CN105736456B

CN105736456B - 双工况多点叶轮设计方法

Info

Publication number: CN105736456B
Application number: CN201610109775.1A
Authority: CN
Inventors: 张治平; 钟瑞兴; 刘华; 蒋楠; 蒋彩云; 陈玉辉; 刘建飞; 周义; 雷连冬; 汤明镝; 刘增岳
Original assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Current assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai; Gree Shijiazhuang Electric Appliances Co Ltd
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2018-12-07
Anticipated expiration: 2036-02-26
Also published as: CN105736456A

Abstract

本发明提供了一种双工况多点叶轮设计方法，包括：确定压缩机运行时的至少一个预设工况点；根据至少一个预设工况点的压比和级效率确定压缩机的预设运行转速，并获取压缩机运行的预设工况范围；根据预设运行转速和/或预设工况范围确定压缩机的叶轮型线；应用本发明技术方案的双工况多点叶轮设计方法，通过确定压缩机运行的至少一个预设工况点，根据该至少一个预设工况点的压比和级效率确定多个工况点的预设运行转速并选取压缩机运行的预设工况范围，根据压缩机的预设运行转速和预设工况范围确定压缩机的叶轮型线，解决了压缩机始终在满负荷的单点工况下运行导致的能效低、能耗大的技术问题。

Description

双工况多点叶轮设计方法

技术领域

本发明涉及压缩机领域，具体而言，涉及一种双工况多点叶轮设计方法。

背景技术

在传统的离心压缩机设计中，工况选择通常将满负荷的性能作为唯一考核指标，要求离心压缩机在设计工况附近，其性能达到最佳，效率达到最高。

制冷离心压缩机，其运行工况与使用环境的温湿度以及室内负荷需求紧密相关。在一年之中，甚至一天之中，气温变化幅度变化很大，需要的冷量变化幅度也很大，离心压缩机的运行工况也会随之产生较大的变化。实践证明，离心压缩机的运行并不会一直运行于设计工况点。相反，在实际运行中，离心压缩机在绝大部分时间运行于部分负荷下，甚至远远偏离设计工况，其中，国家标准GB/T 18430.1中就提到空调机组在75％和50％负荷下的运行时间占比达到41.5％和46.1％。这样，如果采用传统的单点设计方案进行压缩机设计，在部分负荷运行时，将造成压缩机低能效运行和巨大的能源浪费。特别对于制冷和制冰双工况运行的压缩机，由于还需要在不同使用条件下运行，这样两种使用条件的压缩比相差更大，压缩机能耗的浪费就更加大。

针对现有技术中的压缩机始终在满负荷的单点工况下运行导致的能效低、能耗大的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种双工况多点叶轮设计方法，以至少解决现有技术中的压缩机始终在满负荷的单点工况下运行导致的能效低、能耗大的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种双工况多点叶轮设计方法，包括：确定压缩机运行时的至少一个预设工况点；根据至少一个预设工况点的压比和级效率确定压缩机的预设运行转速，并获取压缩机运行的预设工况范围；根据预设运行转速和/或预设工况范围确定压缩机的叶轮型线。

进一步地，确定压缩机的叶轮型线之后还包括：比较压缩机运行的工况效率的实际值与目标值，得到压缩机运行的工况效率的实际值与目标值的偏差值；根据偏差值调节压缩机的叶轮型线，并调节预设运行转速。

进一步地，预设工况点包括如下任意一种或多种工况点：25％制冷工况点、50％制冷工况点、75％制冷工况点、100％制冷工况点以及制冰工况点。

进一步地，预设工况范围为50％～85％制冷工况。

进一步地，确定叶轮型线包括以下至少之一：确定叶轮轮廓型线、确定叶片厚度以及确定叶片角度。

进一步地，叶轮轮廓型线包括：D0/D2＝0.5～0.58；D1/D2＝0.4～0.48；d/D2＝0.27～0.3；其中，D0为叶轮进口直径，D1为叶轮叶片进口直径，D2为叶轮外径；d为叶轮轮毂直径。

