CN109446745B - 一种氦气压气机一维气动的设计方法 - Google Patents

一种氦气压气机一维气动的设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109446745B
CN109446745B CN201811600754.5A CN201811600754A CN109446745B CN 109446745 B CN109446745 B CN 109446745B CN 201811600754 A CN201811600754 A CN 201811600754A CN 109446745 B CN109446745 B CN 109446745B
Authority
CN
China
Prior art keywords
helium
compressor
stage
helium compressor
steps
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811600754.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109446745A (zh
Inventor
于景磊
王廷
刘震
王�琦
洪青松
张舟
汪作心
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
703th Research Institute of CSIC
Original Assignee
703th Research Institute of CSIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 703th Research Institute of CSIC filed Critical 703th Research Institute of CSIC
Priority to CN201811600754.5A priority Critical patent/CN109446745B/zh
Publication of CN109446745A publication Critical patent/CN109446745A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109446745B publication Critical patent/CN109446745B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

一种氦气压气机一维气动的设计方法，它属于压气机气动设计技术领域。本发明解决了现有的氦气压气机的气动设计不能满足氦气压气机设计效率要求的问题。本发明通过合理设计氦气压气机的各级绝热加功量总和并进行合理分配，通过计算氦气压气机的各级升温、各级前氦气总温、各级压比、各级前总压得出氦气压气机的总增压比、绝热功率、耗功功率，并确定氦气压气机沿均径气动的第一级几何尺寸和末级几何尺寸进而求得氦气压气机的通流尺寸，完成氦气压气机一维气动的设计，与现有方法相比，利用本发明的方法设计的氦气压气机的效率可以提高2％‑3％。本发明可以应用于氦气压气机气动设计技术领域。

