本發(fā)明涉及離心壓縮機(jī)領(lǐng)域，特別涉及新式緊湊型大流量離心壓縮機(jī)級(jí)間加氣方法。

背景技術(shù)：

在石油化工行業(yè)中，由于生產(chǎn)工藝的要求，經(jīng)常需要在多級(jí)壓縮機(jī)某兩個(gè)或者多個(gè)中間級(jí)之間引入一股氣流。最早期的加氣工序是在壓縮機(jī)末級(jí)進(jìn)行，因而對(duì)整機(jī)運(yùn)行狀況影響不大。而如果需要在中間級(jí)進(jìn)行加氣，則不當(dāng)?shù)募託夥绞綍?huì)嚴(yán)重破壞壓縮機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)的均勻性，使加氣段下一級(jí)的進(jìn)口流動(dòng)情況急劇惡化甚至產(chǎn)生畸變，直接影響下一級(jí)乃至多級(jí)的運(yùn)行情況。由此產(chǎn)生了采用加氣蝸室來(lái)改善加氣流場(chǎng)的第一代加氣方案。此類方案或基于均勻來(lái)流條件，變工況條件下性能較差，或采用較為復(fù)雜的設(shè)計(jì)和加工工藝，在大流量壓縮機(jī)和對(duì)機(jī)組安裝尺寸限制比較嚴(yán)格的情況下不能很好地滿足設(shè)計(jì)要求。

目前采用徑向進(jìn)氣室作為加氣蝸殼的設(shè)計(jì)方案雖有應(yīng)用，但是尚無(wú)相關(guān)的專利公開(kāi)。而在中國(guó)發(fā)明專利CN104537173A中公開(kāi)了一種在前一級(jí)彎道出口進(jìn)行加氣的設(shè)計(jì)方案。這種方案在需加氣的葉輪前一級(jí)彎道出口處開(kāi)一個(gè)環(huán)形口，并通過(guò)變截面蝸殼進(jìn)行加氣。

采用經(jīng)向進(jìn)氣室作為加氣蝸殼的應(yīng)用方案大多只能安裝在葉輪進(jìn)口，而為了保證下級(jí)葉輪的進(jìn)口氣流均勻，則需要在進(jìn)氣室添加復(fù)雜的導(dǎo)向葉珊來(lái)進(jìn)行整流，這樣往往造成機(jī)組的軸向和徑向尺寸大大增加。

CN104537173A中的方案采用彎道出口加氣的方式，有效節(jié)約了機(jī)組的軸向尺寸空間，但為了減小添加氣氣流對(duì)回流器葉片的沖擊，仍需要在進(jìn)氣蝸殼中添加導(dǎo)葉來(lái)保證氣流均勻。這種方案會(huì)令加氣蝸殼的安裝高度上升，制造更加復(fù)雜，而且整個(gè)機(jī)組的徑向尺寸也會(huì)相應(yīng)增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，因此本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)單高效，且尺寸緊湊的加氣設(shè)計(jì)方案，特別適用于對(duì)現(xiàn)有機(jī)組進(jìn)行改裝、添加加氣裝置。在所要解決的技術(shù)問(wèn)題是在滿足大流量離心壓縮機(jī)級(jí)間加氣需求的基礎(chǔ)上，盡可能減小整機(jī)尺寸，在對(duì)現(xiàn)有多級(jí)離心壓縮機(jī)進(jìn)行加氣改裝的時(shí)候不需要對(duì)原始機(jī)組的軸向和徑向空間做較大改動(dòng)。同時(shí)提供一套更為簡(jiǎn)單高效的加氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，縮短設(shè)計(jì)周期，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，節(jié)約材料，從而降低機(jī)組生產(chǎn)成本。

本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：一種大流量緊湊型離心壓縮機(jī)級(jí)間加氣方法，通過(guò)對(duì)加氣氣流流量，主氣流和加氣氣流在回流器中流動(dòng)以及混合段出口流場(chǎng)特性的綜合分析，在回流器葉片中段進(jìn)行加氣。

采用上述技術(shù)方案，則可以省略加氣蝸殼中對(duì)導(dǎo)向葉珊的需求，從而降低蝸殼生產(chǎn)成本。

作為本發(fā)明的具體方案可以優(yōu)選為：還包括

S1，對(duì)加氣位置的選擇：選擇在回流器導(dǎo)入口后方進(jìn)行加氣，選擇開(kāi)口高度R₄∈（0.6R₃，0.8R₃）；

S2，測(cè)量開(kāi)口處回流器葉片安裝角α₄，從開(kāi)口處向下，將回流器通道加寬b₀作為加氣通道，b₀=b₄×G_max/G₀，其中G_max為最大加氣氣流流量，G₀為主氣流質(zhì)量流量，加寬處回流器葉片也同步加寬，且前緣做15°傾斜處理；

