CN105402168B - 轴流压气机中可转导叶的设计方法 - Google Patents
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Abstract
轴流压气机中可转导叶的设计方法，本发明涉及一种可转导叶的设计方法。本发明为了解决全部导叶可转的轴流压气机机组设计制造复杂、调节控制复杂的问题。本发明首先根据轴流压气机整机压比、轴流压气机相对转速或者轴流压气机设计要求的流量调节变化率设计可转导叶的列数；确定可转导叶列数后，确定具体可转导叶；然后针对设计的可转导叶的列数和具体可转导叶设计具体可转导叶的转角规律；最后设计转角比。本发明适用于轴流压气机的设计制造。
Description
技术领域
本发明涉及一种可转导叶的设计方法。
背景技术
高压比、大流量、高效率的轴流压气机，要求流量变化范围大，稳定运行范围宽，高效率区域广，压比安全余度大等。但是，轴流压气机在偏离设计状态时，气体的容积流量与通流尺寸、叶片安装角等不适应，使得叶栅流道内产生气流分离，机组运行状态恶化，甚至产生不稳定工况，影响机组的正常工作。针对以上问题，目前采用以下方法进行流量的调节。
一、采用改变转速的方法实现对流量的调节，但是这种调节手段是有限的。
二、采用全部导叶可转的轴流压气机，虽然采用这种方式进行流量调节的手段比较有效，但是这种机组设计制造复杂、成本高、维护维修以及调节控制都很复杂。
发明内容
本发明为了解决全部导叶可转的轴流压气机机组设计制造复杂、调节控制复杂的问题。
轴流压气机中可转导叶的设计方法，包括以下步骤：
步骤1、设计可转导叶的列数：
从启动加速以及防喘振等方面来看，选择前面几级导叶可转是最有效的；从以下几个方面考虑；
(1)根据轴流压气机整机压比设计可转导叶列数：
按照可转导叶列数随着轴流压气机整机压比的增加而增加的规律设计可转导叶列数；
(2)根据轴流压气机相对转速设计可转导叶列数：
按照可转导叶列数随着轴流压气机相对转速的增加而减小的规律设计可转导叶列数；
(3)根据轴流压气机设计要求的流量调节变化率设计可转导叶列数：
按照可转导叶列数随着流量调节变化率增加而增加的规律设计可转导叶列数；
在所述(1)、(2)或(3)的设计规律中，由于流量调节变化率是决定可转导叶列数最主要的因素，所以优先考虑(3)设计规律，同时结合具体生产工艺、设计制造成本、产品系列化因素综合考虑进行设计；
步骤2、确定可转导叶列数后，按照以下规律确定具体可转导叶：
当设计一列导叶可转时：设计进口导叶可转；
当设计二列导叶可转时：设计进口、1级可转；
当设计三列导叶可转时：设计进口、1级、2级可转；
当设计四列导叶可转时：设计进口、1级、2级、3级可转；
当设计五列导叶可转时：设计进口、1级、2级、3级、4级可转；
当设计六列导叶可转时：设计进口、1级、2级、3级、4级、5级可转；
当设计七列导叶可转时：设计进口、1级、2级、3级、4级、5级、6级可转；
依次按此规律，继续设计八列以上导叶可转时的具体可转导叶。
本发明具有以下有益效果：
本发明是采用部分导叶可转代替全部导叶可转，而不是全部导叶可转，这样大大降低了设计制造成本，而且结构简单、零部件少，相比全部导叶可转的轴流压气机机组，本发明导叶设计制造成本降低50％以上。而且采用本发明设计制造的设备维护维修简便、调节控制简单，提高了设备的安全性和可靠性，能够保证压气机在变工况下能既能满足用户对风量风压变化量的要求，同时又能安全运行。
用本发明设计方法制造的轴流压气机在偏离设计状态时，机组也能够正常稳定运转，也能够在一定程度上解决压气机低转速区的启动和加速问题、中转速区喘振问题。
附图说明
图1为具体实施方式一的步骤流程示意图；
图2为具体实施方式二的步骤流程示意图；
图3为具体实施方式三的步骤流程示意图。
具体实施方式
首先对三个参数进行说明：
(一)转角比
式中：为进口导叶转角；
为第i列导叶转角；
(二)总流量变化率ΔQ
ΔQ表示在某一转角比下，进口导叶转角为时所引起的流量变化值Q-Q0占基准流量Q0的百分数；Q为总流量；
(三)流量调节有效率EG
EG表示在某一转角比下，进口导叶角每转1°所引起的流量相对变化率。
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，
