專利名稱：周向槽機(jī)匣處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離心壓氣機(jī)機(jī)匣處理方法，特別涉及一種周向槽機(jī)匣處理方法。
技術(shù)背景
離心壓氣機(jī)具有體積小、單級(jí)壓比高和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，被越來越多的應(yīng)用于許多領(lǐng)域。近年來，伴隨著人們對(duì)于微小型能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的需求和興趣的不斷提升，高轉(zhuǎn)速、 高壓比、高效率、寬工況、小型化已經(jīng)成為離心壓氣機(jī)發(fā)展的重要趨勢(shì)之一，并對(duì)其性能提出了日益苛刻的要求。當(dāng)今壓氣機(jī)高轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷的發(fā)展趨勢(shì)給壓氣機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行及其擴(kuò)穩(wěn)技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，特別是以旋轉(zhuǎn)失速、喘振為代表的非定常流動(dòng)失穩(wěn)現(xiàn)象是危及壓氣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。在壓氣機(jī)的實(shí)際運(yùn)行過程中，當(dāng)流量達(dá)到性能曲線上的最小流量值后，若繼續(xù)減小流量，壓氣機(jī)內(nèi)部流動(dòng)會(huì)發(fā)生突然的變化，流道內(nèi)部出現(xiàn)失速團(tuán)，流動(dòng)進(jìn)入失穩(wěn)狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)失速發(fā)生。旋轉(zhuǎn)失速進(jìn)一步向深度的發(fā)展，壓縮系統(tǒng)會(huì)發(fā)生喘振，導(dǎo)致壓縮系統(tǒng)中出現(xiàn)負(fù)流量的區(qū)域。
旋轉(zhuǎn)失速的發(fā)生會(huì)使葉輪葉片承受長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)應(yīng)力，導(dǎo)致葉片壽命的降低，而喘振發(fā)生時(shí)，葉輪葉片和機(jī)匣都將承受很大的瞬時(shí)力作用，會(huì)引起更大的破壞，因此，為了確保壓氣機(jī)安全穩(wěn)定的運(yùn)行，必須盡量避免旋轉(zhuǎn)失速和喘振這兩種流動(dòng)失穩(wěn)現(xiàn)象。目前，一般的做法是讓壓氣機(jī)在遠(yuǎn)離失速點(diǎn)的狀態(tài)下工作，也就是在設(shè)計(jì)階段就要考慮到一定的失速裕度。但是，典型壓氣機(jī)的高效和高參數(shù)運(yùn)行區(qū)域通常臨近壓氣機(jī)的流動(dòng)失穩(wěn)邊界，預(yù)留一定失速裕度的做法對(duì)壓氣機(jī)的性能來說是一種極大的浪費(fèi)。因此，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中的壓氣機(jī)，通常希望其穩(wěn)定工作范圍盡可能寬，以使得壓氣機(jī)盡量在接近高效和高參數(shù)運(yùn)行區(qū)域工作。而拓寬壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍，推遲氣流失速的發(fā)生，對(duì)于提高壓氣機(jī)的性能和可靠性具有十分重要的意義，也成為壓氣機(jī)設(shè)計(jì)專家們致力解決的關(guān)鍵問題之一。
作為一種壓氣機(jī)內(nèi)部流動(dòng)失穩(wěn)的被動(dòng)控制策略，采用機(jī)匣處理(Casing Treatments)將有助于削弱頂部間隙泄漏流對(duì)壓氣機(jī)的負(fù)面影響，提高壓氣機(jī)的失速裕度。 一種廣泛應(yīng)用的機(jī)匣處理形式為周向槽機(jī)匣處理，傳統(tǒng)的周向槽機(jī)匣處理往往針對(duì)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行，但在擴(kuò)大壓氣機(jī)穩(wěn)定工作裕度的同時(shí)常會(huì)引起效率的下降。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種能夠在大幅度提高壓氣機(jī)穩(wěn)定工作范圍的同時(shí)，保證效率、峰值效率和壓比也有所提高的離心壓氣機(jī)的周向槽機(jī)匣處理方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
I)首先，對(duì)輪蓋側(cè)沒有開槽的壓氣機(jī)進(jìn)行建模，并對(duì)其內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬和流動(dòng)分析，確定壓氣機(jī)內(nèi)占主導(dǎo)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)及其流動(dòng)特征，明確壓氣機(jī)流道內(nèi)易于發(fā)生失速的區(qū)域；