Description

一种氦气压气机一维气动的设计方法
技术领域
本发明属于压气机气动设计技术领域，具体涉及一种氦气压气机一维气动的设计方法。
背景技术
氦气压气机设计总的原则是在规定的转速下保证压气机的流量、压比、效率满足设计要求，那么如何合理选择氦气压气机各级气动参数，并保证氦气压气机具有一定的稳定工作范围，是氦气压气机设计工作中的一项重要内容。
要考虑氦气压气机自身的稳定工作范围，喘振裕度是主要的衡量指标。具体到氦气压气机气动参数设计中，就是要监测各气动设计方案中各压缩级元件的失速流量指标，合理分配各级的负荷参数是关键。如反动度、能量头系数、流量系数选取，以及扩压因子的变化都会影响到喘振裕度，这是一项十分复杂而细致的工作。
现有的氦气压气机的一维气动设计方法虽然能够统筹兼顾经济性以及工艺性，但是氦气压气机的效率较低，即现有的氦气压气机的一维气动设计方法不能满足氦气压气机设计的高效率的要求，也难以得到较为理想的氦气压气机。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的氦气压气机的一维气动设计方法不能够满足氦气压气机设计的效率要求的问题。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种氦气压气机一维气动的设计方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、利用氦气压气机的通流压比
Figure BDA0001922432980000011
计算氦气压气机的各级绝热加功量总和，并进行合理分配；
步骤二：确定氦气压气机的级数，计算氦气压气机的各级升温、各级前氦气总温、各级压比和各级前总压，并计算氦气压气机的总增压比、绝热效率和耗功功率；
步骤三：计算氦气压气机沿均径气动的第一级几何尺寸和末级几何尺寸；
步骤四：通过步骤一至步骤三确定的参数求得氦气压气机的通流尺寸，完成氦气压气机一维气动的设计。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种氦气压气机一维气动的设计方法，本发明通过合理设计氦气压气机的各级绝热加功量总和并进行合理分配、通过计算氦气压气机的各级升温、各级前氦气总温、各级压比、各级前总压，得出氦气压气机的总增压比、绝热功率、耗功功率，并确定氦气压气机沿均径气动的第一级几何尺寸和末级几何尺寸；进而求得氦气压气机的通流尺寸，完成氦气压气机一维气动的设计，与现有方法相比，利用本发明的方法设计的氦气压气机的效率可以提高2％～3％。
附图说明
图1是本发明的一种氦气压气机一维气动的设计方法的流程图；
具体实施方式
具体实施方式一：如图1所示，本实施方式所述的一种氦气压气机一维气动的设计方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、利用氦气压气机的通流压比
Figure BDA0001922432980000021
计算氦气压气机的各级绝热加功量总和并合理分配；
步骤二：确定氦气压气机的级数，计算氦气压气机的各级升温、各级前氦气总温、各级压比和各级前总压，并计算氦气压气机的总增压比、绝热效率和耗功功率；
步骤三：计算氦气压气机沿均径气动的第一级几何尺寸和末级几何尺寸；
步骤四：通过步骤一至步骤三确定的参数求得氦气压气机的通流尺寸，完成氦气压气机一维气动的设计。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一的具体过程为：
气流通过进口段始端时的气流压力为Pa *，气流通过出口段末端时的气流压力为Pk *，根据Pa *和Pk *计算氦气压气机通流压比
Figure BDA0001922432980000022
Figure BDA0001922432980000023
利用
Figure BDA0001922432980000024
计算氦气压气机绝热加功量H0：
Figure BDA0001922432980000025
其中，H0为氦气压气机绝热加功量，k为绝热指数，
Figure BDA0001922432980000026
为进气总温，R为气体常数；
则氦气压气机的各级绝热加功量总和∑h0为：
Figure BDA0001922432980000027
其中，ηi为级平均效率，
Figure BDA0001922432980000028
为氦气压气机绝热效率。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：所述步骤二的具体过程为：
确定氦气压气机的级数，再计算各级气动参数：
氦气压气机的第i级升温
Figure BDA0001922432980000031
为：
Figure BDA0001922432980000032
式中：hs,i为第i级绝热加工量，ηs,i为第i级绝热效率，i为级数；
氦气压气机的第i级前氦气总温
Figure BDA0001922432980000033
为，其中首级根据设计要求给定：
Figure BDA0001922432980000034
氦气压气机的第i级压比
Figure BDA0001922432980000035
为：
Figure BDA0001922432980000036
氦气压气机的第i级前总压
Figure BDA0001922432980000037
为，，其中首级根据设计要求给定：
Figure BDA0001922432980000038
式中：
Figure BDA0001922432980000039
表示第i-1级前总压；
氦气压气机的总增压比
Figure BDA00019224329800000310
为：
Figure BDA00019224329800000311
氦气压气机的绝热效率
Figure BDA00019224329800000312
为：
Figure BDA00019224329800000313
式中：
Figure BDA00019224329800000314
表示氦气压气机1级前氦气总温，
Figure BDA00019224329800000315
表示氦气压气机末级氦气出口总温；
氦气压气机的耗功功率Ne为：
Figure BDA00019224329800000316
式中：表示氦气流量，
Figure BDA00019224329800000317
表示氦气总温升，ηm表示氦气压气机的机械效率。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：所述步骤三的具体过程为：
氦气压气机沿均径气动的第一级几何尺寸计算：
第一级均径处进口轴向速度为C1a，第一级动叶外径处圆周速度为U1t，第一级进口处轮毂比为d′1，计算出第一级均径的几何尺寸；
Figure BDA00019224329800000318
式中：Dt1为第一级动叶外径，n为氦气压气机转速；
Figure BDA0001922432980000041
式中：F1为进口通流面积；
Figure BDA0001922432980000042
式中：km为流量储备系数，ρ1为压气机进口静密度；
Figure BDA0001922432980000043
式中：Dh1为第一级动叶内径；
氦气压气机的第一级动叶叶高，即第一级几何尺寸L1为：
Figure BDA0001922432980000044
氦气压气机沿均径气动的末级几何尺寸计算：
末级出口的轮毂直径Dhz＝Dh1，出口轴向出气轴向速度为Cza；
Figure BDA0001922432980000045
式中：Fz为氦气压气机出口通流面积，ρz为氦气压气机出口静密度；
Figure BDA0001922432980000046
式中：Dtz为末级出口外径；
取末级出口校直叶片的总压损失系数为ζo，则出口处总压
Figure BDA0001922432980000047
为：
Figure BDA0001922432980000048
氦气压气机出口静温Tz为：
Figure BDA0001922432980000049
式中：
Figure BDA00019224329800000410
为氦气压气机出口总温，Cp为定压比热；
氦气压气机出口静压Pz为：
Figure BDA00019224329800000411
氦气压气机出口气流静密度ρz为：
Figure BDA00019224329800000412
氦气压气机出口轮毂比d′z为：
Figure BDA0001922432980000051
氦气压气机的末级叶高，即末级几何尺寸Lz为：
Figure BDA0001922432980000052
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述流量储备系数km的取值为1.01。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述末级出口校直叶片的总压损失系数ζo的取值为0.99。
本发明的上述算例仅为详细地说明本发明的计算模型和计算流程，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (3)

