152500Nm3h &160000Nm3h高能效单轴型空气透平压缩机设计报告Word格式文档下载.docx
《152500Nm3h &160000Nm3h高能效单轴型空气透平压缩机设计报告Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《152500Nm3h &160000Nm3h高能效单轴型空气透平压缩机设计报告Word格式文档下载.docx（42页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
根据杭州制氧透平机械有限公司（项目委托方）与势加透博
（北京）科技有限公司签订的“152500Nm3/h&
160000Nm3/h高能效单轴型空气透平压缩机开发合同”要求，利用经过校核的离心压气机设计系统完成了单轴4级离心压缩机方案设计、全三维叶片造型和准三维流场分析，利用经过校核的全三维CFD软件对所设计的离心压气机进行了全三维性能验算，性能完全满足设计指标要求。
二、离心压缩机气动方案设计
根据杭州制氧透平机械有限公司的要求，压缩机采用了单轴4级离心式，分段中间冷却器，降低气体的温度，节省功率。
压缩机的具体设计指标如表1—表4所示。
此外，该方案的蜗壳外形需要与现有
表1152500Nm3/h压缩机结构及参数特征
内容
要求
介质
空气
流量
152,500Nm3/h（0℃、101.3kPa（A）干）
相对湿度
62%
流量调节范围
75～105%
进口压力
95kPa（A）
进口温度
26.3℃
出口温度
≤100℃
出口压力
0.563MPa（A）
冷却水温度
32℃
级间阻力
8kpa
气动部分耗功
11,610kW
表2152500Nm3/h机组验收参数及标准
类型
项目
目标
验收标准
测试方法
验收参数
平均总对总绝
热级效率
0.865
不小于0.855
按进排气温度、压力测
试
阻塞流量∕设
计流量
1.15
不小于1.0
喘振流量∕设计流量
0.9
不大于0.92
整机功率
11,610kW
不大于
表3160000Nm3/h压缩机结构及参数特征
160,000Nm3/h（0℃、101.3kPa（A）干）
75%
98kPa（A）
30℃
0.62MPa（A）
12,490kW
表4160000Nm3/h机组验收参数及标准
203000Nm3/h机组方案蜗壳一致，机组布局示意图如图1所示；
152500Nm3/h采用现有203000Nm3/h机组的增速机，转速
5310rpm；
160000Nm3/h机组通过提升转速、切割叶轮实现。
图1152500Nm3/h压缩机组结构示意图
2.1152500Nm3/h离心压缩机组气动方案设计
利用损失模型，借助ConceptsNREC软件的COMPAL模块，分别对152500Nm3/h压缩机组4级压缩机进行优化设计，以期满足甚至超过设计要求，最终获得优化后设计点热力学计算参数如表5所
示；
四级总耗功为11483.7kW，小于11,610kW的设计要求。
表5152500Nm3/h压缩机组各级热力学性能参数
级编号
1
2
3
4
进口总压（kPa）
95
157.5
269.7
406.4
进口总温（K）
299.5
311.2
叶轮出口静压（kPa）
135.6
234.7
363.7
512.2
叶轮出口总压（kPa）
175.6
294.8
426.7
576.5
叶轮出口总温（K）
360
374.7
357
345.6
叶轮进口叶尖相对Ma
0.71
0.64
0.53
0.48
叶轮出口线速度（m/s）
322
317
277
241
蜗壳出口静压（kPa）
165
277.1
409
560
蜗壳出口总压（kPa）
167.5
281.3
415.4
564.8
蜗壳出口总温（K）
流量（kg/s）
55.9
级总总压比
1.763
1.786
1.54
1.39
级总总绝热效率
0.8665
0.8841
0.8917
0.8928
标准比转速
1.185
0.828