本实施方式所述的轴流压气机中可转导叶的设计方法，包括以下步骤：
步骤1、设计可转导叶的列数：
从启动加速以及防喘振等方面来看，选择前面几级导叶可转是最有效的；从以下几个方面考虑；
(1)根据轴流压气机整机压比设计可转导叶列数：
按照可转导叶列数随着轴流压气机整机压比的增加而增加的规律设计可转导叶列数；
(2)根据轴流压气机相对转速设计可转导叶列数：
按照可转导叶列数随着轴流压气机相对转速的增加而减小的规律设计可转导叶列数；
(3)根据轴流压气机设计要求的流量调节变化率设计可转导叶列数：
按照可转导叶列数随着流量调节变化率增加而增加的规律设计可转导叶列数；
在所述(1)、(2)或(3)的设计规律中，由于流量调节变化率是决定可转导叶列数最主要的因素，所以优先考虑(3)设计规律，同时结合具体生产工艺、设计制造成本、产品系列化因素综合考虑进行设计；
步骤2、确定可转导叶列数后，按照以下规律确定具体可转导叶：
当设计一列导叶可转时：设计进口导叶可转；
当设计二列导叶可转时：设计进口、1级可转；
当设计三列导叶可转时：设计进口、1级、2级可转；
当设计四列导叶可转时：设计进口、1级、2级、3级可转；
当设计五列导叶可转时：设计进口、1级、2级、3级、4级可转；
当设计六列导叶可转时：设计进口、1级、2级、3级、4级、5级可转；
当设计七列导叶可转时：设计进口、1级、2级、3级、4级、5级、6级可转；
依次按此规律，继续设计八列以上导叶可转时的具体可转导叶。
具体实施方式二：结合图2说明本实施方式，
本实施方式所述的轴流压气机中可转导叶的设计方法，还包括以下步骤：
步骤3、设计具体可转导叶的转角规律：
当设计二列导叶可转时，即设计进口、1级可转时；采用降调规律；
当设计三列导叶可转时，即设计进口、1级、2级可转时；采用降调规律；
当设计四列导叶可转时，即设计进口、1级、2级、3级可转时；采用降调或平调规律；
当设计五列导叶可转时，即设计进口、1级、2级、3级、4级可转时；采用降调、平调或超调规律；
当设计六列导叶可转时，即设计进口、1级、2级、3级、4级、5级可转时；采用降调、平调或超调规律；
当设计七列导叶可转时，即设计进口、1级、2级、3级、4级、5级、6级可转时；采用降调、平调或超调规律；
依次按此规律，继续设计八列以上可转导叶的转角规律。
平调规律的流量调节变化率比降调的要小，但是对压比、效率的负面影响也要小；
超调规律的流量调节变化范围最大，对流量的调节最有效，但是这种规律对压比、效率的负面影响也是最大的；具体设计时，可以根据机组的具体设计要求来选择平调规律、降调规律还是超调规律；
另外，转角变化梯度也会对流量调节变化率、有效率、压比、效率等参数有影响。
其它步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图3说明本实施方式，
本实施方式所述的轴流压气机中可转导叶的设计方法，还包括以下步骤：
步骤4、根据已经确定的可转导叶列数和转角规律设计转角比：
(1-1)当二列导叶可转、采用降调规律时：进口可转导叶的转角比为1.0，1级可转导叶的转角比为0.90-0.97；
(1-2)当三列导叶可转、采用降调规律时：进口可转导叶的转角比为1.0，1级可转导叶的转角比为0.90-0.97，2级可转导叶的转角比为0.80-0.94；
(1-3)当四列导叶可转、采用降调规律时：进口可转导叶的转角比为1.0，1级可转导叶的转角比为0.90-0.97，2级可转导叶的转角比为0.80-0.94，3级可转导叶的转角比为0.70-0.91；
(1-4)当五列导叶可转、采用降调规律时：进口可转导叶的转角比为1.0，1级可转导叶的转角比为0.90-0.97，2级可转导叶的转角比为0.80-0.94，3级可转导叶的转角比为0.70-0.91，4级可转导叶的转角比为0.60-0.88；
(1-5)当六列导叶可转、采用降调规律时：进口可转导叶的转角比为1.0，1级可转导叶的转角比为0.90-0.97，2级可转导叶的转角比为0.80-0.94，3级可转导叶的转角比为0.70-0.91，4级可转导叶的转角比为0.60-0.88，5级可转导叶的转角比为0.50-0.85；
