旋轉(zhuǎn)失速對帶進口可調(diào)導葉離心壓縮機性能的影響.pdf

1、離心式壓縮機作為輸送氣體和提高氣體壓力的裝備在國民經(jīng)濟許多領(lǐng)域中占有重要地位，其發(fā)展水平是衡量一個國家工業(yè)整體實力的重要標志。由于現(xiàn)代工業(yè)不斷發(fā)展的迫切需求，如何能使離心式壓縮機高效經(jīng)濟、安全可靠的運行一直備受關(guān)注。目前，旋轉(zhuǎn)失速作為一種不穩(wěn)定流動狀態(tài)，極大地限制著壓縮機的穩(wěn)定工作范圍，嚴重威脅著其運行可靠性。隨著人們對高負荷、高效率、寬裕度、高可靠性的葉輪機械的不懈追求，研究旋轉(zhuǎn)失速對壓縮機的影響，包括流場特性、發(fā)生機理及其在葉片上引

2、起的氣動載荷，對于擴大離心壓縮機失穩(wěn)裕度，拓寬機器的穩(wěn)定運行范圍，進一步提升性能設(shè)計水平具有重要意義。本文以某個實際生產(chǎn)運行的大型空分離心式壓縮機為研究對象，利用CFD技術(shù)進行非定常計算，對該壓縮機的旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象進行研究。以進口可調(diào)導葉、半開式葉輪、葉片擴壓器和蝸殼為計算模型，采用全周計算來捕獲周向不均勻流場，對真實運行工況進行模擬。
　　本研究分為三個部分：第一部分以該壓縮機的非對稱矩形截面蝸殼為研究對象，針對三種不同劃分方式形

3、成的混合網(wǎng)格，對計算效率、結(jié)果精度，對流場細節(jié)的捕捉程度等因素進行比較，考察不同網(wǎng)格劃分方式對旋轉(zhuǎn)失速數(shù)值模擬結(jié)果的影響，為離心壓縮機不穩(wěn)定流場數(shù)值分析提供參考。第二部分詳細研究了該離心壓縮機的旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象，將內(nèi)部流場非定常流動特征與葉輪葉片受到的氣流激振相聯(lián)系，從時域和頻率兩方面詳細分析了該壓縮機內(nèi)旋轉(zhuǎn)失速單元特性、發(fā)展過程和傳播機理，以及對葉輪葉片的氣動激勵作用。結(jié)果表明，葉頂間隙流在不穩(wěn)定流動起源和失速單元的傳播中占有重要作用，流

4、動不穩(wěn)定首先在葉頂間隙流和主流的混合中產(chǎn)生。葉頂間隙流在流道前緣溢出現(xiàn)象可以作為該半開式葉輪的小尺度失速判斷準則，表征失速單元即將形成。第三部分針對該離心壓縮機研究了導葉開度和葉頂間隙高度對旋轉(zhuǎn)失速的影響。與30°導葉預旋相比，50°預旋時失速單元轉(zhuǎn)速更慢，發(fā)展過程和氣動激振力頻率成分更加復雜，葉輪葉片承受的氣動載荷也明顯增大。然后通過減小半開式葉輪葉片前緣葉頂間隙的高度改善旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象。結(jié)果表明，前緣葉頂間隙高度減小有效改善失速流場，