專利名稱：徑向槽機(jī)匣處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離心壓氣機(jī)機(jī)匣處理方法，特別涉及一種徑向槽機(jī)匣處理方法。
技術(shù)背景
離心壓氣機(jī)具有體積小、單級壓比高和結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，被越來越多的應(yīng)用于許多領(lǐng)域。近年來，伴隨著人們對于微小型能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的需求和興趣的不斷提升，高轉(zhuǎn)速、 高壓比、高效率、寬工況、小型化已經(jīng)成為離心壓氣機(jī)發(fā)展的重要趨勢之一，并對其性能提出了日益苛刻的要求。當(dāng)今壓氣機(jī)高轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷的發(fā)展趨勢給壓氣機(jī)的穩(wěn)定運行及其擴(kuò)穩(wěn)技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，特別是以旋轉(zhuǎn)失速、喘振為代表的非定常流動失穩(wěn)現(xiàn)象是危及壓氣機(jī)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素。在壓氣機(jī)的實際運行過程中，當(dāng)流量達(dá)到性能曲線上的最小流量值后，若繼續(xù)減小流量，壓氣機(jī)內(nèi)部流動會發(fā)生突然的變化，流道內(nèi)部出現(xiàn)失速團(tuán)，流動進(jìn)入失穩(wěn)狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)失速發(fā)生。旋轉(zhuǎn)失速進(jìn)一步向深度的發(fā)展，壓縮系統(tǒng)會發(fā)生喘振，導(dǎo)致壓縮系統(tǒng)中出現(xiàn)負(fù)流量的區(qū)域。
旋轉(zhuǎn)失速的發(fā)生會使葉輪葉片承受長時間的振動應(yīng)力，導(dǎo)致葉片壽命的降低，而喘振發(fā)生時，葉輪葉片和機(jī)匣都將承受很大的瞬時力作用，會引起更大的破壞，因此，為了確保壓氣機(jī)安全穩(wěn)定的運行，必須盡量避免旋轉(zhuǎn)失速和喘振這兩種流動失穩(wěn)現(xiàn)象。目前，一般的做法是讓壓氣機(jī)在遠(yuǎn)離失速點的狀態(tài)下工作，也就是在設(shè)計階段就要考慮到一定的失速裕度。但是，典型壓氣機(jī)的高效和高參數(shù)運行區(qū)域通常臨近壓氣機(jī)的流動失穩(wěn)邊界，預(yù)留一定失速裕度的做法對壓氣機(jī)的性能來說是一種極大的浪費。因此，對于實際應(yīng)用中的壓氣機(jī)，通常希望其穩(wěn)定工作范圍盡可能寬，以使得壓氣機(jī)盡量在接近高效和高參數(shù)運行區(qū)域工作。而拓寬壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍，推遲氣流失速的發(fā)生，對于提高壓氣機(jī)的性能和可靠性具有十分重要的意義，也成為壓氣機(jī)設(shè)計專家們致力解決的關(guān)鍵問題之一。
作為一種壓氣機(jī)內(nèi)部流動失穩(wěn)的被動控制策略，采用機(jī)匣處理(Casing Treatments)將有助于削弱頂部間隙泄漏流對壓氣機(jī)的負(fù)面影響，提高壓氣機(jī)的失速裕度。 一種廣泛應(yīng)用的機(jī)匣處理形式為各種槽式機(jī)匣處理結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的槽式機(jī)匣處理結(jié)構(gòu)往往針對壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行，但在擴(kuò)大壓氣機(jī)穩(wěn)定工作裕度的同時常會引起效率的下降。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種能夠在大幅度提高壓氣機(jī)穩(wěn)定工作范圍的同時，保證峰值效率和小流量側(cè)壓比也有所提高的離心壓氣機(jī)的徑向槽機(jī)匣處理方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
I)首先，對輪蓋側(cè)沒有開槽的壓氣機(jī)進(jìn)行建模，并對其內(nèi)部流場進(jìn)行數(shù)值模擬和流動分析，確定壓氣機(jī)內(nèi)占主導(dǎo)的流場結(jié)構(gòu)及其流動特征，明確壓氣機(jī)流道內(nèi)易于發(fā)生失速的區(qū)域；
2)其次，根據(jù)步驟I)確定的壓氣機(jī)流道內(nèi)易于發(fā)生失速的區(qū)域沿壓氣機(jī)輪蓋側(cè)不同子午位置開設(shè)單個周向槽并對其進(jìn)行建模和數(shù)值模擬，比較不同位置周向槽機(jī)匣的擴(kuò)穩(wěn)效果及其對壓氣機(jī)效率的影響，確定最佳的開槽位置；
3)然后，根據(jù)壓氣機(jī)輪蓋側(cè)開設(shè)周向槽的最佳位置固定周向槽槽深，改變周向槽槽寬，對不同寬度的周向槽進(jìn)行建模和數(shù)值模擬，比較槽寬對周向槽機(jī)匣擴(kuò)穩(wěn)效果及壓氣機(jī)效率的影響，從而確定最佳的槽寬；