(1-6)当七列导叶可转、采用降调规律时：进口可转导叶的转角比为1.0，1级可转导叶的转角比为0.90-0.97，2级可转导叶的转角比为0.80-0.94，3级可转导叶的转角比为0.70-0.91，4级可转导叶的转角比为0.60-0.88，5级可转导叶的转角比为0.50-0.85，6级可转导叶的转角比为0.40-0.82；
(2-1)当四列导叶可转、采用平调规律时：进口可转导叶的转角比为1.0，1级可转导叶的转角比为0.90-0.97，2级可转导叶的转角比为0.80-0.94，3级可转导叶的转角比为0.70-0.91；
(2-2)当五列导叶可转、采用平调规律时：进口可转导叶的转角比为1.0，1级可转导叶的转角比为0.90-0.97，2级可转导叶的转角比为0.80-0.94，3级可转导叶的转角比为0.70-0.91，4级可转导叶的转角比为0.60-0.88；
(2-3)当六列导叶可转、采用平调规律时：进口可转导叶的转角比为1.0，1级可转导叶的转角比为0.90-0.97，2级可转导叶的转角比为0.80-0.94，3级可转导叶的转角比为0.70-0.91，4级可转导叶的转角比为0.60-0.88，5级可转导叶的转角比为0.60-0.85；
(2-4)当七列导叶可转、采用平调规律时：进口可转导叶的转角比为1.0，1级可转导叶的转角比为0.90-0.97，2级可转导叶的转角比为0.80-0.94，3级可转导叶的转角比为0.70-0.91，4级可转导叶的转角比为0.60-0.88，5级可转导叶的转角比为0.60-0.85，6级可转导叶的转角比为0.60-0.85；
(3-1)当五列导叶可转、采用超调规律时：进口可转导叶的转角比为1.0，1级可转导叶的转角比为0.94，2级可转导叶的转角比为0.87-0.88，3级可转导叶的转角比为0.81-0.82，4级可转导叶的转角比为0.75-0.76；
(3-2)当六列导叶可转、采用超调规律时：进口可转导叶的转角比为1.0，1级可转导叶的转角比为0.94，2级可转导叶的转角比为0.87-0.88，3级可转导叶的转角比为0.81-0.82，4级可转导叶的转角比为0.75-0.76，5级可转导叶的转角比为0.72-0.75；
(3-3)当七列导叶可转、采用超调规律时：进口可转导叶的转角比为1.0，1级可转导叶的转角比为0.94，2级可转导叶的转角比为0.87-0.88，3级可转导叶的转角比为0.81-0.82，4级可转导叶的转角比为0.75-0.76，5级可转导叶的转角比为0.72-0.75，6级可转导叶的转角比为0.76-0.81。
其它步骤和参数与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：
本实施方式所述步骤1所述的根据轴流压气机整机压比设计可转导叶列数的具体的设计规则如下：
当轴流压气机整机压比为6-8时，可转导叶列数为3-4列；
当轴流压气机整机压比为9-12时，可转导叶列数为4-5列；
当轴流压气机整机压比为13-20时，可转导叶列数为5-6列。
其它步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：
本实施方式步骤1所述的根据轴流压气机整机压比设计可转导叶列数还包括以下规则：
当轴流压气机整机压比确定以后，对应的可转导叶列数为对应的是选择范围，当叶栅负荷较低时，可转导叶列数选择下限值；当叶栅负荷较高时，可转导叶列数选择上限值。
如：当轴流压气机整机压比为6-8时，可转导叶列数为3-4列；当叶栅负荷较低时，可转导叶列数选择下限值3；当叶栅负荷较高时，可转导叶列数选择上限值4。
其它步骤和参数与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：
本实施方式步骤1所述的根据轴流压气机相对转速设计可转导叶列数的具体的设计规则如下：
当轴流压气机相对转速为1.0时，可转导叶列数为0列；
当轴流压气机相对转速为0.9时，可转导叶列数为2列；
当轴流压气机相对转速为0.8时，可转导叶列数为4列；
当轴流压气机相对转速为0.7时，可转导叶列数为5列；
当轴流压气机相对转速为0.6时，可转导叶列数为6列。
其它步骤和参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：
本实施方式步骤1所述的根据轴流压气机设计要求的流量调节变化率设计可转导叶列数的具体的设计规则如下：
