开发
中图分类号： TH45 文献标识码： B
文章编号： 1006-8155 (2005) 03-0000-00
Abstract:This paper briefly introduces the design methods of diaganal impeller and initially discussion on the design decelopment of several diagonal stages in multiplex compressor,then the ideas of diagonal basic stage in the future is determined.
Key words:Multiplex compressor Diagonal Basic Stage Development
1 引言
在透平机械中，斜流式是介于离心式和轴流式之间的一种流动形式。根据文献 [1] 中叶轮形状、效率和比转数的对应关系可知，随着比转数的减小，叶轮的出口宽度也减小，流动摩擦损失增加，使其效率下降，而超过一定界限的大比转数叶轮由于其出口宽度过大造成的叶轮形状不合理，使效率也会降低 [1,6,7] 。为了解决这种矛盾，人们在实践中逐渐采用了流面倾斜的斜流式叶轮，其比转速 n s =10～23 ，位于离心式和轴流式的搭接处，在该范围内有比离心和轴流较高的效率特性。1950 年， Hanrick 、 Osborn 、 Kramer 等人开始对高压比、高效率的斜流叶轮进行研究。1954年，日本的川崎重工也开始研究斜流叶轮。1960年美国的 DE Laval 公司首先将斜流叶轮应用于天然气压缩机和工业压缩机中，并取得了成功，自此揭开了斜流叶轮广泛应用的序幕。我国对斜流风机的研究起步较晚，直到 1984 年才出现了第一台后置导叶翼形斜流式通风机。但是以斜流理论为指导的斜流泵由于其节能效果明显而得到了广泛的应用。
随着我国工业装置的大型化，大流量、高压比的轴流式压缩机的需求量日益增加，加之斜流叶轮具有性能曲线平坦等诸多优点，与可调静叶的轴流段匹配后可满足用户不同工况的性能要求，因此为了满足这种市场需求，充分发挥轴流压缩机的优势，有必要开发轴流段 + 斜流段的复合式压缩机（图 1）。而要开发复合式压缩机，首先要考虑的就是与轴流段相匹配的斜流基本级的问题，本文就复合式压缩机中斜流段基本级的开发进行初步探讨。
2 斜流式叶轮
斜流式叶轮（见图 2）的后盘子午流道与轴向一般有30˚～70˚的夹角，气体在叶轮流道中沿着锥形面流动 。
由于斜流叶轮的进口段曲率半径大，所以与离心式叶轮相比，在同样的设计条件下斜流叶轮的流动损失小、流量系数大、效率高、工况范围宽。在结构上，斜流叶轮一般设计为半开式，叶轮的圆周速度 U 2 比较高，强度和转子动力学性能也好，可适应较大的轮毂比，所以该种叶轮配在轴流压缩机大轮毂直径的末级就有很大的优势，对于提高轴流压缩机的整机压比，开发轴流 + 斜流式的复合式压缩机将具有重要的意义。
3 斜流式叶轮的设计方法
由于斜流叶轮结构的特殊性，决定了其流道内的气流是沿着锥形流面方向流动，子午面分速度 vm 和周向分速度 vθ 的值 在各个流面上也不相同，叶轮内气流具有明显的三元特征，叶片形状应该是三元扭曲的叶型[1] 。
在工程应用中，斜流叶轮的设计方法有两种：一种是利用滑移系数理论的离心式延长的设计方法；另一种是基于叶栅试验资料的轴流式延长的设计方法。由于轴流式延长方法是以平面叶栅试验数据为基础的，气动设计的准确度和可靠性较高，所以在目前斜流式叶轮的设计中得到了比较多的应用 [1～3] 。该设计方法：首先按照流线曲率法求解沿准正交线 q 的平衡条件方程式：
式中 p ------ 压力
I ------ 总焓
vm ----- 子午流线上某点速度
vθ ---- 周向分速度
Q * ---- 沿径向变化的熵函数
再计算出子午面的速度分布，确定出子午面流线。然后在子午面流线绕中心轴旋转的回转面上，由映象面内的假想速度三角形按照平面叶栅资料初步选择翼型参数，并应用叶栅理论进行叶片造型设计。由于斜流叶轮流面倾斜和负荷变化对轴向速度变化和叶栅性能有影响，所以还要对选定的翼型予以修正，从而完成叶片造型的设计[4] 。 |
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