进一步地，确定叶片厚度包括：确定叶轮出口的叶片厚度大于叶轮进口的叶片厚度。

进一步地，确定叶片角度包括以下至少之一：确定叶片的进口安装角、确定叶片的出口安装角。

进一步地，叶片的进口安装角为32°～34°，叶片的出口安装角为30°～40°。

应用本发明技术方案的双工况多点叶轮设计方法，通过确定压缩机运行的至少一个预设工况点，根据该至少一个预设工况点的压比和级效率确定多个工况点的预设运行转速并选取压缩机运行的预设工况范围，根据压缩机的预设运行转速和预设工况范围确定压缩机的叶轮型线，从而使压缩机能够在多个运行工况点均能提高能效并降低能耗，解决了压缩机始终在满负荷的单点工况下运行导致的能效低、能耗大的技术问题。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例可选的一种双工况多点叶轮设计方法的流程图；

图2是根据本发明实施例可选的另一种双工况多点叶轮设计方法的流程图；

图3是根据本发明实施例可选的双工况多点叶轮设计方法实现框图；

图4是根据本发明实施例可选的压缩机运行工况性能曲线图；

图5是根据本发明实施例可选的叶轮轮廓型线示意图；

图6是根据本发明实施例可选的叶片厚度示意图；

图7是根据本发明实施例可选的叶片进出口角度示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

根据本发明实施例的双工况多点叶轮设计方法，如图1所示，包括以下步骤：

S102：确定压缩机运行时的至少一个预设工况点；

S104：根据至少一个预设工况点的压比和级效率确定压缩机的预设运行转速，并获取压缩机运行的预设工况范围；

S106：根据预设运行转速和/或预设工况范围确定压缩机的叶轮型线。

具体实施时，如图2所示，确定压缩机的叶轮型线之后还包括以下步骤：

S108：比较压缩机运行的工况效率的实际值与目标值，得到压缩机运行的工况效率的实际值与目标值的偏差值；

S110：根据偏差值调节压缩机的叶轮型线，并调节预设运行转速。

本发明的发明点在于，根据压缩机运行的多个工况点建立压缩机工况设计目标，利用高速永磁变频电机全频率范围可变化的特点，全面兼顾双工况运行需求，对压缩机运行工况特性曲线附近转速、压比、级效率进行优化设计，通过调节叶轮型线，使得压缩机在工况特性曲线附近以最高绝热效率运行，充分保证机组在全年制冷工况和制冰工况高效节能。如图3所示，由客户需求产生需求，并通过循环分析得到压缩机设计所需的多个运行工况点的设计优化目标，综合考虑压比、级效率的影响，确定各点的最佳运行转速，并通过叶轮型线的设计和性能预测，直至满足目标值为止，若不满足，优先考虑叶轮型线的调整，若再不满足，则通过转速调整满足设计目标，从而达到所设计的压缩机满足各工况点高效运行。

双工况指制冷和制冰两种工况，也可以指制冷和水蓄冷工况，具体根据客户需求而定。

本发明实施例基于高速永磁变频电机频率可调而展开，相对于传统三相异步变频电机，永磁电机效率具有部分负荷衰减小的特点，因此，在电机自身来说，有利于压缩机在各负荷下高效运行。

根据压缩机正常运行过程中，其在以下工况点的运行时间较长，同时，如图4所示，结合压缩机运行性能曲线，选取的压缩机运行的工况点具体包括如下任意一种或多种工况点：25％制冷工况点、50％制冷工况点、75％制冷工况点、100％制冷工况点以及制冰工况点。

多点运行工况优化目标的确定，打破传统以满负荷作为设计点的单点设计思想，利用离心压缩机等效率曲线的特性，如图4所示，即：不同转速下有不同的压比流量曲线，越往左下角，转速越低，在同一封闭曲线上效率相等，越往里，效率越高，压比和流量根据客户使用工况确定。此时，若以满负荷点作为最高效率设计点，则必然造成其余工况点效率低，因此，本发明综合考虑多点运行工况的能效，在各点之间进行权衡，定出优化目标，如图2所示中的双工况压缩机，有制冷和制冰两大工况，制冷中又含有4个运行负荷点，为了同时满足5个运行点都高效，必须打破传统的满负荷点设计方案。

