CN114542515B - 一种串联进口可调导叶机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种串联进口可调导叶机构，包括外壳、轮毂、进气室导流锥以及可调导叶，轮毂设置在外壳内，进气室导流锥设置在轮毂朝向进风口一端的端部，外壳和轮毂之间形成进气室，可调导叶设置在外壳上并位于进气室内；可调导叶包括第一排可调导叶和第二排可调导叶，第一排可调导叶和第二排可调导叶在进气室内沿轮毂的轴线间隔设置。本发明公开的串联进口可调导叶机构，通过两级可调导叶可以降低入口气流角，进而降低了气流流经导叶的总压损失，提高了离心压缩机的工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及叶轮机械技术领域，具体涉及串联进口可调导叶机构。
背景技术
当今社会，离心压缩机在国防科技领域发挥着越来越重要的作用，它也是航海、能源、化工、压缩空气储能等领域的重要部件。离心压缩机的进气室一般有轴向进气室和径向进气室，由于两种结构具有不同的优点，故两种结构均取得了较为广泛的应用。为了拓宽离心压缩机稳定运行工况裕度，增加离心压缩机非设计工况运行效率，在离心压缩机叶轮上游流场引入了可调导叶机构，产生气流预旋，可以在很大程度上拓宽离心压缩机稳定运行裕度，但是可调导叶机构在较大的安装角时，在导叶吸力面极容易发生流动分离，以及由于通流面积的突变造成的节流损失。
发明内容
本发明提出了一种串联进口可调导叶机构，解决了现有的离心压缩机在较大安装角时流动损失大造成离心压缩机在非设计工况下的运行效率低的问题。
本发明采用的技术手段如下：
一种串联进口可调导叶机构，包括外壳、轮毂、进气室导流锥以及可调导叶，所述轮毂设置在所述外壳内，所述进气室导流锥设置在所述轮毂朝向进风口一端的端部，所述外壳和轮毂之间形成进气室，所述可调导叶设置在所述外壳上并位于所述进气室内；所述可调导叶包括第一排可调导叶和第二排可调导叶，所述第一排可调导叶和所述第二排可调导叶在所述进气室内沿轮毂的轴线间隔设置。
进一步地，在离心压缩机工作时，所述第一排可调导叶的旋转角度与所述第二排可调导叶的旋转角度的比值为0.4-0.6。
进一步地，在所述第一排可调导叶和所述第二排可调导叶均处于0度攻角时，所述第一排可调导叶的尾缘距离所述第二排可调导叶的前缘的轴向长度大于7％的第一排可调导叶的导叶弦长。
进一步地，所述第一排可调导叶和所述第二排可调导叶的导叶为平板导叶、对称导叶或S型中弧线导叶。
进一步地，所述第一排可调导叶的导叶个数与所述第二排可调导叶的导叶个数互为质数。
进一步地，还包括设置在所述轮毂上位于所述第一排导叶前端的导流罩。
与现有技术比较，本发明所述的串联进口可调导叶机构具有以下有益效果：由于设置了两级可调导叶结构，通过两级可调导叶可以降低入口气流角，进而降低了气流流经导叶的总压损失，提高了离心压缩机的工作效率。
附图说明
图1为本发明公开的串联进口可调导叶机构的结构图；
图2为本发明公开的可调导叶的一种结构示意图；
图3为图2的主视图；
图4a为现有的单级可调导叶在40°预旋角时出口压力损失云图；
图4b为本发明公开的串联进口可调导叶机构在40°预旋角时出口压力损失云图；
图5a为现有的单级可调导叶在60°预旋角时出口压力损失云图；
图5b为本发明公开的串联进口可调导叶机构在60°预旋角时出口压力损失云图。
图中：1、外壳，2、轮毂，3、进气室导流锥，4、进气室，5、第一排可调导叶，6、第二排可调导叶。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示为本发明公开的串联进口可调导叶机构，包括外壳1、轮毂2、进气室导流锥3以及可调导叶，所述轮毂2设置在所述外壳1内，所述进气室导流锥3设置在所述轮毂2朝向进风口A一端的端部，图中箭头B为出风方向，所述外壳1和轮毂2之间形成进气室4，所述可调导叶设置在所述外壳1上并位于所述进气室4内；所述可调导叶包括第一排可调导叶5和第二排可调导叶6，所述第一排可调导叶5和所述第二排可调导叶6在所述进气室4内沿轮毂2的轴线间隔设置，第一排可调导叶和第二排可调导叶均具有多个导叶叶片，多个导叶叶片在外壳上沿周向布置，可调导叶在可调导叶驱动装置的驱动下可以打开或关闭，以便于外界气体进入或阻挡外界气体进入。
