CN102927053B - 周向槽机匣处理方法 - Google Patents
周向槽机匣处理方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102927053B CN102927053B CN201210451788.9A CN201210451788A CN102927053B CN 102927053 B CN102927053 B CN 102927053B CN 201210451788 A CN201210451788 A CN 201210451788A CN 102927053 B CN102927053 B CN 102927053B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- groove
- peripheral groove
- compressor
- stall
- casing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
本发明提供了一种用于离心压气机的周向槽机匣处理方法,该方法综合考虑了离心压气机的结构特点和内部流动情况,在扩压器通道中易发生失速的位置沿轮盖侧周向开槽,为扩压器顶部区域的低速流体提供了一个回流通道,将低动能流体团抽吸进入处理槽内并沿处理槽周向和流向输运,在这一过程中,仅有部分流体重新注入主流,低动能流体区域的面积缩小并且流速也有提高,改善了扩压器顶部通道的流动状况,减弱了顶部通道的堵塞,大幅度提高了压气机的稳定工作范围,同时峰值效率和压比也有所提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种离心压气机机匣处理方法,特别涉及一种周向槽机匣处理方法。
背景技术
离心压气机具有体积小、单级压比高和结构简单等优点,被越来越多的应用于许多领域。近年来,伴随着人们对于微小型能量转换***的需求和兴趣的不断提升,高转速、高压比、高效率、宽工况、小型化已经成为离心压气机发展的重要趋势之一,并对其性能提出了日益苛刻的要求。当今压气机高转速、高负荷的发展趋势给压气机的稳定运行及其扩稳技术提出了新的挑战,特别是以旋转失速、喘振为代表的非定常流动失稳现象是危及压气机稳定运行的关键因素。在压气机的实际运行过程中,当流量达到性能曲线上的最小流量值后,若继续减小流量,压气机内部流动会发生突然的变化,流道内部出现失速团,流动进入失稳状态,旋转失速发生。旋转失速进一步向深度的发展,压缩***会发生喘振,导致压缩***中出现负流量的区域。
旋转失速的发生会使叶轮叶片承受长时间的振动应力,导致叶片寿命的降低,而喘振发生时,叶轮叶片和机匣都将承受很大的瞬时力作用,会引起更大的破坏,因此,为了确保压气机安全稳定的运行,必须尽量避免旋转失速和喘振这两种流动失稳现象。目前,一般的做法是让压气机在远离失速点的状态下工作,也就是在设计阶段就要考虑到一定的失速裕度。但是,典型压气机的高效和高参数运行区域通常临近压气机的流动失稳边界,预留一定失速裕度的做法对压气机的性能来说是一种极大的浪费。因此,对于实际应用中的压气机,通常希望其稳定工作范围尽可能宽,以使得压气机尽量在接近高效和高参数运行区域工作。而拓宽压气机的稳定工作范围,推迟气流失速的发生,对于提高压气机的性能和可靠性具有十分重要的意义,也成为压气机设计专家们致力解决的关键问题之一。
作为一种压气机内部流动失稳的被动控制策略,采用机匣处理(CasingTreatments)将有助于削弱顶部间隙泄漏流对压气机的负面影响,提高压气机的失速裕度。一种广泛应用的机匣处理形式为周向槽机匣处理,传统的周向槽机匣处理往往针对压气机转子进行,但在扩大压气机稳定工作裕度的同时常会引起效率的下降。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供了一种能够在大幅度提高压气机稳定工作范围的同时,保证效率、峰值效率和压比也有所提高的离心压气机的周向槽机匣处理方法。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:
1)首先,对轮盖侧没有开槽的压气机进行建模,并对其内部流场进行数值模拟和流动分析,确定压气机内占主导的流场结构及其流动特征,明确压气机流道内易于发生失速的区域;
2)其次,根据步骤1)确定的压气机流道内易于发生失速的区域沿压气机轮盖侧不同子午位置开设单个周向槽并对其进行建模和数值模拟,比较不同位置周向槽机匣扩稳效果及其对压气机效率的影响,确定最佳的开槽位置;
3)然后,根据压气机轮盖侧开设周向槽的最佳位置固定周向槽槽深,改变周向槽槽宽,对不同宽度的周向槽进行建模和数值模拟,比较槽宽对周向槽机匣扩稳效果及压气机效率的影响,从而确定最佳的槽宽;
4)进一步,根据压气机轮盖侧开设周向槽的最佳位置及步骤3)得到的最佳槽宽,固定周向槽槽宽,改变周向槽槽深,对不同深度的周向槽进行建模和数值模拟,比较槽深对周向槽机匣扩稳效果及压气机效率的影响,从而确定最佳的槽深;
