[发明专利]流量系数0.0298轻介质高能头压缩机模型级及设计方法

说明书

本发明提供流量系数0.0298轻介质高能头压缩机模型级，包括叶轮、叶片扩压器、弯道及回流器，叶轮位于模型级的入口位置，在叶轮的出口设有叶片扩压器，回流器位于模型级的出口位置，叶片扩压器与回流器通过弯道相连通；模型级的机器马赫数M_a2＝0.2‑0.65，设计点流量系数Φ₁＝0.0298，设计点能头系数τ＝0.71，设计流量系数工况下的多变效率η_pcl＝0.8383，应用的流量范围为设计点的0.75～1.47。还提供该模型级的设计方法。本发明的模型级效率高、能头系数高、轮毂比大，跨距小，采用该模型级可以使得轻介质压缩机具有较高的运行效率和较宽的工况范围，同时有助于降低转子工作转速，缩短轴承跨距，提高转子的稳定性。

技术领域

本发明涉及压缩机技术领域，特别涉及一种流量系数0.0298轻介质高能头压缩机模型级及模型级设计方法。

背景技术

轻介质高能头压缩机普遍应用于甲醇(出口压力90公斤以下)和化肥装置(出口压力150-160公斤)中，每年市场上约有20-30多套合成气机组，需求量大，同时其工业产品又是影响民生的关键产品，模型及设计的优劣，影响这装置机组的性能，运行稳定性及能耗。

目前现有轻介质压缩机模型级效率较低。同时现有模型级轮毂比较小，当级数较多时不利于转子的稳定性，进而在产品临界转速、转子稳定性及轴的刚度等方面存在较大的问题，给产品设计带来很大的困难。另外，机组的性能较国外同类产品低。

发明内容

为了解决现有轻介质压缩机模型级存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种流量系数0.0298轻介质高能头压缩机模型级及设计方法，使轻介质压缩机产品机组性能和运转稳定性得以显著提高，减少机组的能耗。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种流量系数0.0298轻介质高能头压缩机模型级，包括叶轮1、叶片扩压器2、弯道3及回流器4，其中叶轮1位于模型级的入口位置，在叶轮1的出口设有叶片扩压器2，所述回流器4位于模型级的出口位置，叶片扩压器2与回流器4之间通过弯道3相连通；所述模型级的机器马赫数M_a2＝0.2-0.65，设计点流量系数Φ₁＝0.0298，设计点能头系数τ＝0.71，各马赫数下设计流量系数工况下的多变效率η_pol＝0.8383，能应用的流量范围为设计点的0.75～1.47。

本发明还提供一种流量系数0.0298轻介质高能头压缩机模型级的设计方法，其包括：

步骤10、通过一维热力设计，获得子午流道宽度以及叶轮基本参数，包括叶轮进口安装角β_1A、叶轮出口安装角β_2A，以及叶轮出口宽度b2；

步骤20、根据叶轮轮毂比ds/D2及给定的叶轮直径确定轮毂直径；

步骤30、通过进口相对速度w₁最小的原则计算叶轮进口直径D₀；

步骤40、根据进出口叶片的Beta角呈线性变化分布而获取叶片初步造型；

步骤50、将所得到的叶轮的流道三维模型进行网格划分，将生成的网格导入CFD分析软件中，采用Spalart-Allmaras湍流模型对该叶轮进行3D粘性流场分析；分析的进口边界条件为总温、总压；分析的出口边界条件为质量流量出口；

步骤60、通过对截取的叶轮流场由轮盘至轮盖方向不同截面的流速矢量图、截取的叶轮子午方向的流速矢量图及截取的叶轮压力面和吸力面的叶片的相对速度图对叶轮流场进行分析，若所得的叶轮流场满足第一设计条件，则认为设计完成；若流场不满足第一设计条件，则针对流场存在的问题进行相应的几何修正，并重复步骤50进行CFD分析，直至所得的叶轮流场满足设计条件；