2)其次，根據(jù)步驟I)確定的壓氣機(jī)流道內(nèi)易于發(fā)生失速的區(qū)域沿壓氣機(jī)輪蓋側(cè)不3同子午位置開設(shè)單個(gè)周向槽并對(duì)其進(jìn)行建模和數(shù)值模擬，比較不同位置周向槽機(jī)匣擴(kuò)穩(wěn)效 果及其對(duì)壓氣機(jī)效率的影響，確定最佳的開槽位置；3)然后，根據(jù)壓氣機(jī)輪蓋側(cè)開設(shè)周向槽的最佳位置固定周向槽槽深，改變周向槽 槽寬，對(duì)不同寬度的周向槽進(jìn)行建模和數(shù)值模擬，比較槽寬對(duì)周向槽機(jī)匣擴(kuò)穩(wěn)效果及壓氣 機(jī)效率的影響，從而確定最佳的槽寬；4)進(jìn)一步，根據(jù)壓氣機(jī)輪蓋側(cè)開設(shè)周向槽的最佳位置及步驟3)得到的最佳槽寬， 固定周向槽槽寬，改變周向槽槽深，對(duì)不同深度的周向槽進(jìn)行建模和數(shù)值模擬，比較槽深對(duì) 周向槽機(jī)匣擴(kuò)穩(wěn)效果及壓氣機(jī)效率的影響，從而確定最佳的槽深；5)最后，根據(jù)步驟2)、3)、4)確定的周向槽位置、周向槽的槽深和槽寬，由周向槽位 置向外側(cè)延伸開設(shè)相同的周向槽，確定槽齒寬即相鄰槽的間距，改變周向槽數(shù)目，對(duì)不同槽 數(shù)的周向槽機(jī)匣進(jìn)行建模和數(shù)值模擬，比較周向槽數(shù)目對(duì)機(jī)匣擴(kuò)穩(wěn)效果和壓氣機(jī)效率的影 響，確定最佳的周向槽數(shù)目。所述的最佳開槽位置、最佳槽深、最佳槽寬及最佳周向槽數(shù)目由以下指標(biāo)確定
綜合失速裕度改進(jìn)量(A SM):
權(quán)利要求
1.一種周向槽機(jī)匣處理方法，其特征在于包括以下步驟 1)首先，對(duì)輪蓋側(cè)沒有開槽的壓氣機(jī)進(jìn)行建模，并對(duì)其內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬和流動(dòng)分析，確定壓氣機(jī)內(nèi)占主導(dǎo)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)及其流動(dòng)特征，明確壓氣機(jī)流道內(nèi)易于發(fā)生失速的區(qū)域； 2)其次，根據(jù)步驟I)確定的壓氣機(jī)流道內(nèi)易于發(fā)生失速的區(qū)域沿壓氣機(jī)輪蓋側(cè)不同子午位置開設(shè)單個(gè)周向槽并對(duì)其進(jìn)行建模和數(shù)值模擬，比較不同位置周向槽機(jī)匣擴(kuò)穩(wěn)效果及其對(duì)壓氣機(jī)效率的影響，確定最佳的開槽位置； 3)然后，根據(jù)壓氣機(jī)輪蓋側(cè)開設(shè)周向槽的最佳位置固定周向槽槽深，改變周向槽槽寬，對(duì)不同寬度的周向槽進(jìn)行建模和數(shù)值模擬，比較槽寬對(duì)周向槽機(jī)匣擴(kuò)穩(wěn)效果及壓氣機(jī)效率的影響，從而確定最佳的槽寬； 4)進(jìn)一步，根據(jù)壓氣機(jī)輪蓋側(cè)開設(shè)周向槽的最佳位置及步驟3)得到的最佳槽寬，固定周向槽槽寬，改變周向槽槽深，對(duì)不同深度的周向槽進(jìn)行建模和數(shù)值模擬，比較槽深對(duì)周向槽機(jī)匣擴(kuò)穩(wěn)效果及壓氣機(jī)效率的影響，從而確定最佳的槽深； 5)最后，根據(jù)步驟2)、3)、4)確定的周向槽位置、周向槽的槽深和槽寬，由周向槽位置向外側(cè)延伸開設(shè)相同的周向槽，確定槽齒寬即相鄰槽的間距，改變周向槽數(shù)目，對(duì)不同槽數(shù)的周向槽機(jī)匣進(jìn)行建模和數(shù)值模擬，比較周向槽數(shù)目對(duì)機(jī)匣擴(kuò)穩(wěn)效果和壓氣機(jī)效率的影響，確定最佳的周向槽數(shù)目。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的周向槽機(jī)匣處理方法，其特征在于所述的最佳開槽位置、最佳槽深、最佳槽寬及最佳周向槽數(shù)目由以下指標(biāo)確定 綜合失速裕度改進(jìn)量(ASM):議父全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于離心壓氣機(jī)的周向槽機(jī)匣處理方法，該方法綜合考慮了離心壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和內(nèi)部流動(dòng)情況，在擴(kuò)壓器通道中易發(fā)生失速的位置沿輪蓋側(cè)周向開槽，為擴(kuò)壓器頂部區(qū)域的低速流體提供了一個(gè)回流通道，將低動(dòng)能流體團(tuán)抽吸進(jìn)入處理槽內(nèi)并沿處理槽周向和流向輸運(yùn)，在這一過程中，僅有部分流體重新注入主流，低動(dòng)能流體區(qū)域的面積縮小并且流速也有提高，改善了擴(kuò)壓器頂部通道的流動(dòng)狀況，減弱了頂部通道的堵塞，大幅度提高了壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍，同時(shí)峰值效率和壓比也有所提高。
文檔編號(hào)F04D29/42GK102927053SQ201210451788
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者席光, 馬巖 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)