5)最后,根据步骤2)、3)、4)确定的周向槽位置、周向槽的槽深和槽宽,由周向槽位置向外侧延伸开设相同的周向槽,确定槽齿宽即相邻槽的间距,改变周向槽数目,对不同槽数的周向槽机匣进行建模和数值模拟,比较周向槽数目对机匣扩稳效果和压气机效率的影响,确定最佳的周向槽数目。
所述的最佳开槽位置、最佳槽深、最佳槽宽及最佳周向槽数目由以下指标确定:
综合失速裕度改进量(ΔSM):
设计点/峰值点效率变化(Δηdes/peak):
式中:Qm及εtot分别为质量流量和总压比,下标stall、des和peak分别代表失速点、设计点和峰值效率点,带有下标solid的参数为实壁机匣压气机参数,未带下标的参数为处理机匣压气机参数。
本发明提供的周向槽机匣处理方法中,周向处理槽的存在为扩压器顶部区域的低速流体提供了一个回流通道,将低动能流体团抽吸进入处理槽内并沿处理槽周向和流向输运,在这一过程中,仅有部分流体重新注入主流,低动能流体区域的面积缩小并且流速也有提高,改善了扩压器顶部通道的流动状况,减弱了顶部通道的堵塞,达到扩大压气机稳定工作范围的目的。
本机匣处理方法可以方便的实现加工,并且通过选择合适的开槽位置、处理槽几何参数和处理槽数目,能够在不损失压气机效率的前提下获得较大的失速裕度改进,因此对于改善压气机性能具有一定的意义,具有很高的社会效益及推广价值。
附图说明
图1是不同子午位置处理槽示意图。
其中,TE代表叶轮叶片尾缘,DLE和DTE分别代表扩压器叶片前缘和尾缘。
图2是有无机匣处理小尺寸离心压气机在85%设计转速(30,000rpm)时的流量效率特性曲线。
图3是有无机匣处理小尺寸离心压气机在85%设计转速(30,000rpm)时的流量压比特性曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
1)首先,对轮盖侧没有开槽的压气机进行建模,并对其内部流场进行数值模拟和流动分析,确定压气机内占主导的流场结构及其流动特征,明确压气机流道内易于发生失速的区域;
2)其次,根据步骤1)确定的压气机流道内易于发生失速的区域沿压气机轮盖侧不同子午位置开设单个周向槽并对其进行建模和数值模拟,比较不同位置周向槽机匣扩稳效果及其对压气机效率的影响,确定最佳的开槽位置;
3)然后,根据压气机轮盖侧开设周向槽的最佳位置固定周向槽槽深,改变周向槽槽宽,对不同宽度的周向槽进行建模和数值模拟,比较槽宽对周向槽机匣扩稳效果及压气机效率的影响,从而确定最佳的槽宽;
4)进一步,根据压气机轮盖侧开设周向槽的最佳位置及步骤3)得到的最佳槽宽,固定周向槽槽宽,改变周向槽槽深,对不同深度的周向槽进行建模和数值模拟,比较槽深对周向槽机匣扩稳效果及压气机效率的影响,从而确定最佳的槽深;
5)最后,根据步骤2)、3)、4)确定的周向槽位置、周向槽的槽深和槽宽,由周向槽位置向外侧延伸开设相同的周向槽,确定槽齿宽即相邻槽的间距,改变周向槽数目,对不同槽数的周向槽机匣进行建模和数值模拟,比较周向槽数目对机匣扩稳效果和压气机效率的影响,确定最佳的周向槽数目。
所述的最佳开槽位置、最佳槽深、最佳槽宽及最佳周向槽数目由以下指标确定:
综合失速裕度改进量(ΔSM):
设计点/峰值点效率变化(Δηdes/peak):
式中:Qm及εtot分别为质量流量和总压比,下标stall、des和peak分别代表失速点、设计点和峰值效率点,带有下标solid的参数为实壁机匣压气机参数,未带下标的参数为处理机匣压气机参数。
根据上述周向槽机匣处理方法的设计过程对某高转速小尺寸离心压气机进行处理机匣设计,并用实验验证其作用效果。
该压气机的设计参数如表1所示。
表1小尺寸离心压气机设计参数
初步选择的处理槽槽深为2mm,槽宽为2.5mm,图1给出了不同子午位置处理槽示意图,通过对不同子午位置处理槽扩稳效果的对比分析,最终确定的处理槽前沿位置为R=84.75mm,即图中的3号处理槽。
对处理槽深度和宽度影响的研究发现:增大处理槽深度和宽度均有利于压气机失速裕度的提高,但会对压气机效率造成负面影响,因此,最终选择的处理槽深度和宽度分别为2mm和2.5mm。
最终确定的处理槽数目为3个,槽齿宽为1.5mm。
图2和图3为部分转速时有无机匣处理压气机效率、压比特性曲线,实验转速为30,000rpm,从图中可以看出,相比于实壁机匣压气机(SolidCasing),采用机匣处理后(Treated Casing),压气机稳定工作裕度有很大的提升,综合失速裕度改进量达到24.736%,同时,峰值效率提升1.729%,小流量侧压比也有明显提升。
以上所述仅为本发明的一种实施方式,不是全部或唯一的实施方式,本领域普通技术人员通过阅读本发明书而对本发明技术方案采取的任何等效的交换,均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (1)
1.一种离心压气机周向槽机匣处理方法,其特征在于包括以下步骤:
1)首先,对轮盖侧没有开槽的压气机进行建模,并对其内部流场进行数值模拟和流动分析,确定压气机内占主导的流场结构及其流动特征,明确压气机流道内易于发生失速的区域;
