離心式壓氣機(jī)發(fā)展歷程doc-wenkub
2022-08-15 12:58:38 本頁面
【正文】 求的不斷提高，必須找出方法來制造三維葉片。C1xC1H[4]子午面速度（要比圓周速度此外，為了進(jìn)行角焊縫焊接，流道必須有足夠的寬度來使焊具進(jìn)入（通常 或更大）。在 20 世紀(jì)五六十年代，設(shè)備制造商開始制造焊接式葉輪。由于被壓縮氣體所得到的全部能量均是由葉輪傳遞而來的，所以如果沒有很好設(shè)計(jì)的葉輪，離心壓縮機(jī)整機(jī)性能或每個(gè)壓縮級(jí)是無法取得較高效率的。離心式壓縮機(jī)的發(fā)展歷程(二)1 空氣動(dòng)力學(xué) 在離心壓縮機(jī)中的主要空氣動(dòng)力學(xué)部件有進(jìn)口渦室、進(jìn)口導(dǎo)葉、葉輪、擴(kuò)壓器、彎道、回流器、出口渦室和旁流（或級(jí)間抽、加氣）部件等。 對(duì)比最初的幾十年發(fā)展階段，最近十幾年來效率的提高幅度相對(duì)較小，顯然這是由于效率已經(jīng)被提高至趨于極限，即使大量的投入也很難取得顯著提高。因此，想要設(shè)計(jì)出效率高于 92% 的多級(jí)工藝離心壓縮機(jī)幾乎是不可能的。那時(shí)的能源相對(duì)豐富，沒有人在意性能相對(duì)低的離心壓縮機(jī)?！ ∵^去60年來 , 壓縮機(jī)最高效率的發(fā)展過程見圖 1 。當(dāng)時(shí)甚至整個(gè)通流部分均可以由鑄件組成?！ ⊥瑯?，定子部件也是焊接或鑄造的。設(shè)備制造商必須使用焊接或鑄造，來制造應(yīng)用在較高流量場(chǎng)合的更復(fù)雜的型線。 在離心壓縮機(jī)發(fā)展的初期階段，設(shè)計(jì)水平在一定程度上受到了當(dāng)時(shí)制造方法的限制?！ √岣咧圃旆椒ㄊ前l(fā)展現(xiàn)代高性能離心壓縮機(jī)的一個(gè)重要因素。最早應(yīng)用的是鋼鐵廠中的高爐鼓風(fēng)機(jī)。 專業(yè)資料整理分享 離心式壓縮機(jī)的發(fā)展歷程(一)0 引言 第一臺(tái)工業(yè)上使用的離心壓縮機(jī)是在人類邁入 20 世紀(jì)時(shí)與早期的燃?xì)廨啓C(jī)一同出現(xiàn)的。例如，某設(shè)備制造商（OEM）將第一臺(tái) 7 系列的離心壓縮機(jī)在 1912 年銷售給了位于美國密蘇里州圣路易斯的 Scullin 鋼鐵公司。如果不能精確加工出為了提高性能所設(shè)計(jì)的復(fù)雜型線，那么應(yīng)用現(xiàn)代尖端分析和設(shè)計(jì)技術(shù)就顯得意義不大。設(shè)備制造商在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，不得不使用當(dāng)時(shí)較為有限的幾種方法，包括機(jī)械加工（即車削、三軸銑制）、聯(lián)接（即焊接、鉚接）和鑄造。事實(shí)上，直到 20 世紀(jì) 50 年代末、 60 年代初，焊接葉輪還沒有被大量的使用。由于當(dāng)部件相同時(shí)，重復(fù)鑄造可以降低成本；當(dāng)時(shí)提高性能不是考核的關(guān)鍵，大多數(shù)設(shè)備制造商傾向于使用鑄造方法。之后，通流部分部件開始較少使用鑄件，而是用焊接、螺栓連接、或鉚接的型式來制造。圖中曲線表示流量系數(shù)φ大于 的離心壓縮機(jī)基本級(jí)。但是隨著 20 世紀(jì) 70 年代中期能源危機(jī)的爆發(fā)，用戶與壓縮機(jī)制造商開始注重降低能量消耗，使得原動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)的性能大大提高，壓縮機(jī)效率達(dá)到了80%～85% 。顯然，牛頓定律和熱力學(xué)定律就決定了壓縮機(jī)不可能達(dá)到100%的效率。未來的提高方向可以有下列幾種：（ a ）考慮從前被認(rèn)為是次要的、忽略的性能影響因素，如泄漏通道；（ b ）開發(fā)更先進(jìn)的空氣動(dòng)力學(xué)零部件；（ c ）融合軸流和離心技術(shù)。所有這些部件均伴隨著制造和分析方法的提高而得到了優(yōu)化。在過去幾十年內(nèi)，效率的提高，大多通過制造和設(shè)計(jì)手段的改進(jìn)來不斷完善葉輪型線而取得的。焊接葉輪主要有兩種類型：兩件焊和三件焊。因此，窄流道的小流量系數(shù)的葉輪是無法用焊接來制造，而只有通過貫穿葉片的鉚接或鑄造來實(shí)現(xiàn)，見圖2。U1xU1HCmx由于的變化，從輪蓋到軸盤方向的氣流接近角也發(fā)生變化。早期的解決方案是鑄造或三件組裝（焊接或鉚接）。越是要求復(fù)雜的型線，那么型線就好像是可以任意變化的?！ ∪~片由模鍛或者其它成型方法加工后，再將其與一個(gè)用于檢查的模塊進(jìn)行對(duì)比，來確定其型線是正確的。這些相對(duì)位置變化在鉚接葉輪中一般較小，而在焊接葉輪中因焊接及隨后的熱處理而較大。葉片從此不再采用模鍛，而是可以用側(cè)銑或點(diǎn)銑的方式，直接在一個(gè)盤型鍛件上來銑制出來。 近些年來，制造商開始用一個(gè)鍛件來加工出整體的閉式葉輪，而不再需要對(duì)葉片、軸盤和輪蓋進(jìn)行焊接。伸入銑制時(shí)，在一些流道部位，如果使用通用銑刀是無法到達(dá)的。D由于流量小，所以必須開發(fā)流道非常窄且精確制造的葉輪。如果釬焊厚度較大，葉片與其聯(lián)接的部件（軸盤或輪蓋）的間隙就大，這樣就會(huì)造成釬焊的聯(lián)接強(qiáng)度較差。焊接的專利電子束焊接技術(shù)，它使用一種兼具電子束焊接和釬焊的方法將輪蓋（或軸盤）與葉片焊接起來。不過，這些方法均要求在設(shè)計(jì)小流量系數(shù)的葉輪時(shí)，就要考慮所有需要加工的部位均可以實(shí)際加工到。離心式壓縮機(jī)的發(fā)展歷程(三) 擴(kuò)壓器 擴(kuò)壓器將葉輪壓縮過的氣體中的一部分動(dòng)能（動(dòng)壓）轉(zhuǎn)換到靜壓（勢(shì)能），并降低了氣體的容積流量。但是，無葉擴(kuò)壓器不能像葉片擴(kuò)壓器那樣可以把較多的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為所需的壓力能，因此，使用葉片擴(kuò)壓器的級(jí)會(huì)比使用無葉擴(kuò)壓器的級(jí)效率更高，見圖6。因此，槽形擴(kuò)壓器很少在工藝氣壓縮機(jī)中使用，而是在空氣壓縮機(jī)、燃汽輪機(jī)中燃?xì)獍l(fā)生器壓縮機(jī)或渦輪增壓器這些不需較寬運(yùn)行范圍的設(shè)備上應(yīng)用較多。其主要優(yōu)點(diǎn)是其提供了幾乎與無葉擴(kuò)壓器相當(dāng)?shù)倪\(yùn)行范圍，和比無葉擴(kuò)壓器高得多的靜壓轉(zhuǎn)化能力（即更高的級(jí)效率）。只能在一定流量系數(shù)范圍內(nèi)大幅提高效率。而隔板中的葉盤（小半徑，截面近似半圓形）是單獨(dú)加工的，不可能與這個(gè)特定位置與尺寸的彎道照配，這樣就會(huì)出現(xiàn)如圖 10 所示的不對(duì)齊問題，從而降低效率，且此處成為形成旋轉(zhuǎn)失速流場(chǎng)的位置。而且預(yù)旋進(jìn)口導(dǎo)葉也可以用五軸銑制來加工。此外，在現(xiàn)代離心壓縮機(jī)中，先進(jìn)的焊接技術(shù)和螺栓把緊技術(shù)也扮演著重要角色。離心式壓縮機(jī)的發(fā)展歷程(五) 分析技術(shù) 分析技術(shù)的進(jìn)步是改善離心壓縮機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)過程中很重要的一部分，計(jì)算機(jī)技術(shù)在其中起到了直接的作用。這些公式都主要關(guān)注在各部件的氣流進(jìn)、出區(qū)域，而對(duì)中間過程知之甚少。另外，必須反復(fù)進(jìn)行設(shè)計(jì) 試驗(yàn)，直到試出一個(gè)能夠達(dá)到性能要求的配置?！ 〈蠖嗟亩S方法使用流線曲率法?？梢愿鶕?jù)不同的二維流線曲率準(zhǔn)則，調(diào)整相應(yīng)的建模參數(shù)。三維計(jì)算流體力學(xué)利用計(jì)算網(wǎng)格將流道分解成很小的多面體，從而使空氣動(dòng)力學(xué)分析可以象有限元分析那樣進(jìn)行。但是到 20 世紀(jì) 90 年代的中后期，隨著更先進(jìn)的分析方法和計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，人們可以對(duì)包含多個(gè)部件的計(jì)算區(qū)域進(jìn)行計(jì)算，甚至能進(jìn)行非穩(wěn)定分析，評(píng)估瞬時(shí)或隨時(shí)間變化的流量、壓力或溫度波動(dòng)如何影響部件或級(jí)的性能。一年后， Prohl 開發(fā)了一種柔性轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的通用計(jì)算方法。從 20 世紀(jì) 40 年代到 60 年代，一階臨界轉(zhuǎn)速（ NC1）一直使用手工計(jì)算，并使其避開壓縮機(jī)
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