【摘要】：離心壓縮機(jī)作為輸送氣體和提高氣體壓力的動力設(shè)備,在國民經(jīng)濟(jì)諸多領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛,占有重要地位。葉輪作為離心壓縮機(jī)的核心部件,其在運(yùn)行過程中受到多種復(fù)雜流場的作用,其中靜子尾跡導(dǎo)致的動靜干涉、入口流場畸變都會使葉輪受到非穩(wěn)定流場的影響,在葉輪表面產(chǎn)生非定常氣動載荷,是導(dǎo)致葉輪疲勞破壞的主要因素。靜子尾緣吹氣能夠有效改善尾跡速度虧損,降低轉(zhuǎn)子葉片承受的氣動載荷強(qiáng)度和機(jī)組噪聲等。研究尾緣吹氣流動現(xiàn)象和動靜干涉機(jī)理對提高離心式壓縮機(jī)安全可靠性具有重要意義。本文采用實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬方法,對離心壓縮機(jī)進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉、徑向進(jìn)氣室和尾緣吹氣對葉輪表面氣動載荷的影響機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。研究內(nèi)容及主要結(jié)論分為五個方面:1.以某離心壓縮機(jī)的進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉為研究對象,設(shè)計(jì)搭建整周環(huán)形可調(diào)導(dǎo)葉尾緣吹氣實(shí)驗(yàn)平臺,并提出了基于多項(xiàng)式擬合的雙線性差值七孔探針校準(zhǔn)測試新方法,提高了測試精度。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)值模擬的尾跡流場,確保了數(shù)值模擬方法可有效的進(jìn)行可調(diào)導(dǎo)葉尾跡的相關(guān)研究。2.研究了尾緣開縫與無動量虧損尾跡流場的形性相關(guān)特性。通過研究了開縫寬度、形式與速度、流量、湍流度和氣流角等流動參數(shù)的關(guān)系,推導(dǎo)出適應(yīng)于可調(diào)導(dǎo)葉變開度條件下達(dá)到無動量虧損尾跡所需吹氣速度的多參數(shù)預(yù)估模型,通過驗(yàn)證,其誤差小于5%。3.搭建數(shù)值模擬動靜干涉平臺,采用非定常模擬獲取導(dǎo)葉不同開度下純尾跡與無動量虧損尾跡與轉(zhuǎn)子葉輪干涉過程,闡明了導(dǎo)葉尾跡影響下的動靜干涉與氣動載荷的產(chǎn)生機(jī)理,證明尾緣吹氣能有效改善尾跡虧損,顯著降低葉輪所受通頻氣動載荷。4.結(jié)合真機(jī)工況,分析導(dǎo)葉尾緣吹氣的有效工作范圍,首次提出了可調(diào)導(dǎo)葉尾緣吹氣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。通過研究槽道內(nèi)部流動,發(fā)現(xiàn)吹氣槽道內(nèi)的“C”形自誘導(dǎo)流動,將導(dǎo)葉葉根處的氣流補(bǔ)充至導(dǎo)葉中徑和葉頂處,一定程度上改善尾跡虧損,降低下游葉輪所受到氣動載荷強(qiáng)度。5.對某壓縮機(jī)因徑向進(jìn)氣室導(dǎo)致的進(jìn)氣畸變進(jìn)行研究。設(shè)置弧形導(dǎo)葉能有效地降低轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)頻氣動載荷。將尾緣吹氣應(yīng)用于徑向進(jìn)氣室中的導(dǎo)葉,有效地降低了由尾跡導(dǎo)致的通頻氣動載荷強(qiáng)度。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH452
【圖文】：

縮機(jī)在冶金、石油化工、天然氣輸運(yùn)與液化、電力等需要?dú)怏w壓縮的能源裝備領(lǐng)域有著逡逑廣泛的應(yīng)用因此，離心式壓縮機(jī)的發(fā)展水平與安全可靠性對國民經(jīng)濟(jì)有著重要影逡逑響，其基本結(jié)構(gòu)如圖１．１所示，包括進(jìn)氣管道、入口導(dǎo)葉、葉輪、擴(kuò)壓器、彎道回流器逡逑和集氣蝸殼等元件。逡逑圖ｉ．ｉ離心壓縮機(jī)基本結(jié)構(gòu)逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｂａｓｉｃ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ邋ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ逡逑ｕ壓縮機(jī)葉輪氣動載荷研究背景和意義逡逑離心壓縮機(jī)等大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械作為各行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備，具有大型、高速、連續(xù)工作等特逡逑點(diǎn)。如果離心壓縮機(jī)發(fā)生故障停機(jī)，會導(dǎo)致整個企業(yè)的減產(chǎn)甚至停產(chǎn)，給企業(yè)及用戶帶逡逑來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和安全性事故。葉輪作為壓縮機(jī)內(nèi)部的核心做功部件，在國內(nèi)外因葉逡逑輪破壞而導(dǎo)致的壓縮機(jī)事故時有發(fā)生，如圖】．２。逡逑ｉｗｍ逡逑圖１．２壓縮機(jī)葉輪破壞特征逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｆａｉｌｕｒｅ邋ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ邋ｏｆ邋ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ邋ｉｍｐｅｌｌｅｒｓ逡逑振動導(dǎo)致的局部應(yīng)力過大是引起葉輪疲勞破壞的主要因素Ｋ邋５１，嚴(yán)重影響著壓縮機(jī)逡逑的安全可靠性。葉輪疲勞失效的岡素分為以下四個方面：葉輪的加材料、葉輪加工丨：逡逑藝、機(jī)械系統(tǒng)載荷激勵和運(yùn)行屮流場產(chǎn)牛的氣動載荷激勵，時輪的失效分析需要對所有逡逑因素進(jìn)行校核ｍ。在運(yùn)行過程屮，離心壓縮機(jī)葉輪承受到的常規(guī)荷錢分為離心力載荷馬逡逑Ｉ逡逑

邐（１．１）逡逑式中：＼為理論能量頭，ｃｈ，、分別為進(jìn)出口處切向絕對分速度，＆、ｗ２分別為葉輪逡逑進(jìn)出丨處的圓周速度。圖１．５為導(dǎo)葉變變^u度的速度三角形，圖屮０為預(yù)旋角度。當(dāng)氣逡逑流方向垂直于圓周速度時，即為無預(yù)旋或零預(yù)旋條件。當(dāng)來流速度方向與圓周速逡逑度相同時，ｑｕ＞0即為正預(yù)旋條件。反之，ｃｌｕ＜0時負(fù)預(yù)旋條件。根據(jù)式１．２可知，當(dāng)逡逑正預(yù)旋條件時，壓縮機(jī)的理論能量頭降低，負(fù)預(yù)旋時葉輪的能量頭會增高。當(dāng)處于負(fù)預(yù)逡逑旋條件下時，壓縮機(jī)的進(jìn)口相對馬赫數(shù)較高，受到壓縮機(jī)阻塞工況的制約，高馬赫數(shù)導(dǎo)逡逑致的流動損失也會提高，所以工程中較少采用負(fù)預(yù)旋工況或僅采用較小負(fù)預(yù)旋角度條件逡逑的工況１｜７１。逡逑Ｕ邐ｕ邐ｕ逡逑、—邐—一１邐、邐７飛—逡逑．邐／邐、＜、、邋Ｗ逡逑ｗ邐ｃ邋ｒ＇＇＇４邋ｃ＇邋＇．ｃ逡逑ｕ邐、＇ｕ逡逑（ａ）無預(yù)旋邐（ｂ）正預(yù)旋邐（ｃ）負(fù)預(yù)旋逡逑圖ｌ．Ｓ葉輪進(jìn)口速度三角形逡逑Ｆｉｇ．邋］邋．５邋ＩＴｉｅ邋ｖｅｌｏｃｉｔｙ邋ｔｒｉａｎｇｌｅｓ邋ａｔ邋ｔｈｅ邋ｉｍｐｅｌｌｅｒ邋ｉｎｌｅｔ逡逑３逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2720198