当流量调节变化率为10％～13％时，可转导叶列数为1列；
当流量调节变化率为10％～29％时，可转导叶列数为2列；
当流量调节变化率为10％～36％时，可转导叶列数为3列；
当流量调节变化率为10％～41％时，可转导叶列数为4列；
当流量调节变化率为10％～45％时，可转导叶列数为5列；
当流量调节变化率为10％～48％时，可转导叶列数为6列；
当流量调节变化率为10％～50％时，可转导叶列数为7列；
当流量调节变化率为10％～58％时，可转导叶列数为16列。
其它步骤和参数与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：
本实施方式步骤1所述的根据轴流压气机设计要求的流量调节变化率设计可转导叶列数的具体的设计规则还包括：
根据可转导叶列数确定流量调节有效率：
可转导叶列数为1列时，对应的流量调节有效率为0.376％/1°；
可转导叶列数为2列时，对应的流量调节有效率为0.875％/1°；
可转导叶列数为3列时，对应的流量调节有效率为1.078％/1°；
可转导叶列数为4列时，对应的流量调节有效率为1.226％/1°；
可转导叶列数为5列时，对应的流量调节有效率为1.344％/1°；
可转导叶列数为6列时，对应的流量调节有效率为1.4％/1°；
可转导叶列数为7列时，对应的流量调节有效率为1.507％/1°；
可转导叶列数为16列时，对应的流量调节有效率为1.694％/1°。
其它步骤和参数与具体实施方式七相同。
Claims (4)
1.轴流压气机中可转导叶的设计方法，其特征在于其包括以下步骤：
步骤1、设计可转导叶的列数：
(1)根据轴流压气机整机压比设计可转导叶列数：
按照可转导叶列数随着轴流压气机整机压比的增加而增加的规律设计可转导叶列数；
(2)根据轴流压气机相对转速设计可转导叶列数：
按照可转导叶列数随着轴流压气机相对转速的增加而减小的规律设计可转导叶列数；
(3)根据轴流压气机设计要求的流量调节变化率设计可转导叶列数：
按照可转导叶列数随着流量调节变化率增加而增加的规律设计可转导叶列数；
步骤2、确定可转导叶列数后，按照以下规律确定具体可转导叶：
当设计一列导叶可转时：设计进口导叶可转；
当设计二列导叶可转时：设计进口、1级可转；
当设计三列导叶可转时：设计进口、1级、2级可转；
当设计四列导叶可转时：设计进口、1级、2级、3级可转；
当设计五列导叶可转时：设计进口、1级、2级、3级、4级可转；
当设计六列导叶可转时：设计进口、1级、2级、3级、4级、5级可转；
当设计七列导叶可转时：设计进口、1级、2级、3级、4级、5级、6级可转；
依次按此规律，继续设计八列以上导叶可转时的具体可转导叶；
步骤3、设计具体可转导叶的转角规律：
当设计二列导叶可转时，即设计进口、1级可转时；采用降调规律；
当设计三列导叶可转时，即设计进口、1级、2级可转时；采用降调规律；
当设计四列导叶可转时，即设计进口、1级、2级、3级可转时；采用降调或平调规律；
当设计五列导叶可转时，即设计进口、1级、2级、3级、4级可转时；采用降调、平调或超调规律；
当设计六列导叶可转时，即设计进口、1级、2级、3级、4级、5级可转时；采用降调、平调或超调规律；
当设计七列导叶可转时，即设计进口、1级、2级、3级、4级、5级、6级可转时；采用降调、平调或超调规律；
依次按此规律，继续设计八列以上可转导叶的转角规律；
步骤4、根据已经确定的可转导叶列数和转角规律设计转角比：
(1-1)当二列导叶可转、采用降调规律时：进口可转导叶的转角比为1.0，1级可转导叶的转角比为0.90-0.97；
(1-2)当三列导叶可转、采用降调规律时：进口可转导叶的转角比为1.0，1级可转导叶的转角比为0.90-0.97，2级可转导叶的转角比为0.80-0.94；
(1-3)当四列导叶可转、采用降调规律时：进口可转导叶的转角比为1.0，1级可转导叶的转角比为0.90-0.97，2级可转导叶的转角比为0.80-0.94，3级可转导叶的转角比为0.70-0.91；
(1-4)当五列导叶可转、采用降调规律时：进口可转导叶的转角比为1.0，1级可转导叶的转角比为0.90-0.97，2级可转导叶的转角比为0.80-0.94，3级可转导叶的转角比为0.70-0.91，4级可转导叶的转角比为0.60-0.88；