离心压缩机运行过程中，当离心压缩机在非设计工况运行时，为了增加离心压缩机的非设计工况的效率，或者增大离心压缩机稳定运行裕度，一般在离心压缩机的进口设置可调导叶，以用于在离心压缩机运行过程中产生气流预旋，从而达到拓宽离心压缩机稳定运行工况，以及达到提高离心压缩机非设计点的工作效率的目的。然而，在近堵塞、近失速工况运行时，要求可调导叶具有较大的安装角，但是大的安装角总能造成导叶吸力面产生较大的气体流动分离，研究证明，当导叶向正预旋转动时，压缩机特性曲线向着小流量方向移动，当可调导叶向着负预旋转动时，压缩机性能曲线向着大流量方向移动。因此，在实际运行过程中，当导叶在较大安装角位置时，气流流经导叶必定会产生较大的流动损失。为了降低气流流经导叶的总压损失，本发明中，在进气室中设置两排可调导叶，通过保证进口可调导叶在较大的预旋角时，首先由第一排可调导叶让进入进气室的气流具有一定的预旋，当气流流经第二排可调导叶的叶片时再产生一定的预旋，进而减少了气流直接经过第二排导叶的叶片由于气流折转角过大而造成的流动分离过大，而产生较大的流动损失。
如图4a、图4b、图5a和图5b所示分别为对现有的离心压缩机与本发明公开的离心压缩机在不同安装角情况下的进行出口总压损失的分析云图，对现有的单级可调导叶及本发明的两级可调导叶通道通过ANSYS中的CFX软件进行数值模拟计算；其物理模型如图1所示，单级导叶共有12个导叶，串联导叶共有24个导叶，前后各12个。轮毂直径110mm，机匣直径340mm，叶高115mm；导叶各个截面均为对称叶型，且沿径向方向其边界条件如下：模拟中湍流度设置为5％，总能方程，参考压力为一个大气压，设置进口速度：34m/s；进口总温300K墙面设置边界绝热无滑移，选用SST模型。
经仿真计算本发明公开的离心压缩机的第二排导叶在40°和60°攻角时导叶通道流场，分析发现当采用本发明的串联式导叶时，导叶的预旋角度在40°时，出口截面总压损失系数由原来的0.58降低到0.23；导叶的预旋角度在60度时出口截面的总压损失系数由原来的2.4降低到0.85；取得了很好的效果；本发明合理的减少了压缩机进口可调导叶的总压损失，能在一定程度上提高压缩机的效率。
进一步地，在离心压缩机工作时并需要在较大气流预旋角时，所述第一排可调导叶的旋转角度与所述第二排可调导叶的旋转角度的比值为0.4-0.6。为了节约能源，离心压缩机在根据下游用户的用气的需求量的不同，实时调整自己的运行工况，一般用户的用气需求在很大范围内波动，这就需要离心压缩机的运行工况能够在很大范围内运行，但是在没有加装可调导叶时，压缩机的工况可调节范围都比较小，容易发生堵塞、失速等极端工况，可调导叶可以扩展堵塞和失速裕度，且在非设计工况运行时能够提高压缩机效率。故在离心压缩机除设计工况外，可调导叶全程处于工作状态，此时可调导叶驱动装置驱动第一排可调导叶的旋转角度与所述第二排可调导叶的旋转角度的比值为0.4-0.6，能够有效的减少了压缩机进口可调导叶的总压损失，进而提高了压缩机的效率。
进一步地，在所述第一排可调导叶和所述第二排可调导叶均处于0度攻角时，所述第一排可调导叶的尾缘距离所述第二排可调导叶的前缘的轴向长度大于7％的第一排可调导叶的导叶弦长，图2中C的长度，避免了两排可调导叶距离太近造成第二排可调导叶容易在气动载荷的作用下产生疲劳损坏，保证了可调导叶的使用寿命。
进一步地，所述第一排可调导叶和所述第二排可调导叶的导叶为平板导叶、对称导叶或S型中弧线导叶。
进一步地，所述第一排可调导叶的导叶个数与所述第二排可调导叶的导叶个数互为质数，避免了当两排可调导叶的导叶个数数相同或不为质数时，运转时可能会有一些共同的倍频出现，在相同的倍频上振动累加，可能会引起共振，进而影响可调导叶寿命和气流预旋效果，进而影响压缩机的效率。
进一步地，还包括设置在所述轮毂上位于所述第一排导叶前端的导流罩，以进一步提高压缩机的效率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种串联进口可调导叶机构，设置在离心压缩机叶轮上游，包括外壳、轮毂、进气室导流锥以及可调导叶，所述轮毂设置在所述外壳内，所述进气室导流锥设置在所述轮毂朝向进风口一端的端部，所述外壳和轮毂之间形成进气室，所述可调导叶设置在所述外壳上并位于所述进气室内；其特征在于：所述可调导叶包括可分别调整的第一排可调导叶和第二排可调导叶，所述第一排可调导叶和所述第二排可调导叶在所述进气室内沿轮毂的轴线间隔设置；
在离心压缩机工作时，所述第一排可调导叶的旋转角度与所述第二排可调导叶的旋转角度的比值为0.4-0.6；
在所述第一排可调导叶和所述第二排可调导叶均处于0度攻角时，所述第一排可调导叶的尾缘距离所述第二排可调导叶的前缘的轴向长度大于7％的第一排可调导叶的导叶弦长；
所述第一排可调导叶的导叶个数与所述第二排可调导叶的导叶个数互为质数。
2.根据权利要求1所述的串联进口可调导叶机构，其特征在于：所述第一排可调导叶和所述第二排可调导叶的导叶为平板导叶、对称导叶或S型中弧线导叶。
3.根据权利要求2所述的串联进口可调导叶机构，其特征在于：还包括设置在所述轮毂上位于所述第一排导叶前端的导流罩。
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