2)其次,根据步骤1)确定的压气机流道内易于发生失速的区域沿压气机轮盖侧不同子午位置开设单个周向槽并对其进行建模和数值模拟,比较不同位置周向槽机匣扩稳效果及其对压气机效率的影响,确定最佳的开槽位置;
3)然后,根据压气机轮盖侧开设周向槽的最佳位置固定周向槽槽深,改变周向槽槽宽,对不同宽度的周向槽进行建模和数值模拟,比较槽宽对周向槽机匣扩稳效果及压气机效率的影响,从而确定最佳的槽宽;
4)进一步,根据压气机轮盖侧开设周向槽的最佳位置及步骤3)得到的最佳槽宽,固定周向槽槽宽,改变周向槽槽深,对不同深度的周向槽进行建模和数值模拟,比较槽深对周向槽机匣扩稳效果及压气机效率的影响,从而确定最佳的槽深;
5)最后,根据步骤2)、3)、4)确定的周向槽位置、周向槽的槽深和槽宽,由周向槽位置向外侧延伸开设相同的周向槽,确定槽齿宽即相邻槽的间距,改变周向槽数目,对不同槽数的周向槽机匣进行建模和数值模拟,比较周向槽数目对机匣扩稳效果和压气机效率的影响,确定最佳的周向槽数目
所述的最佳开槽位置、最佳槽深、最佳槽宽及最佳周向槽数目由以下指标确定:
综合失速裕度改进量(ΔSM):
设计点/峰值点效率变化(Δηdes/peak):
式中:Qm及εtot分别为质量流量和总压比,下标stall、des和peak分别代表失速点、设计点和峰值效率点,带有下标solid的参数为实壁机匣压气机参数,未带下标的参数为处理机匣压气机参数。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210451788.9A CN102927053B (zh) | 2012-11-12 | 2012-11-12 | 周向槽机匣处理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210451788.9A CN102927053B (zh) | 2012-11-12 | 2012-11-12 | 周向槽机匣处理方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102927053A CN102927053A (zh) | 2013-02-13 |
CN102927053B true CN102927053B (zh) | 2015-01-21 |
Family
ID=47641948
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201210451788.9A Active CN102927053B (zh) | 2012-11-12 | 2012-11-12 | 周向槽机匣处理方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102927053B (zh) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104200012B (zh) * | 2014-08-19 | 2017-09-08 | 中国科学院工程热物理研究所 | 用于比较机匣处理方案扩稳能力的方法 |
CN108240356B (zh) * | 2018-01-08 | 2019-06-18 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种跨音速轴流压气机机匣周向槽组合设计方法 |
CN112685967A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-04-20 | 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 | 一种船舶燃气轮机压气机周向槽式处理机匣设计方法 |
CN112685966B (zh) * | 2020-12-22 | 2021-12-17 | 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 | 一种船舶燃气轮机压气机自循环式处理机匣设计方法 |
CN112685829B (zh) * | 2020-12-22 | 2021-11-02 | 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 | 一种船舶燃气轮机压气机带槽环式处理机匣设计方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0348674A1 (de) * | 1988-06-29 | 1990-01-03 | Asea Brown Boveri Ag | Einrichtung zur Kennfelderweiterung eines Radialverdichters |
CN101092977A (zh) * | 2007-07-23 | 2007-12-26 | 北京航空航天大学 | 处理机匣设计方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8550768B2 (en) * | 2010-06-08 | 2013-10-08 | Siemens Energy, Inc. | Method for improving the stall margin of an axial flow compressor using a casing treatment |
-
2012
- 2012-11-12 CN CN201210451788.9A patent/CN102927053B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0348674A1 (de) * | 1988-06-29 | 1990-01-03 | Asea Brown Boveri Ag | Einrichtung zur Kennfelderweiterung eines Radialverdichters |
CN101092977A (zh) * | 2007-07-23 | 2007-12-26 | 北京航空航天大学 | 处理机匣设计方法 |
Non-Patent Citations (9)
Title |
---|
低雷诺数下跨声速转子周向槽处理机匣扩稳研究;夏钦斌;《空气动力学报》;20110430;第29卷(第2期);全文 * |
刘传乐;楚武利;张皓光.槽深对跨音速压气机稳定性影响的数值仿真.《计算机仿真》.2012,(第06期),第394-399页. * |
压气机周向槽处理机匣的轴向位置研究;祝剑虹;《哈尔滨工程大学学报》;20080430;第29卷(第4期);全文 * |
带周向槽机匣处理的压气机内部流动数值模拟与试验;楚武利;《航空动力学报》;20060228;第21卷(第1期);全文 * |
槽式处理机匣开槽数目对扩稳效果的影响;楚武利;《推进技术》;20081031;第29卷(第5期);全文 * |
槽式机匣槽宽变化对扩稳效果影响的试验与数值研究;楚武利;《航空学报》;20080731;第29卷(第4期);全文 * |
跨声压气机周向槽处理机匣非设计工况研究;祝剑虹;《航空动力学报》;20080430;第23卷(第4期);全文 * |
跨音速压气机失速机理及机匣处理的数值研究;黄旭东;《博士论文》;20120227;第1-9,44-75,95-97页 * |
轴流压缩机周向槽处理机匣的试验分析;高曼;《风机技术》;20100630(第6期);全文 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102927053A (zh) | 2013-02-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102927053B (zh) | 周向槽机匣处理方法 | |
CN102207101B (zh) | 一种基于cfd的核主泵模化设计方法及设计百万千瓦级核主泵叶轮 | |
CN102364083B (zh) | 混流式水泵水轮机长短叶片转轮 | |
CN102927052B (zh) | 径向槽机匣处理方法 | |
CN103807201B (zh) | 一种控制压气机静子角区分离的组合抽吸布局方法 | |
CN102562666A (zh) | 一种非定常驻涡式处理机匣 | |
CN103104546A (zh) | 一种核主泵叶轮的设计方法 | |
CN102562651A (zh) | 一种高效风能离心泵叶轮 | |
CN105179322B (zh) | 叶根开设等宽直线槽的压气机静子叶栅 | |
CN104632679A (zh) | 对旋风机工况自适应变转速匹配方法 | |
CN2816434Y (zh) | 用于水泵的加涡室结构 | |
CN104989653B (zh) | 基于叶轮名义平均流速的低扬程泵装置水泵选型方法 | |
CN204663967U (zh) | 一种与径向导叶匹配的多级离心泵叶轮 | |
CN104699888A (zh) | 一种基于水泵水轮机的液力透平设计方法 | |
CN104389810B (zh) | 一种多相混输轴流泵叶轮的多工况设计方法 | |
CN203394823U (zh) | 一种具有切割功能的潜水排污泵 | |
CN201144861Y (zh) | 一种离心泵叶轮 | |
CN104763683B (zh) | 离心压缩机扩压器的端壁结构及端壁处理方法 | |
CN103047174B (zh) | 高效低汽蚀无过载离心泵叶轮设计方法 | |
CN211008769U (zh) | 一种节能五级尾气透平 | |
CN204677491U (zh) | 汽车水泵用半闭式摆线叶轮 | |
CN210714784U (zh) | 一种节能尾气透平 | |
CN203272225U (zh) | 一种单级双吸离心泵叶轮 | |
CN203560152U (zh) | 一种双级离心泵叶轮 | |
CN207847707U (zh) | 一种工业汽轮机高效转鼓级静叶片 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |