一种离心压缩机模型级

摘要

本发明公开了一种离心压缩机模型级。我国离心压缩机技术还需不断改进，从而能够增强压缩机运行的稳定性和提升压缩机运行的效率。本发明包括叶轮、叶片扩压器、弯道和回流器；叶片扩压器设置在叶轮出口处；叶片扩压器的扩压器叶片为弯掠叶片，即扩压器叶片的出口靠近扩压器轮盖的那侧弯折形成出口稳流片；叶片扩压器的出口与弯道相通；弯道的外壁开有环形凹槽；回流器的回流器叶片在叶片压力面和吸力面都开设有减阻槽，回流器叶片在叶片出口处开有矩形槽道。本发明对现有离心压缩机模型级的扩压器、弯道和回流器结构进行改进，确保提升离心压缩机模型级的运行效率以及增强运行的稳定性；提出了扩压器内能量梯度函数值的计算公式。

主权项

一种离心压缩机模型级，包括叶轮、叶片扩压器、弯道和回流器，其特征在于：所述的叶片扩压器设置在叶轮出口处；叶片扩压器的扩压器叶片为弯掠叶片，即扩压器叶片的出口靠近扩压器轮盖的那侧弯折形成出口稳流片；叶片扩压器的出口与弯道相通；所述弯道的外壁开有环形凹槽；回流器的回流器叶片在叶片压力面和吸力面都开设有减阻槽，回流器叶片在叶片出口处开有矩形槽道；所述的环形凹槽包括等距布置的多个环形槽道，环形槽道是沿着弯道的外壁整圈开设的，最靠近回流器的环形槽道处于弯道的外壁中心圆周处，其它环形槽道设置在靠近扩压器的一侧；所述的回流器叶片在叶片压力面和吸力面均开设有两个减阻槽；同一横截面上，叶片压力面的一个减阻槽与回流器叶片出口之间的弧长为叶片压力面总弧长的0.25，另一个减阻槽与回流器叶片进口之间的弧长也为叶片压力面总弧长的0.25；同一横截面上，叶片吸力面的一个减阻槽与回流器叶片出口之间的弧长为叶片吸力面总弧长的0.25，另一个减阻槽与回流器叶片进口之间的弧长也为叶片吸力面总弧长的0.25；所述回流器叶片的出口处开设有沿叶片宽度对称的两个矩形凹槽，两个矩形凹槽的外端均开放设置；所述的扩压器叶片为弯掠叶片与二维叶片相比，使得扩压器叶片出口靠近扩压器轮盖的那侧能量梯度函数值K减小，该能量梯度函数值K的具体计算如下：首先计算模拟出离心压缩机模型级内所需的流动物理参数，包括气流速度、总温、压强和湍流粘度；其次，分别计算扩压器叶片为弯掠叶片和二维叶片时扩压器内部各位置的能量梯度函数值K，并比较扩压器叶片为弯掠叶片和二维叶片时叶片出口靠近扩压器轮盖的那侧能量梯度函数值K；所述扩压器内能量梯度函数值K的计算公式：$K=\frac{\partial E/\partial n}{\partial H/\partial s}=\frac{\frac{\partial E}{\partial y}cos\alpha -\frac{\partial E}{\partial x}sin\alpha }{\mu (\frac{{\partial }^{2}U}{\partial n^2}+\frac{1}{{\mathrm{\rho U}}^2}\frac{\partial P}{\partial n}\frac{\partial U}{\partial n}-\frac{1}{{\rho }^2{U}^3}{\left(\frac{\partial P}{\partial n}\right)}^2)+\frac{\partial \mu }{\partial n}(\frac{\partial U}{\partial n}-\frac{1}{\rho U}\frac{\partial P}{\partial n})}---\left(1\right)$式(1)中，为流体总压，P为流体静压，k为空气的比热容，通常取1.4，Ma为气流的马赫数；H为流体的能量损失；α表示扩压器内流体在x方向的速度与流体速度矢量之间的夹角,μ表示流体的粘度,U表示流体速度矢量，ρ表示流体的密度；n表示流体流线的法线方向，s表示流体流线的切线方向；式(1)中：$\frac{{\partial }^{2}U}{\partial n^2}=\frac{{\partial }^{2}U}{\partial ny}cos\alpha -\frac{\partial U}{\partial y}\frac{\partial \alpha }{\partial n}sin\alpha -\frac{{\partial }^{2}U}{\partial nx}sin\alpha -\frac{\partial \alpha }{\partial n}\frac{\partial U}{\partial x}cos\alpha$$\frac{{\partial }^{2}U}{\partial nx}=\frac{{\partial }^{2}U}{\partial xy}cos\alpha -\frac{\partial U}{\partial y}\frac{\partial \alpha }{\partial x}sin\alpha -\frac{{\partial }^{2}U}{\partial x^2}sin\alpha -\frac{\partial \alpha }{\partial x}\frac{\partial U}{\partial x}cos\alpha$$\frac{{\partial }^{2}U}{\partial ny}=\frac{{\partial }^{2}U}{\partial y^2}cos\alpha -\frac{\partial U}{\partial y}\frac{\partial \alpha }{\partial y}sin\alpha -\frac{{\partial }^{2}U}{\partial xy}sin\alpha -\frac{\partial \alpha }{\partial y}\frac{\partial U}{\partial x}cos\alpha$$\frac{\partial P}{\partial n}=\frac{\partial P}{\partial y}cos\alpha -\frac{\partial P}{\partial x}sin\alpha$$\frac{\partial U}{\partial n}=\frac{\partial U}{\partial y}cos\alpha -\frac{\partial U}{\partial x}sin\alpha$$\frac{\partial \mu }{\partial n}=\frac{\partial \mu }{\partial y}cos\alpha -\frac{\partial \mu }{\partial x}\sin \alpha$$\frac{\partial \alpha }{\partial n}=\frac{\partial \alpha }{\partial y}cos\alpha -\frac{\partial \alpha }{\partial x}sin\alpha$表示U在x方向的一阶偏导，表示U在y方向的一阶偏导，表示μ在x方向的一阶偏导，表示μ在y方向的一阶偏导，表示α在x方向的一阶偏导，表示α在y方向的一阶偏导，表示U在x方向的二阶偏导，表示U在y方向的二阶偏导，表示U关于x、y的混合偏导；x、y为直角坐标系的两个坐标轴。