离心压缩机叶轮优化设计和制造

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摘要

离心压缩机的设计主要是叶轮叶片设计,叶轮叶片设计中不可缺少的两个步骤是叶轮初步设计和详细设计。离心压缩机设计系统一般应包括初步设计及性能优化计算,性能仿真数学模型,叶片成型计算,叶轮应力分析计算。

产品介绍

离心压缩机叶轮优化设计和制造


压缩机是把原动机的机械能转变为气体能量的一种机械,分为容积式和透平式两种。透平式压缩机是一种叶片式旋转机械,其中气体压力的提高是利用叶片和气体的相互作用来实现的,按照结构分为离心式压缩机和轴流式压缩机两种。离心式压缩机中气体压力的提高,是由于气体流经叶轮时,由于叶轮旋转,使气体受到离心力的作用而产生压力,与此同时气体获得速度,而气体流过叶轮,扩压器等扩张通道时,气体的流动速度又逐渐减慢从而使气体压力得到提高。

       设计一台离心空压机包括多方面的内容,主要需解决结构设计,通流部分的选择和计算,强度与振动计算,工艺设计,自动控制和调节,以及驱动型式等问题。

在离心压缩机设计方法上,先后出现了几何设计方法,二维气动设计方法,准三维气动设计方法,全三维气动设计方法。以这些方法为理论基础,建立了离心压缩机计算机辅助集成设计系统。这种设计系统的建立,为高性能离心压缩机设计提供了有效工具。

对于离心压缩机叶轮的几何成型方法,由于在叶片成型过程中没有考虑叶片表面上载荷分布等气动问题,不可避免的会对离心压缩机的性能产生影响。使用这种方法很难设计出高性能的离心压缩机。随着设计人员研究的深入及技术上的进步,离心压缩机几何成型方法正逐步被气动成型方法所代替,并相继出现了二维气动设计方法,准三维气动设计方法和全三维气动设计方法。和轴流式叶轮机械相比,径流式叶轮机械的气动设计方法更为成熟。国外很多叶轮机械研究机构已经对离心压缩机气动设计研究了几十年,推出了离心压缩机计算机辅助集成设计系统。目前设计的离心压缩机大部分是借助种工具完成的。

离心压缩机

一、离心压缩机叶轮设计:

离心压缩机的设计主要是叶轮叶片设计,叶轮叶片设计中不可缺少的两个步骤是叶轮初步设计和详细设计。离心压缩机设计系统一般应包括初步设计及性能优化计算,性能仿真数学模型,叶片成型计算,叶轮应力分析计算。各部分的具体功能如下。

1.离心压缩机叶轮初步设计及优化部分:

      采用优化方法获得叶轮主要性能参数及主要几何尺寸,性能参数主要有叶轮进出口速度、进出口气流角、叶轮旋转速度、压缩机效率等;结构参数有进口轮毂、轮毂大小、叶轮轴向长度、叶轮直径大小等。

2.离心压缩机性能仿真部分:

      使用完善的损失模型对离心压缩机在设计工况和非设计工况下的性能进行模拟。

3.离心压缩机叶片成型:

      根据给定的叶片在轮缘、轮毂、中间流线上的载荷分布规律计算叶片在这几个位置上的叶型角β、周向角θ,通过迭代计算获得叶片叶型坐标。

4.叶轮内部流场流动分析:

      对成型的叶轮内部流场进行计算,根据计算结果判定吸力面和压力面上的速度分布和压力分布是否合理。

5.离心压缩机叶轮应力分析:

      采用有限元方法计算所设计叶轮的应力分布,进行振动分析。

6.3D结构模型:

       确定叶轮几何形状和尺寸,进口端部几何形状和尺寸。

离心压缩机


二、叶轮制造

目前市场上使用的CAD/CAM/CAE商业软件主要有UG、Pro/ENGINEER、CATIA等,其中Pro/E使用较为广泛,并且功能强大且接口友好,本文使用Pro/E进行三维实体建立,并将在Matlab里生成的叶片坐标数据保存为.lib文件,与Pro/E进行接口,从而生成空间扭曲叶片。

离心压缩机

质量安全保证:

1、取样作化学成分分析,作超声波探伤检验。

2、对于叶轮的热处理、超转试验,将多次进行射线检验,确保叶轮质量。

3、在热处理后进行机械性能试验,符合设计要求才进行精加工。

4、每个叶轮均按QJ/FB02.20标准的要求进行115%工作转速下的超速试验,试验后检查叶轮的变形情况,符合标准要求后才能使用。

5、每个叶轮、转子均进行精密动平衡试验。



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