1.一种氦气压气机一维气动的设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、利用氦气压气机的通流压比
Figure FDA0003650358850000011
计算氦气压气机的各级绝热加功量总和；
所述步骤一的具体过程为：
气流通过进口段始端时的气流压力为
Figure FDA0003650358850000012
气流通过出口段末端时的气流压力为
Figure FDA0003650358850000013
根据
Figure FDA0003650358850000014
和
Figure FDA0003650358850000015
计算氦气压气机通流压比
Figure FDA0003650358850000016
Figure FDA0003650358850000017
再利用氦气压气机通流压比
Figure FDA0003650358850000018
计算氦气压气机绝热加功量H0：
Figure FDA0003650358850000019
其中，H0为氦气压气机绝热加功量，k为绝热指数，
Figure FDA00036503588500000110
为进气总温，R为气体常数；
则氦气压气机的各级绝热加功量总和∑h0为：
Figure FDA00036503588500000111
其中，ηi为级平均效率，
Figure FDA00036503588500000112
为氦气压气机绝热效率；
步骤二：确定氦气压气机的级数，计算氦气压气机的各级升温、各级前氦气总温、各级压比和各级前总压，并计算氦气压气机的总增压比、绝热效率和耗功功率；
所述步骤二的具体过程为：
确定氦气压气机的级数，再计算各级气动参数；
则氦气压气机的第i级升温
Figure FDA00036503588500000113
为：
Figure FDA00036503588500000114
式中：hs,i为第i级绝热加工量，ηs,i为第i级绝热效率，i为级数；
氦气压气机的第i级前氦气总温
Figure FDA00036503588500000115
为：
Figure FDA00036503588500000116
氦气压气机的第i级压比
Figure FDA00036503588500000117
为：
Figure FDA00036503588500000118
氦气压气机的第i级前总压
Figure FDA00036503588500000119
为：
Figure FDA0003650358850000021
式中：
Figure FDA0003650358850000022
表示第i-1级前总压；
氦气压气机的总增压比
Figure FDA0003650358850000023
为：
Figure FDA0003650358850000024
氦气压气机的绝热效率
Figure FDA0003650358850000025
为：
Figure FDA0003650358850000026
式中：
Figure FDA0003650358850000027
表示氦气压气机第1级前氦气总温，
Figure FDA0003650358850000028
表示氦气压气机末级氦气出口总温；
则氦气压气机的耗功功率Ne为：
Figure FDA0003650358850000029
式中：表示氦气流量，
Figure FDA00036503588500000210
表示氦气总温升，ηm表示氦气压气机的机械效率；
步骤三：计算氦气压气机沿均径气动的第一级几何尺寸和末级几何尺寸；
所述步骤三的具体过程为：
氦气压气机沿均径气动的第一级几何尺寸计算：
第一级均径处进口轴向速度为C1a，第一级动叶外径处圆周速度为U1t，第一级进口处轮毂比为d′1，计算出第一级均径的几何尺寸；
Figure FDA00036503588500000211
式中：Dt1为第一级动叶外径，n为氦气压气机转速；
Figure FDA00036503588500000212
式中：F1为进口通流面积；
Figure FDA00036503588500000213
式中：km为流量储备系数，ρ1为压气机进口静密度；
Figure FDA00036503588500000214
式中：Dh1为第一级动叶内径；
氦气压气机的第一级动叶叶高，即第一级几何尺寸L1为：
Figure FDA00036503588500000215
氦气压气机沿均径气动的末级几何尺寸计算：
末级出口的轮毂直径Dhz＝Dh1，出口轴向出气轴向速度为Cza；
Figure FDA0003650358850000031
式中：Fz为氦气压气机出口通流面积，ρz为氦气压气机出口静密度；
Figure FDA0003650358850000032
式中：Dtz为末级出口外径；
取末级出口校直叶片的总压损失系数为ζo，则出口处总压
Figure FDA0003650358850000033
为：
Figure FDA0003650358850000034
氦气压气机出口静温Tz为：
Figure FDA0003650358850000035
式中：
Figure FDA0003650358850000036
为氦气压气机出口总温，Cp为定压比热；
氦气压气机出口静压Pz为：
Figure FDA0003650358850000037
氦气压气机出口气流静密度ρz为：
Figure FDA0003650358850000038
氦气压气机出口轮毂比d′z为：
Figure FDA0003650358850000039
氦气压气机的末级叶高，即末级几何尺寸Lz为：
Figure FDA00036503588500000310
步骤四：通过步骤一至步骤三确定的参数求得氦气压气机的通流尺寸，完成氦气压气机一维气动的设计。
2.根据权利要求1所述的一种氦气压气机一维气动的设计方法，其特征在于，所述流量储备系数km的取值为1.01。
3.根据权利要求1所述的一种氦气压气机一维气动的设计方法，其特征在于，所述末级出口校直叶片的总压损失系数ζo的取值为0.99。
CN201811600754.5A 2018-12-26 2018-12-26 一种氦气压气机一维气动的设计方法 Active CN109446745B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811600754.5A CN109446745B (zh) 2018-12-26 2018-12-26 一种氦气压气机一维气动的设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811600754.5A CN109446745B (zh) 2018-12-26 2018-12-26 一种氦气压气机一维气动的设计方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109446745A CN109446745A (zh) 2019-03-08
CN109446745B true CN109446745B (zh) 2022-08-23