4)進(jìn)一步，根據(jù)壓氣機(jī)輪蓋側(cè)開設(shè)周向槽的最佳位置及步驟3)得到的最佳槽寬， 固定周向槽槽寬，改變周向槽槽深，對不同深度的周向槽進(jìn)行建模和數(shù)值模擬，比較槽深對周向槽機(jī)匣擴(kuò)穩(wěn)效果及壓氣機(jī)效率的影響，從而確定最佳的槽深；
5)最后，根據(jù)步驟2)、3)、4)確定的周向槽位置、周向槽的槽深和槽寬，由周向槽位置向外側(cè)延伸開設(shè)相同的周向槽，確定槽齒寬即相鄰槽的間距，改變周向槽數(shù)目，對不同槽數(shù)的周向槽機(jī)匣進(jìn)行建模和數(shù)值模擬，比較周向槽數(shù)目對機(jī)匣處理擴(kuò)穩(wěn)效果和壓氣機(jī)效率的影響，確定最佳的周向槽數(shù)目；
6 )周向槽數(shù)目確定后，徑向處理槽沿徑向的覆蓋范圍即從第一道周向槽的前沿至最后一道周向槽的后沿；
7)徑向槽的前沿與第一道周向槽的前沿重合，徑向槽的后沿與最后一道周向槽的后沿重合，徑向槽的深度選取上述周向槽的最佳槽深，徑向槽共有17組，對應(yīng)葉片擴(kuò)壓器的17個葉片，每組包括3個徑向槽。
所述的最佳開槽位置、最佳槽深、最佳槽寬及最佳周向槽數(shù)目由以下指標(biāo)確定
綜合失速裕度改進(jìn)量(ΛSM) :
權(quán)利要求
1.一種徑向槽機(jī)匣處理方法，其特征在于包括以下步驟 1)首先，對輪蓋側(cè)沒有開槽的壓氣機(jī)進(jìn)行建模，并對其內(nèi)部流場進(jìn)行數(shù)值模擬和流動分析，確定壓氣機(jī)內(nèi)占主導(dǎo)的流場結(jié)構(gòu)及其流動特征，明確壓氣機(jī)流道內(nèi)易于發(fā)生失速的區(qū)域； 2)其次，根據(jù)步驟I)確定的壓氣機(jī)流道內(nèi)易于發(fā)生失速的區(qū)域沿壓氣機(jī)輪蓋側(cè)不同子午位置開設(shè)單個周向槽并對其進(jìn)行建模和數(shù)值模擬，比較不同位置周向槽機(jī)匣的擴(kuò)穩(wěn)效果及其對壓氣機(jī)效率的影響，確定最佳的開槽位置； 3)然后，根據(jù)壓氣機(jī)輪蓋側(cè)開設(shè)周向槽的最佳位置固定周向槽槽深，改變周向槽槽寬，對不同寬度的周向槽進(jìn)行建模和數(shù)值模擬，比較槽寬對周向槽機(jī)匣擴(kuò)穩(wěn)效果及壓氣機(jī)效率的影響，從而確定最佳的槽寬； 4)進(jìn)一步，根據(jù)壓氣機(jī)輪蓋側(cè)開設(shè)周向槽的最佳位置及步驟3)得到的最佳槽寬，固定周向槽槽寬，改變周向槽槽深，對不同深度的周向槽進(jìn)行建模和數(shù)值模擬，比較槽深對周向槽機(jī)匣擴(kuò)穩(wěn)效果及壓氣機(jī)效率的影響，從而確定最佳的槽深； 5)最后，根據(jù)步驟2)、3)、4)確定的周向槽位置、周向槽的槽深和槽寬，由周向槽位置向外側(cè)延伸開設(shè)相同的周向槽，確定槽齒寬即相鄰槽的間距，改變周向槽數(shù)目，對不同槽數(shù)的周向槽機(jī)匣進(jìn)行建模和數(shù)值模擬，比較周向槽數(shù)目對機(jī)匣處理擴(kuò)穩(wěn)效果和壓氣機(jī)效率的影響，確定最佳的周向槽數(shù)目； 6)周向槽數(shù)目確定后，徑向處理槽沿徑向的覆蓋范圍即從第一道周向槽的前沿至最后一道周向槽的后沿； 7)徑向槽的前沿與第一道周向槽的前沿重合，徑向槽的后沿與最后一道周向槽的后沿重合，徑向槽的深度選取上述周向槽的最佳槽深，徑向槽共有17組，對應(yīng)葉片擴(kuò)壓器的17個葉片，每組包括3個徑向槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的徑向槽機(jī)匣處理方法，其特征在于所述的最佳開槽位置、最佳槽深、最佳槽寬及最佳周向槽數(shù)目由以下指標(biāo)確定 綜合失速裕度改進(jìn)量(ASM) :
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的徑向槽機(jī)匣處理方法，其特征在于所述的徑向槽前沿位置處寬度為4. 47mm，組內(nèi)相鄰槽間距為4. 47mm，相鄰兩組槽的間距為8. 95mm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于離心壓氣機(jī)的徑向槽機(jī)匣處理方法，該方法綜合考慮了離心壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)特點和內(nèi)部流動情況，在葉片擴(kuò)壓器通道中易發(fā)生失速的位置沿輪蓋側(cè)開徑向槽。其特征在于處理槽沿徑向的覆蓋范圍和槽深利用了另一種周向槽機(jī)匣處理方法的設(shè)計結(jié)果，即首先進(jìn)行周向槽機(jī)匣處理方案的設(shè)計，確定最佳槽深及處理槽沿徑向的覆蓋范圍，進(jìn)而可以進(jìn)行徑向槽機(jī)匣處理方案的設(shè)計，其具體形式為沿徑向離散分布的直槽。設(shè)計的基本思路是希望徑向槽的走向及間距能引導(dǎo)擴(kuò)壓器輪蓋側(cè)低速流體的走向，并且為低速流體提供回流通道，有助于減弱頂部通道的堵塞，大幅度提高壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍，同時峰值效率和小流量側(cè)壓比也有所提高。
文檔編號F04D29/42GK102927052SQ201210451729
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者席光, 馬巖 申請人:西安交通大學(xué)