S3，通過(guò)CFD或者實(shí)驗(yàn)手段獲取開(kāi)口處的氣流流速C₄，或根據(jù)公式C₄=（C₁R₁ρ₁）/R₄ρ₄估算開(kāi)口處主氣流流速C₄，其中C₁為一級(jí)葉輪出口速度，R₁為葉輪半徑，ρ為氣體密度，密度變化不計(jì)時(shí)，公式簡(jiǎn)化為C₄=C₁(R₁/R₄)，然后計(jì)算主氣流徑向分速度C_4r=C₄×sinα₄，切向分速度C_4t=C₄×cosα₄，其中Gmax為最大加氣氣流流量，G₀為主氣流質(zhì)量流量，加寬處回流器葉片也同步加寬，且前緣做15°傾斜處理；

S4，基于等環(huán)量法設(shè)計(jì)矩形變截面蝸殼作為加氣蝸殼。

由上可知，本加氣設(shè)計(jì)方案尺寸緊湊，特別適用于對(duì)現(xiàn)有機(jī)組進(jìn)行改裝、添加加氣裝置。

作為本發(fā)明的具體方案可以優(yōu)選為：在步驟S4中，首選確定蝸殼安裝高度R，R≥（1.1*R₄），加氣蝸殼寬度b根據(jù)加氣前后葉輪軸向間距確定，在不增大原始機(jī)型兩級(jí)葉輪間距的基礎(chǔ)上，進(jìn)氣蝸殼寬度b應(yīng)充分利用兩級(jí)葉輪間距，然后根據(jù)公式Re=b×exp[（?G）/（360ρRbC_4t）]來(lái)計(jì)算360°環(huán)向蝸室截面的型線Re，其中，ρ為添加氣密度，G為添加氣質(zhì)量流量，G∈（10%—25%）G₀。

作為本發(fā)明的具體方案可以優(yōu)選為：計(jì)算360°環(huán)向蝸室截面的型線Re中：選取45°為開(kāi)始截面，每隔45°選取一個(gè)截面到360°為止，而0°截面到45°截面中間，則每隔15°選取一個(gè)界面，型線自15°到45°處依舊使用公式Re=b×exp[（?G）/（360ρRbC_4t）]計(jì)算的外形線，但從0°到15°中間外形線不再變化，均采用15°處截面外形線高度R_（?=15°）。

采用上述技術(shù)方案，為簡(jiǎn)化計(jì)算，這樣可以優(yōu)化蝸舌處的氣流流動(dòng)情況，同時(shí)降低蝸舌前后截面加工難度。蝸殼進(jìn)口截面面積與蝸室360°處截面相等，進(jìn)口長(zhǎng)度以伸出整機(jī)機(jī)殼為準(zhǔn)，如有必要，可在360°截面處將進(jìn)氣流道偏轉(zhuǎn)10°—30°但不建議。

綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果：

（1）、提出新的加氣方案較之此前的加氣方案擁有更靈活的加氣口位置選擇，為整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供方便。

（2）、本發(fā)明中加氣方案在保證的加氣效率的同時(shí)省略了加氣蝸殼對(duì)導(dǎo)葉的需求，大大簡(jiǎn)化了加氣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和加工，從而降低生產(chǎn)成本。

（3）、本設(shè)計(jì)方案具有良好的流場(chǎng)特性，和變工況適應(yīng)性，在整機(jī)運(yùn)行過(guò)程中可靈活變動(dòng)加氣氣流流量，而不會(huì)對(duì)下一級(jí)運(yùn)行造成不良影響。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)施例離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)剖面圖；

圖2為本實(shí)施例的加氣位置圖；

圖3為本實(shí)施例加氣蝸殼設(shè)計(jì)圖；

圖4為圖3中α₄為開(kāi)口處導(dǎo)葉安裝角；

圖5為加氣蝸殼進(jìn)氣道許可最大偏轉(zhuǎn)角示意圖；

圖6為加氣結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為加氣口處加寬結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、主氣流葉輪；2、回流器葉片；3、加氣蝸殼；4、加氣開(kāi)口；5、彎道。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