(1-5)当六列导叶可转、采用降调规律时：进口可转导叶的转角比为1.0，1级可转导叶的转角比为0.90-0.97，2级可转导叶的转角比为0.80-0.94，3级可转导叶的转角比为0.70-0.91，4级可转导叶的转角比为0.60-0.88，5级可转导叶的转角比为0.50-0.85；
(1-6)当七列导叶可转、采用降调规律时：进口可转导叶的转角比为1.0，1级可转导叶的转角比为0.90-0.97，2级可转导叶的转角比为0.80-0.94，3级可转导叶的转角比为0.70-0.91，4级可转导叶的转角比为0.60-0.88，5级可转导叶的转角比为0.50-0.85，6级可转导叶的转角比为0.40-0.82；
(2-1)当四列导叶可转、采用平调规律时：进口可转导叶的转角比为1.0，1级可转导叶的转角比为0.90-0.97，2级可转导叶的转角比为0.80-0.94，3级可转导叶的转角比为0.70-0.91；
(2-2)当五列导叶可转、采用平调规律时：进口可转导叶的转角比为1.0，1级可转导叶的转角比为0.90-0.97，2级可转导叶的转角比为0.80-0.94，3级可转导叶的转角比为0.70-0.91，4级可转导叶的转角比为0.60-0.88；
(2-3)当六列导叶可转、采用平调规律时：进口可转导叶的转角比为1.0，1级可转导叶的转角比为0.90-0.97，2级可转导叶的转角比为0.80-0.94，3级可转导叶的转角比为0.70-0.91，4级可转导叶的转角比为0.60-0.88，5级可转导叶的转角比为0.60-0.85；
(2-4)当七列导叶可转、采用平调规律时：进口可转导叶的转角比为1.0，1级可转导叶的转角比为0.90-0.97，2级可转导叶的转角比为0.80-0.94，3级可转导叶的转角比为0.70-0.91，4级可转导叶的转角比为0.60-0.88，5级可转导叶的转角比为0.60-0.85，6级可转导叶的转角比为0.60-0.85；
(3-1)当五列导叶可转、采用超调规律时：进口可转导叶的转角比为1.0，1级可转导叶的转角比为0.94，2级可转导叶的转角比为0.87-0.88，3级可转导叶的转角比为0.81-0.82，4级可转导叶的转角比为0.75-0.76；
(3-2)当六列导叶可转、采用超调规律时：进口可转导叶的转角比为1.0，1级可转导叶的转角比为0.94，2级可转导叶的转角比为0.87-0.88，3级可转导叶的转角比为0.81-0.82，4级可转导叶的转角比为0.75-0.76，5级可转导叶的转角比为0.72-0.75；
(3-3)当七列导叶可转、采用超调规律时：进口可转导叶的转角比为1.0，1级可转导叶的转角比为0.94，2级可转导叶的转角比为0.87-0.88，3级可转导叶的转角比为0.81-0.82，4级可转导叶的转角比为0.75-0.76，5级可转导叶的转角比为0.72-0.75，6级可转导叶的转角比为0.76-0.81。
2.根据权利要求1所述的轴流压气机中可转导叶的设计方法，其特征在于步骤1所述的根据轴流压气机整机压比设计可转导叶列数的具体的设计规则如下：
当轴流压气机整机压比为6-8时，可转导叶列数为3-4列；
当轴流压气机整机压比为9-12时，可转导叶列数为4-5列；
当轴流压气机整机压比为13-20时，可转导叶列数为5-6列。
3.根据权利要求2所述的轴流压气机中可转导叶的设计方法，其特征在于步骤1所述的根据轴流压气机整机压比设计可转导叶列数还包括以下规则：
当轴流压气机整机压比确定以后，对应的可转导叶列数为对应的是选择范围，当叶栅负荷较低时，可转导叶列数选择下限值；当叶栅负荷较高时，可转导叶列数选择上限值。
4.根据权利要求1所述的轴流压气机中可转导叶的设计方法，其特征在于步骤1所述的根据轴流压气机相对转速设计可转导叶列数的具体的设计规则如下：
当轴流压气机相对转速为1.0时，可转导叶列数为0列；
当轴流压气机相对转速为0.9时，可转导叶列数为2列；
当轴流压气机相对转速为0.8时，可转导叶列数为4列；
当轴流压气机相对转速为0.7时，可转导叶列数为5列；
当轴流压气机相对转速为0.6时，可转导叶列数为6列。
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