離心式壓氣機(jī)發(fā)展歷程doc(編輯修改稿)
2025-08-14 12:58 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 形狀的喉部，見圖8。其主要優(yōu)點是其提供了幾乎與無葉擴(kuò)壓器相當(dāng)?shù)倪\行范圍，和比無葉擴(kuò)壓器高得多的靜壓轉(zhuǎn)化能力（即更高的級效率）。但是，效率的提高一般體現(xiàn)在中、小流量系數(shù)的級，即φ ；特別是小流量系數(shù)，φ≤ 時更為顯著。近期，有些設(shè)備制造商重新使用拱肋擴(kuò)壓器——一種特殊的低稠度葉片擴(kuò)壓器，它的葉片寬度要短于擴(kuò)壓器寬度，見圖9。這種擴(kuò)壓器最初開發(fā)于20世紀(jì)70年代中后期，不過在當(dāng)時并沒有得到認(rèn)可。只能在一定流量系數(shù)范圍內(nèi)大幅提高效率。離心式壓縮機(jī)的發(fā)展歷程(四) 其它部件（進(jìn)口導(dǎo)葉、回流器、出口渦室、進(jìn)口渦室、旁流和機(jī)殼） 早期的定子部件大多是鑄件，所以它們可能出現(xiàn)偏心、葉片厚度偏差和表面粗糙等缺點，引起過多的損失和不確定的預(yù)期性能?！ 榱藴p少鑄造模具數(shù)量、提高鑄造精度，在鑄造機(jī)殼中的彎道或過渡段結(jié)構(gòu)時，會引起一些如擴(kuò)壓器和彎道的流道不對齊等問題。由于彎道（大半徑，截面近似半圓形）鑄造在機(jī)殼中，它的位置和尺寸就確定了。而隔板中的葉盤（小半徑，截面近似半圓形）是單獨加工的，不可能與這個特定位置與尺寸的彎道照配，這樣就會出現(xiàn)如圖 10 所示的不對齊問題，從而降低效率，且此處成為形成旋轉(zhuǎn)失速流場的位置?！ 榱私鉀Q此類問題，壓縮機(jī)制造商開始制造具有穩(wěn)定流場流道的部件。由于早期加工方式的限制，只有回流器葉片可以用三軸銑制。隨著大型五軸銑制的出現(xiàn)，進(jìn)口渦室和出口渦室等復(fù)雜部件就可以較為精確地制造了。而且預(yù)旋進(jìn)口導(dǎo)葉也可以用五軸銑制來加工。直到 2000 年，壓縮機(jī)制造商才可以制造出全部由組裝 / 加工的內(nèi)部部件組成的離心壓縮機(jī)，而在 20 世紀(jì) 50 年代，所有這些部件還都是鑄造的?！ 〗M裝這些不同部件所采取的組裝方式也很重要。合適、先進(jìn)的組裝方式可以顯著提高質(zhì)量、可靠性和安全性。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。而使用液壓拉緊、超級螺母等方法，可以使得裝配和拆卸部件更方便，且使各部件間的搭配更為靈活?！ ≡讷@得流道幾何尺寸的精確性和高質(zhì)量的表面光潔度時，機(jī)殼也可以使用組裝（焊接）型式?？梢酝ㄟ^補(bǔ)焊或其它工藝來進(jìn)行相對容易的修理，同時，鑄鋼機(jī)殼也會比鑄鐵機(jī)殼先進(jìn)一些。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)空氣動力學(xué)過程中很重要的一部分，計算機(jī)技術(shù)在其中起到了直接的作用。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們可以在較短時間內(nèi)進(jìn)行更復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算，從而能對單個部件或整個壓縮機(jī)進(jìn)行更逼真的模型分析。 一維方法 最常見的一維模型是利用“速度三角形”原理。各種基于歐拉方程、伯努利方程、能量方程、角動量方程和其它經(jīng)驗性的模型公式，被用來解決離心機(jī)中不同關(guān)鍵部位的子午面方向、切向、相對速度和氣流角等問題。這些公式都主要關(guān)注在各部件的氣流進(jìn)、出區(qū)域，而對中間過程知之甚少。雖然現(xiàn)在人們大多只是用它們來進(jìn)行一些基本尺寸計算，但它們卻是早期透平機(jī)械設(shè)計者可以使用的唯一方法。 在 20 世紀(jì) 50 年代早中期，所有設(shè)計均使用一維方法進(jìn)行的，所使用的工具只有計算尺、鉛筆、圓規(guī)、量角器、圖板、白紙以及人類的創(chuàng)造力和智力。盡管當(dāng)時缺乏先進(jìn)的計算機(jī)和分析程序，人們還是設(shè)計了一些非常優(yōu)秀的壓縮機(jī)，其中對于軍用飛機(jī)引擎的開發(fā)在這個過程中起到了關(guān)鍵作用。另外，必須反復(fù)進(jìn)行設(shè)計 試驗，直到試出一個能夠達(dá)到性能要求的配置。