其中

G_max—最大加氣氣流流量（單位kg/s）

G₀—主氣流質(zhì)量流量（單位kg/s）

G—加氣氣流質(zhì)量流量（單位kg/s）

R—蝸殼安裝高度半徑（單位mm）

R₁—前一級(jí)葉輪出口半徑（單位mm）

R₃—回流器葉片入口處半徑（單位mm）

R₄—開(kāi)口處位置半徑（單位mm）

R₅—回流器葉片出口處半徑（單位mm）

Re—加氣蝸殼任意截面對(duì)應(yīng)外形線半徑（單位mm）

b—加氣蝸殼蝸室寬度（單位mm）

b₁—葉輪出口寬度（mm）

b₂—彎道入口寬度（單位mm）

b₀—加氣通道寬度（單位mm）

b₄—加氣開(kāi)口處回流器寬度（單位mm）

α₄—加氣開(kāi)口處回流器導(dǎo)葉安裝角（單位°）

α₃—加氣通道與回流器輪蓋側(cè)夾角（單位°）

ρ—?dú)怏w密度（單位kg/m³）

C₁—葉輪出口氣流流速（單位m/s）

C₄—加氣開(kāi)口處氣流流速（單位m/s）

C_4r—主氣流徑向分速度（單位m/s）

C_4t—切向分速度（單位m/s）

?—加氣蝸殼截面（單位°）

如圖1和圖6兩種實(shí)施方式所示，主氣流葉輪1將氣流輸送到彎道5處，在彎道5的后方進(jìn)行加氣，從而設(shè)置加氣蝸殼3，加氣蝸殼3位置上設(shè)置有加氣開(kāi)口4。如圖2所示：

（1）加氣位置選擇。為達(dá)到利用回流器導(dǎo)葉對(duì)加氣氣流進(jìn)行引導(dǎo)，同時(shí)盡可能縮小整機(jī)徑向尺寸的目，本發(fā)明選擇在回流器導(dǎo)入口后方進(jìn)行加氣。首先確定具體位置為開(kāi)口處高度R₄∈（0.6R₃,0.8R₃）。

（2）選定開(kāi)口處高度后，如圖4所示，測(cè)量開(kāi)口處回流器葉片安裝角α₄注意是開(kāi)口處回流器葉片角度，而不是回流器葉片入口安裝角α₃，從開(kāi)口處向下，如圖7所示，將回流器通道加寬b₀作為加氣通道，b₀=b₄×G_max/G₀，其中Gmax為最大加氣氣流流量，G₀為主氣流質(zhì)量流量。加寬處回流器葉片也同步加寬，且前緣做15°傾斜處理、如圖所示。在滿足實(shí)際加工壁厚要求的基礎(chǔ)上，進(jìn)氣通道與回流器主流道夾角應(yīng)盡可能減小，夾角最大不應(yīng)超過(guò)15°。

（3）通過(guò)CFD或者實(shí)驗(yàn)手段獲取開(kāi)口處的氣流流速C₄，也可根據(jù)公式C₄=（C₁R₁ρ₁）/R₄ρ₄估算開(kāi)口處主氣流流速，其中C₁上一級(jí)葉輪出口速度，R₁葉輪半徑，ρ為氣流密度，密度變化不計(jì)時(shí)，公式簡(jiǎn)化為C₄=（C₁R₁ρ₁）/R₄ρ₄。然后計(jì)算主氣流徑向分速度C_4r=C₄×sinα₄，切向分速度C_4t=C₄×cosα₄。

（4）基于等環(huán)量法設(shè)計(jì)矩形變截面蝸殼作為加氣蝸殼。首選確定蝸殼安裝高度R，R≥（1.1*R₄），加氣蝸殼寬度b根據(jù)加氣前后葉輪軸向間距確定，在不增大原始機(jī)型兩級(jí)葉輪間距的基礎(chǔ)上，進(jìn)氣蝸殼寬度b應(yīng)充分利用兩級(jí)葉輪間距。然后根據(jù)公式Re=b×exp[（?G）/（360ρRbC_4t）]來(lái)計(jì)算360°環(huán)向蝸室截面的型線Re。其中，ρ為添加氣密度，G為添加氣質(zhì)量流量，G∈（10%—25%）G₀。為簡(jiǎn)化計(jì)算，建議選取45°為開(kāi)始截面，每隔45°選取一個(gè)截面到360°為止，而0°截面到45°截面中間，則每隔15°選取一個(gè)界面，型線自15°到45°處依舊使用上述公式計(jì)算的外形線，但從0°到15°中間外形線不在變化，均采用15°處截面外形線高度R（?=15°），這樣可以優(yōu)化蝸舌處的氣流流動(dòng)情況，同時(shí)降低蝸舌前后截面加工難度。蝸殼進(jìn)口截面面積與蝸室360°處截面相等，進(jìn)口長(zhǎng)度以伸出整機(jī)機(jī)殼為準(zhǔn)。如圖5所示，如有必要，可在360°截面處將進(jìn)氣流道10°—30°但不建議。

如圖3所示，從進(jìn)氣口進(jìn)氣，在主氣流葉輪1的位置上進(jìn)行加氣。

本具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的解釋，其并不是對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀完本說(shuō)明書(shū)后可以根據(jù)需要對(duì)本實(shí)施例做出沒(méi)有創(chuàng)造性貢獻(xiàn)的修改，但只要在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)都受到專利法的保護(hù)。