为了兼顾低负荷工况点和高负荷工况点的设计效率，可选地，选取的预设工况范围为50％～85％制冷工况，以该范围内的一个工况点作为最佳效率点进行设计和优化叶轮型线，可以使压缩机在各个工况点均获得较高的效率。

在确定叶轮型线时主要包括以下至少之一：确定叶轮轮廓型线、确定叶片厚度以及确定叶片角度。在确定叶轮型线过程中以叶轮在和分部作为叶轮线型设计的判断标准。

如图5所示，在确定叶轮轮廓型线时，尽可能减小轮盖、轮毂曲率为原则，具体包括使叶轮轮廓的各个尺寸满足如下关系；D0/D2＝0.5～0.58；D1/D2＝0.4～0.48；d/D2＝0.27～0.3；其中，D0为叶轮进口直径，D1为叶轮叶片进口直径，D2为叶轮外径；d为叶轮轮毂直径。

叶片厚度的设计，在保证叶片强度的情况下，以减小进口气流冲击损失和尾迹损失为原则，因此，在设计中，可以采用两头小，中间大的形状，可获得较好的气流流动，如图6所示，考虑到叶轮出口(即子午流道线中100％处)离心力较进口大，因此，在设计时，应保证叶轮出口的叶片厚度要比叶轮进口的叶片厚度大，以提高叶轮强度。

确定叶片角度包括以下至少之一：确定叶片的进口安装角、确定叶片的出口安装角。具体地，叶片角度分布，要以使得叶片型线光滑过渡为原则，综合考虑多点运行的进气状态和运行范围。特别对于进出口角，其数值的确定，对多点设计的性能影响很大。对于进口角，由于各点流量不同，实际气流角不同，为了减小各工况点进口气流所带来的冲击损失，需综合考虑叶片的进口安装角β1A的选取，根据多点气动设计经验，如图7所示，可选地，β1A在32°～34°范围内，可以改善不同负荷下气流的流动状态，以综合获取高的流动效率。叶片的出口安装角β2A的选取会影响叶轮的运行范围，对多点设计方法有较大影响，β2A越大，做功能力越大，但运行范围越窄；β2A越小，运行范围越大，但叶轮做功能力越小。由于多点设计方法目标是要让压缩机在各负荷下高效可靠运行，运行范围广，因此，结合多点设计经验，可选地，β2A在30°～40°范围内，可在叶轮做功能力和运行范围中得到较好的权衡。

通过本发明全新的设计思路及叶轮型线设计方法，可以使得压缩机在多点工况下以最高绝热效率运行，充分保证机组在全年制冷工况和制冰工况高效节能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种获取压缩机叶轮型线的方法，其特征在于，包括：

确定压缩机运行时的至少一个预设工况点；

根据至少一个所述预设工况点的压比和级效率确定所述压缩机的预设运行转速，并获取所述压缩机运行的预设工况范围；

根据所述预设运行转速和/或所述预设工况范围确定所述压缩机的叶轮型线；

确定所述压缩机的叶轮型线之后还包括：

比较所述压缩机运行的工况效率的实际值与目标值，得到所述压缩机运行的工况效率的实际值与目标值的偏差值；

根据所述偏差值调节所述压缩机的所述叶轮型线，并调节所述预设运行转速；

所述预设工况点包括如下任意一种或多种工况点：25％制冷工况点、50％制冷工况点、75％制冷工况点、100％制冷工况点以及制冰工况点；或，

所述预设工况范围为50％～85％制冷工况。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述叶轮型线包括以下至少之一：

确定叶轮轮廓型线、确定叶片厚度以及确定叶片角度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述叶轮轮廓型线包括：

D0/D2＝0.5～0.58；D1/D2＝0.4～0.48；d/D2＝0.27～0.3；

其中，所述D0为叶轮进口直径，D1为叶轮叶片进口直径，D2为叶轮外径；d为叶轮轮毂直径。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定叶片厚度包括：确定叶轮出口的叶片厚度大于叶轮进口的叶片厚度。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定叶片角度包括以下至少之一：

确定叶片的进口安装角、确定叶片的出口安装角。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述叶片的进口安装角为32°～34°，所述叶片的出口安装角为30°～40°。