這雖然不是開發(fā)壓縮機(jī)的有效方法，但卻是當(dāng)時唯一可以使用的方法。離心式壓縮機(jī)的發(fā)展歷程(六) 二維方法 二維方法在 20 世紀(jì) 50 年代末期開始被商業(yè)化應(yīng)用，成為設(shè)計師開發(fā)和分析部件的空氣動力學(xué)更為先進(jìn)的一種手段。與一維方法不同，二維方法可以考慮到整個流道的邊界條件，包括軸盤和輪蓋的輪廓、葉片或?qū)~的角度和厚度等?！ 〈蠖嗟亩S方法使用流線曲率法。使用流線曲率準(zhǔn)則可以將流道分成相同的質(zhì)量流量的流管，見圖 11 。通過子午面（或軸盤 輪蓋）邊界的當(dāng)?shù)厍屎屯ㄟ^流管的質(zhì)量流量來計算速度。一些準(zhǔn)則對于葉片至葉片方向的曲率的變化同樣敏感。可以根據(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)。其中包括：從進(jìn)口到出口的計算基點（近似正交直線）的數(shù)量、流道分解成流管的數(shù)量、損失分布、與幾何特性相符的曲線及與回歸結(jié)果的容差。離心式壓縮機(jī)的發(fā)展歷程(七)三維計算流體力學(xué)（ CFD ）是用來計算空氣動力學(xué)的最精確的分析技術(shù)。它在 20 世紀(jì) 80 年代末期開始廣泛應(yīng)用于工業(yè)壓縮機(jī)產(chǎn)業(yè)中，為人們了解旋轉(zhuǎn)葉輪和固定部件及其相互影響提供了大跨步的技術(shù)飛躍。三維計算流體力學(xué)利用計算網(wǎng)格將流道分解成很小的多面體，從而使空氣動力學(xué)分析可以象有限元分析那樣進(jìn)行。因此，這種方法比其它任何方法，更能反映空氣動力學(xué)部件的尺寸形狀的所有特征，并提供了流體物理現(xiàn)象的更加全面的模擬近似。且由于能識別流場中不良位置并可以將其消除或減小，故此可以獲得優(yōu)秀的性能。早期計算流體力學(xué)由于受到計算時間的限制，主要用于計算單個部件，尤其是葉輪。但是到 20 世紀(jì) 90 年代的中后期，隨著更先進(jìn)的分析方法和計算機(jī)的出現(xiàn)，人們可以對包含多個部件的計算區(qū)域進(jìn)行計算，甚至能進(jìn)行非穩(wěn)定分析，評估瞬時或隨時間變化的流量、壓力或溫度波動如何影響部件或級的性能。這些分析方法是最接近壓縮機(jī)中真實流體物理現(xiàn)象的。離心式壓縮機(jī)的發(fā)展歷程(八)2 轉(zhuǎn)子動力學(xué) 無阻尼臨界轉(zhuǎn)速分析 在 20 世紀(jì) 40 年代中期， Myklestad 開發(fā)了應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)翼和其它梁式結(jié)構(gòu)的一種新的非耦合彎曲振動計算方法。一年后， Prohl 開發(fā)了一種柔性轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的通用計算方法。二者組成了 MyklestedPhohl 方法的基礎(chǔ)，這種方法就是直到今天還廣泛應(yīng)用的無阻尼臨界轉(zhuǎn)速圖譜分析的一種轉(zhuǎn)換矩陣方案。就像空氣動力學(xué)專家使用一維方法開始分析一個新葉輪的設(shè)計一樣，轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析也是使用無阻尼臨界轉(zhuǎn)速圖譜來確定軸承支撐系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子自然頻率的。無阻尼臨界轉(zhuǎn)速的計算程序通過輸入的轉(zhuǎn)子幾何形狀，并根據(jù)對稱軸承剛度系數(shù)，來生成無阻尼周期同步臨界轉(zhuǎn)速，見圖 12 。從 20 世紀(jì) 40 年代到 60 年代，一階臨界轉(zhuǎn)速（ NC1）一直使用手工計算，并使其避開壓縮機(jī)的運行速度范圍。隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和對徑向軸承系數(shù)認(rèn)識的深入，軸承系數(shù)可以在無阻尼臨界轉(zhuǎn)速圖譜上被準(zhǔn)確地考慮進(jìn)去，從而修正臨界轉(zhuǎn)速的位置，來滿足機(jī)組運行的要求?！ ≡谠囓嚺_或現(xiàn)場
環(huán)評公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1