0.797
0.802
预留级间损失（kPa）
-
10
11.6
9
内功率（kW）
3414.5
3563.4
2574
1931.8
整机内功率（kW）
11483.7
在给定的限制条件下以效率最大化为目标对离心压缩机各个截面的主要几何参数进行筛选，确定初步得出满足设计要求的离心压气机各关键截面上的气动参数和几何尺寸。
在152500Nm3/h压缩机组设计中遵守了以下主要原则
ü
保证各段离心压缩机的长度不变以保证转子动力学特性；
保证径向尺寸基本不变以保证压缩机尺寸；
适当增加离心叶轮前后缘及最大厚度以保证离心压缩机的强度和寿命
为了减少加工制造成本，152500Nm3/h压缩机方案的蜗壳与203000Nm3/h压缩机方案的蜗壳保持一致，仅仅对离心叶轮和无叶扩压器重新设计；
a）第一级 b）第二级
c）第三级 d）第四级
图2152500Nm3/h各级压缩机子午流道
如图2给出152500Nm3/h压缩机1-4级离心压缩机的子午流道，其中第一级由5段组成，包括进口段、IGV、叶轮进口段、开式叶轮和无叶扩压器等部件；
2-4级由三段组成，主要包括了进口段、闭式叶离心叶轮、无叶扩压器等部件组成。
表6给出了该离心压缩机各级主要几何参数，其中各结构参数示意图如图3所示。
表6152500Nm3/h压缩机组各级几何参数
叶轮叶片数Z1
15
盖处进口直径DTmm）
792
694.6
583
531
盘处进口直径Dh（mm）
324
叶轮叶尖间隙（mm）
0.8
叶片出口叶片角b2A（°
）
-43
-45
-50
50
叶轮外径D2（mm）
1160
1140
1000
872
叶轮出口宽度B2（mm）
115
80.3
65.7
61
扩压器出口直径D4（mm）
970
870
840
770
扩压器出口宽度B4（mm）
100
70
60
58
IGV叶片数Z0
13
IGV机匣直径（mm）
IGV轮毂直径（mm）
270
IGV进口叶片角（°
IGV出口叶片角（°
图3压缩机结构参数示意图
2.2160000Nm3/h离心压缩机组气动方案设计
为提高机组利用效率，降低机组研发成本，160000Nm3/h压缩机组拟在152500Nm3/h压缩机组的机组上增速并加以适当切削叶轮快速研发而成，叶轮旋转速度由5310rpm增加至5450rpm，并且第一级叶轮结构不变，第二、三、四级在保证叶轮子午流道不变的前
提下进行重新设计，以确保压缩机组高效率运转，最终获得设计点热力学计算参数如表7所示；
四级总耗功为12474kW，小于12,490kW，完全满足设计要求。
表7160000Nm3/h压缩机组各级热力学性能参数
98
166.9
284
436
303.2
145
255
393
567
185
313
456
633
0.73
0.66
0.54
0.49
340
333
283
246
174.4
289
440
617
176.9
294
444
622
58.7
1.805
1.762
1.563
1.426
0.8666
0.879
0.89
0.888
10.
8
3792.3
3666.4
2808.9
2206
12473.6
三、离心压缩机详细设计
在详细设计阶段要进一步给出叶轮的详细子午流道，完成叶轮叶片造型，计算叶轮内部准三维流场并进行诊断，并反复修改叶片
流道、叶片角和叶片厚度的分布来获得合理的叶片表面气动载荷。
根据一维方案计算结果，利用ConceptsNREC软件的AxCent模
块进一步给出离心压缩机详细的子午流道，完成离心压缩机叶片造型，同时计算内部准三维流场并进行诊断，反复修改叶片流道、叶片角和叶片厚度的分布来获得合理的叶片表面载荷，完成离心压缩机的通流（包括叶片和流道）设计和造型，在此过程中对离心压缩机内部流场进行了详细的分析，经反复迭代最终完成了多级离心压缩机的详细设计。
除第一级离心叶轮采用开式全三元叶片外，其余各级均采用了闭式全三元叶片，为保证加工精度高和加工效率，降低加工成本，采用能用线接触的方法进行加工
升级会员 