IRAN1600增压机气动设计报告Word格式.docx

1、PB2 （Mpa） A0.836出口温度TB2 （K）314.45耗功NiB（KW）22.9转速rpm43000 *等熵效率%75 *表中带*说明如下：1. 计算时考虑到转速随进口流量会发生改变（可参考涡轮增压器）二、设计分析2. 等熵效率 75%为工程运行保证值该压气机用于制氧用膨胀机上面的增压端，叶轮转速由膨胀机确定。膨胀机也是叶轮机械， 在驱动压气机时，转速会随工况变化，自动达到平衡状态。所以设计时，对转速的限制低于电 机驱动的压气机，允许在小范围变化。设计时，不用对压气机压比预留较大的余量。该压气机是改型机组，需要保持原机型的铸件不变，所以受到较大的几何限制，子午面不 允许与原机型有较

2、大的变化。由于只修改叶轮，蜗壳保持不变，所以需要对蜗壳进行专门分析， 获得原蜗壳设计工况进气角度。三、一维设计通过对原蜗壳的分析发现，原蜗壳设计工况进气角度约 59。蜗壳进气角度大于设计值时，损失上升速度小于进气角度小于设计值的情况，所以叶轮设计时，选择了 60的出口气流角作为设计目标。一维设计结果见表 2。表 2 压气机子午面几何尺寸名称单位数值进口叶根半径mm14.25进口叶尖半径28.8叶轮轴向长度18.5叶轮出口半径46叶轮出口宽度5.8扩压器出口半径（蜗壳进口半径）77.5扩压器出口宽度5.5转速rpm43000叶片数13后弯角50三、三维详细设计一维设计完成后，结合 CFD 软件，

3、对子午面型线分布和叶片角度分布进行了设计和优化。考虑到不确定采用整体直接铣制，还是焊接轮盖，所以采用了直纹面叶片，并在三维建模软件中进行了优化，提升叶片加工质量。为了获得较大的流量范围和高效区范围，采用了大后弯叶轮。叶片形状见图 1，叶片几何数据见电子版的叶轮三维模型和附表二。叶轮子午面型线坐标见附表一。9图 1 叶轮三维模型四、设计工况 CFD 分析4.1 计算网格与边界条件整周叶轮加蜗壳计算几何模型见图 2，网格数和设计工况边界条件见表 3。表 3 网格数与设计工况边界条件叶轮网格数5687110蜗壳网格数1232803湍流模型k-Epsilon叶轮与扩压器表面粗糙度Ra=3.2蜗壳内表面

4、粗糙度Ra=12.5进口总压0.6683MPa进口总温289K出口静压0.84MPa43000RPM图 2 叶轮加蜗壳组合计算几何模型4.2 设计工况 CFD 计算结果子午面静压分布见图 3。图中显示叶轮和扩压器中静压分布均匀，满足性能要求。叶片表面静压分布见图 4。图中显示，叶片表面静压分布均匀上升，前缘位置静压分布曲线分得较开， 没有出现交叉，说明叶轮处于正攻角状态。该压气机压比较低，适宜采用相对较大的正攻角， 这有利于拓宽流量范围。图 3 叶轮子午面静压分布图 4 叶片表面静压分布图 5、6、7 分别是 10%、50%、90%叶片高度回转面马赫数分布。图中显示，叶片进口三角区马赫数低于

5、0.6，无激波损失。叶尖中部吸力面存在一较小的低速区，这是由于二次流堆积引起的。该区域范围较小，并且没有沿着叶片方向继续发展，说明二次流堆积程度不严重，属于正常现象。图 8、9、10 分别是 10%、50%、90%叶片高度回转面速度矢量分布，图中显示，叶片表面无气流分离，流场分布较好。图 5 90%叶片高度马赫数分布图 6 50%叶片高度马赫数分布图 7 10%叶片高度马赫数分布图 8 90%叶片高度速度矢量分布 图 9 50%叶片高度速度矢量分布图 10 10%叶片高度速度矢量分布图 11 叶尖间隙泄漏流流线分布图 18 蜗壳流道表面静压分布五、压气机性能预估图 11 是蜗壳流道表面静压分布

6、，图中显示蜗壳内静压分布均匀，能使机组获得较大的流量覆盖范围和高效区，说明叶轮设计满足蜗壳的要求，与蜗壳匹配较好。图 12 是 CFD 计算的压气机性能曲线（计算结果数据见附表三）。转速 43000rpm 时，压比略高于设计要求。设计工况等熵效率接近 85%。计算时虽然考虑了表面粗糙度的影响，但是没有考虑进口轮盖密封的泄露，所以压气机实际效率比计算值低大约 2%。预计压气机设计工况效率约 83%，高于设计要求值。压气机喘振点流量约为设计流量的 50%，流量范围大于设计要求，能很好的满足使用要求。#0.压比#,#0.00;Re31-#,#0.Re31-#,#0.46000设计工况Re31-#,#

7、0.43000Re31-#,#0.40000828480Re31-#,#360007500.10.20.30.40.50.60.70.80.911.11.流量图 12 压气机 MAP 图六、结论1. 在考虑叶轮和蜗壳流道表面粗糙度的情况下，压气机计算效率接近 85%，考虑轮盖泄露后约 83%，高于要求值；2. 喘振点流量约为设计工况的 50%，小于设计要求的 70%，能很好的满足使用要求。七、附表附表一 叶轮子午面型线坐标叶根叶尖ZR-11.6-18.5-11.093114.5535-18.115428.8714-10.596114.873-17.732228.9505-10.109715.2

8、082-17.350729.037-9.6343115.559-16.97129.1313-9.170515.925-16.593329.2334-8.7187516.3057-16.217929.3437-8.2794416.7008-15.845129.4623-7.8529517.1096-15.475229.5894-7.4395717.5317-15.108329.7253-7.0395317.9665-14.744929.8701-6.65318.4133-14.385230.0241-6.2801118.8716-14.029730.1874-5.920919.3406-13.6

9、78830.3603-5.5753619.8199-13.332730.5428-5.2434420.3086-12.99230.7351-4.9250320.8063-12.657130.9373-4.6199821.3123-12.328531.1495-4.328121.8259-12.006531.3717-4.0491722.3468-11.691631.6039-3.7828922.8742-11.384331.846-3.5290723.4077-11.084932.0979-3.2873923.9468-10.79432.3594-3.0574124.491-10.511832

10、.6304-2.8389825.04-10.238832.9105-2.6316825.5932-9.9750933.1995-2.4351726.1504-9.7210433.4971-2.2491326.7112-9.4768333.8027-2.0731927.2752-9.2425734.116-1.9070327.8422-9.0183434.4366-1.750328.4118-8.8041734.764-1.6026528.9839-8.635.0977-1.4637729.5582-8.4057435.4373-1.3333630.1344-8.2212535.7823-1.2

11、11130.7124-8.0463336.1322-1.0966131.2921-7.880836.4867-0.9895231.8731-7.7242836.8452-0.8895132.4554-7.5763537.2074-0.7965133.0388-7.4369837.573-0.7105533.6234-7.3062437.9417-0.6308234.2088-7.1831938.3131-0.5568934.795-7.0671338.6867-0.4887635.3819-6.9580839.0624-0.4263135.9694-6.8558939.44-0.3692336.5574-6.7600839.8194-0.3172137.146-6.6701840.2001-0.2700237.7349-6.5858340.5821-0.2274438.3242-6.506740.9653-0.1892738.9138-6.4324341.3494-0.1552839.5036-6.3626941.7343