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西安軸流壓縮機的基本結構和工作原理

所屬分類:公司新聞    發布時間: 2019-11-08    作者:
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西安軸流壓縮機

可以借助TurboTides一維中線分析、二維通流計算、三維CFD/FEA模擬等功能對壓縮機整機和局部性能進行分析和優化

1軸流壓縮機的工作原理

軸流壓縮機的主體結構有兩大基本組成部分:一是以轉軸為主體的可旋轉的部分,簡稱為轉子;一是以機殼及裝在機殼上各靜止部件為主體的固定部分,簡稱為靜子或定子。

西安軸流壓縮機

當壓縮機工作時,氣體首先進入進氣管,然后流入進口導葉。進口導葉是固定在靜子上具有收縮流道的靜止環形葉柵,用來控制進入..排動葉前的氣流方向。外界的機械功通過轉子上的動葉柵傳遞給氣體,使氣體的壓力和動能都發生變化。動葉柵之后接著是靜葉柵,它是固定在靜子上的環形葉柵,其作用是規定氣流進入下一排動葉柵的進氣方向,同時也將氣體的動能部分地轉換為壓力能。在多級軸流式壓縮機中,氣體交替流經多排動葉柵和靜葉柵,使氣體壓力逐漸升高。在多級軸流壓縮機的末段,有時由于一排靜葉柵不能使氣體方向變成軸向,因而再加一排靜葉片,稱為整流葉片。氣流從整流葉片出來,經排氣管排出。

2通流部分的基本結構

下圖是一臺五級軸流壓縮機的通流部分。轉鼓形式的轉軸上裝著五排動葉片,組成轉子的主要部分。一排動葉與緊跟其后的一排靜葉,構成軸流壓縮機的一個級。這種首尾相接、串聯而成的各個級,構成軸流壓縮機較主要的工作部分,即稱為壓縮機的通流部分。

級是多級軸流壓縮機的基本組成單元,它由一排旋轉的動葉和一排固定的靜葉組成,如下圖所示。氣流在由動葉與靜葉所構成的環形通道內,沿大致平行于軸線的方向流動。旋轉的動葉將外界的機械功傳給流體,增加流體的壓力能和動能,而靜葉將從葉輪流出的流體動能轉變為壓力能,并將流體引導至下級動葉柵進口,使其具有所需要的速度與方向。


級的主要特征尺寸為:

D i —— 級的外徑(包括葉片頂部與殼體之間的徑向間隙在內);

D h —— 級的內徑,即輪轂直徑;

D = D h / D i —— 輪轂比;

l —— 葉片高度;

δ r —— 徑向間隙,即葉尖與殼體內壁之間的距離;

δ z —— 軸向間隙,即二葉片排之間的軸向距離。

3氣體在基元級中的流動

在研究基元級中的流動時,主要是分析動葉前、動葉與靜葉之間及靜葉之后,三個垂直于轉軸的回轉面上氣流參數的變化情況,分別用1-1截面、2-2截面和3-3截面來表示,這些截面即為基元級的特征截面。在這些截面上,氣流的情況是復雜的。例如動葉根部與頂部的圓周速度就大不相同。也就是說,由于所處半徑位置的不同,葉片沿徑向各截面上的流動情況是各異的。故討論時,一般先從分析某一半徑截面處的流動情況入手,再進而了解各不同半徑截面處以至整個級中的氣流流動情況。

西安軸流壓縮機

這里就先從級中一個有代表性的半徑 —— 級平均半徑(均徑)處截面上的流動情況開始討論。設想用一個半徑等于級平均半徑,其軸線與壓縮機軸線重合的圓柱面去割切級的葉片排,這樣就得到了平均半徑處的兩排葉片(動葉、靜葉)切面。葉片的切面即為葉片在該半徑處的葉型。壓縮機的級正是由無數半徑不同的切面疊加而成的。為了研究方便,還可將環形葉柵在平面上展開成平面葉柵,而認為它在圓周方向是無限長的。實踐表明,在分析基元級中的流動情況時,用平面葉柵來代替環形葉柵是既方便又基本上符合實際情況的。

當轉子以角速度ω等速旋轉時,動葉以圓周速度u運動。按照所取靜止或隨動葉柵一起轉動的坐標系的不同,氣流的速度有絕對運動和相對運動的差別。我們約定絕對運動中氣流速度以c表示;相對運動中的速度以w表示。

在壓縮機級中,壓力p 1到p 2的提高在動葉柵中進行,而p 2到p 3的提高則在靜葉柵中完成。以絕對速度c 1流來的氣體,因動葉入口的牽連速度為u,所以以相對速度w 1流入動葉。由于在動葉柵中加入機械功(Δh u),使氣體在動葉柵中產生順葉柵運動方向的轉折。通常,動葉柵進、出截面選擇使得氣流軸向分速度接近相等。因此,氣流在動葉柵中發生轉折的同時,還伴隨有一定的減速(w 2 < w 1)。這樣,經過動葉以后,氣流壓力便由p 1增加到p 2。對于靜葉來說,進口絕對速度c 2可以從w 2、u求得。氣流于其中逆動葉柵運動方向產生一定轉折,并隨著流通面積的加大而有一定的減速(c 3 < c 2),其壓力將連續地從p 2增高至p 3。一般動葉柵和靜葉柵的設計,使得靜葉出口的流速和方向與本級入口大體相同。從而,經過一基元級,實現加入機械功Δh u,轉化為氣流壓力升高(p 1 → p 3)的目的。

4TurboTides中的軸流壓縮機模塊

TurboTides軸流壓縮機模塊中,用戶可以借助一維中線分析、二維通流計算、三維CFD/FEA模擬等功能對壓縮機整機和局部性能進行分析和優化。

設計模式下,通過方便友好的設計向導,用戶只需要輸入少量的設計參數,就能生成滿足設計要求的壓縮機模型。

分析模式下,可以根據經驗模型對壓縮機流道內的熱力學特性、速度三角及壓縮機整機性能進行預測。用戶也可以用自定義函數取代缺省經驗模型。

多點分析模式下,用戶可以對非設計工況下的不同轉速、流量(或壓比)進行多點計算,獲得完整的壓縮機性能曲線。

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