Family

ID=65537701

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811600754.5A Active CN109446745B (zh) 2018-12-26 2018-12-26 一种氦气压气机一维气动的设计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109446745B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110321586B (zh) * 2019-04-26 2020-08-21 四川大学 一种航空发动机偏离设计点工作状态迭代求解的取值方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107679270A (zh) * 2017-08-28 2018-02-09 西北工业大学 离心压气机优化设计方法及系统
CN108229015A (zh) * 2017-12-30 2018-06-29 中国科学院工程热物理研究所 一种高空两级涡轮增压器变工况匹配设计方法
CN108710746A (zh) * 2018-02-08 2018-10-26 哈尔滨广瀚燃气轮机有限公司 虑及舰船燃机压气机动叶片预变形影响的反扭设计方法
CN108757565A (zh) * 2018-04-13 2018-11-06 哈尔滨工程大学 一种基于缩放分析的压气机叶片端区结构

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080175703A1 (en) * 2007-01-09 2008-07-24 Sonic Blue Aerospace Electric turbine bypass fan and compressor for hybrid propulsion
CN104675510B (zh) * 2014-12-17 2017-06-06 北京航空航天大学 一种低气动惯性的快速响应高空两级涡轮增压器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107679270A (zh) * 2017-08-28 2018-02-09 西北工业大学 离心压气机优化设计方法及系统
CN108229015A (zh) * 2017-12-30 2018-06-29 中国科学院工程热物理研究所 一种高空两级涡轮增压器变工况匹配设计方法
CN108710746A (zh) * 2018-02-08 2018-10-26 哈尔滨广瀚燃气轮机有限公司 虑及舰船燃机压气机动叶片预变形影响的反扭设计方法
CN108757565A (zh) * 2018-04-13 2018-11-06 哈尔滨工程大学 一种基于缩放分析的压气机叶片端区结构

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Aerodynamic Analysis and Three-Dimensional Redesign of a Multi-Stage Axial Flow Compressor;Tao Ning 等;《Techniques of Control for Energy Optimization in Actuators, Motors and Power Generation Systems》;20160416;第1-16页 *
Influence of the volute design on performances of a centrifugal compressor;O. Dumitrescu 等;《2017 International Conference on ENERGY and ENVIRONMENT (CIEM)》;20171201;第432-436页 *
某型燃气轮机高压压气机气动优化设计;王萌;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》;20180615;C039-246 *
混流式压气机气动设计及流场分析;王廷;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》;20180315;C039-187 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109446745A (zh) 2019-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106156436A (zh) 一种可调叶片角度分级调控的压气机建模方法
CN203783965U (zh) 一种用于300mw f级重型燃气轮机的大流量高负荷轴流压气机
CN103925244A (zh) 一种用于300mw f级重型燃气轮机的大流量高负荷轴流压气机
CN107451397A (zh) 基于优化运行的冷却塔风机及调节方式精确定量优化选择方法
Louw et al. The design of an axial flow fan for application in large air-cooled heat exchangers
CN104200012B (zh) 用于比较机匣处理方案扩稳能力的方法
CN107490319A (zh) 冷却塔半调节风机全年变角优化运行方案的确定方法
CN109446745B (zh) 一种氦气压气机一维气动的设计方法
CN112974734A (zh) 一种整体成型的弯掠组合叶片的制造方法
CN109948231B (zh) 发动机热力循环参数分析方法和装置
CN103321957A (zh) 轴流通风机叶轮叶片的优化设计方法
Yang et al. Optimization Design and Experimental Study of Low‐Pressure Axial Fan with Forward‐Skewed Blades
CN113591419A (zh) 一种径流式透平机械一维设计评估及优化方法
CN109711047B (zh) 一种氦气压气机s2流面气动的设计方法
Ma et al. Effects of airfoil-probe tubes on the flow field of a compressor cascade
Chen et al. Study on the impact of fouling on axial compressor stage
CN106246459A (zh) 一种风力机导风筒
CN115455844A (zh) 一种雷诺数畸变耦合影响下的压气机性能预测方法
Mao et al. Numerical simulation of the pressure distribution in the ventilating channels with a mixed flow fan
Liu et al. Secondary flow control using endwall jet fence in a high-speed compressor cascade
Gui et al. Study on the methods of determining main geometric parameters of centrifugal fan impeller
Liang et al. Design and Performance Analysis of Blades Based on the Equal–Variable Circulation Method
CN203939528U (zh) 一种提高燃气轮机气动性能的带叶顶叶栅结构的转子叶片
CN112528397A (zh) 一种射流风机后导流器的优化设计方法
Mizumi et al. Design philosophy and methodology of a low pressure exhaust hood for a large power steam turbine

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant