本發(fā)明屬于離心式壓縮機模型級，具體地說是一種水蒸氣壓縮機模型級，適用于各類MVR(機械式蒸汽再壓縮技術(shù))壓縮機產(chǎn)品的模化設(shè)計。

背景技術(shù)：

在離心壓縮機的開發(fā)、設(shè)計過程中，模型級的開發(fā)十分重要，新產(chǎn)品的開發(fā)依賴于與之對應(yīng)的新模型級的開發(fā)。因此，實際離心壓縮機的性能指標決定于模型級的性能。

原有模型級有葉輪能頭較高的優(yōu)勢，但效率較低，機組整體耗能較大，同時由于流量系數(shù)偏小(約為0.054)，實際使用中效率比較差。在水蒸氣壓縮機的應(yīng)用場合中，當(dāng)飽和水溫升在6～8℃以上，迫切需要流量系數(shù)大，能頭系數(shù)0.75左右的高能頭閉式模型級。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有模型組效率低的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種水蒸氣壓縮機模型級，使水蒸氣壓縮機產(chǎn)品機組效率得以顯著提高，減少機組的功耗。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

本發(fā)明包括葉輪、無葉擴壓器、彎道及回流器，其中葉輪位于模型級的入口位置，在葉輪的出口設(shè)有無葉擴壓器，所述回流器位于模 型級的出口位置，無葉擴壓器與回流器之間通過彎道相連通；所述模型級的機器馬赫數(shù)M_u2＝0.4～0.7，流量系數(shù)Φ₁＝0.1～0.2，能頭系數(shù)τ＝0.73～0.78，各馬赫數(shù)下設(shè)計工況點多變效率η_pol＝0.85～0.878；所述葉輪的葉輪葉片為二元葉片，該葉輪葉片進口處為圓角，前10％段為楔形結(jié)構(gòu)，此后均為等厚結(jié)構(gòu)；所述葉輪葉片的吸力面弦長為201.2mm，壓力面弦長為197.9mm，所述葉輪進口輪蓋型線為一段R＝84.2mm圓弧與一條與鉛垂線夾角為14.66°的直線構(gòu)成，輪轂型線為一條鉛垂線。

其中：所述彎道的進出口寬度比b₅/b₄為1.10；

所述機器馬赫數(shù)M_u2的計算公式如下：

其中：

u₂—葉輪外徑處的線速度，m/s；

a—葉輪外徑處的音速，m/s；

n—葉輪轉(zhuǎn)速，rpm；

D₂—葉輪出口直徑，m；

Z—壓縮性系數(shù)；

K—絕熱指數(shù)；

R—氣體常數(shù)，J/(kg·K)；

T_in—葉輪入口溫度，K；

所述流量系數(shù)Ф₁的計算公式如下：

其中：

Q_in—葉輪入口容積流量，m³/s；

D₂—葉輪出口直徑，m；

u₂—葉輪外徑處的線速度，m/s；

所述多變效率η_pol的計算公式如下：

其中

K—氣體絕熱指數(shù)；

P₂—級出口氣體壓力，Pa；

P₁—級入口氣體壓力，Pa；

T₂—級出口氣體溫度，K；

T₁—級入口氣體溫度，K；

所述能頭系數(shù)τ的計算公式如下：

其中：

h_tot—總能量頭，m²/s²；

u₂—葉輪外徑處的線速度，m/s；

所述模型級具有以下設(shè)計參數(shù)：

(1)葉輪平均直徑D₂＝800mm；

(2)流量系數(shù)Ф₁＝0.12；

(3)入口條件：葉輪入口壓力P_in＝98100Pa，葉輪入口溫度T_in＝293K；

(4)機器馬赫數(shù)

(5)能頭系數(shù)τ＝0.767；

(6)多變效率η_pol＝0.874；

所述葉輪為閉式的二元流動葉輪，二元流動葉輪的設(shè)計參數(shù)如下：

葉輪出口平均直徑D₂＝800mm，葉片數(shù)Z＝19，葉輪相對出口寬度b₂為葉輪出口寬度，葉輪葉片出口安裝角85.8°；

所述回流器輪轂型線為鉛垂線，輪蓋型線為與鉛垂線成4.51°夾角的直線；所述回流器的設(shè)計參數(shù)如下：

葉片數(shù)Z＝18，進出口相對位置其中，D₅為回流器入口直徑，D₆為回流器出口直徑。

本發(fā)明中的模型級與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)優(yōu)勢：

本發(fā)明具有較高的多變效率。采用以往的90度模型級設(shè)計水蒸氣壓縮機時，多變效率最高僅能達到η_pol＝0.79，采用本發(fā)明的模型級，多變效率達到η_pol＝0.85～0.878；從而，減少耗功，節(jié)約能源和機組運行成本。同時與以往的90度模型級相比，本發(fā)明的模型級效率高、能頭系數(shù)高(τ＝0.77)、流量系數(shù)大(Φ₁＝0.118)。采用本發(fā)明的模型級可以使得水蒸氣壓縮機具有較高的運行效率和較寬的工況范圍。同時本設(shè)計模型級葉輪、擴壓器和回流器的結(jié)構(gòu)簡單，加工成本低，強度高，從而可以為壓縮機組獲得更高的經(jīng)濟效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明子午流道示意圖；圖中，1為葉輪，2為無葉擴壓 器，3為彎道，4為回流器；

圖2為本發(fā)明二元葉輪葉片示意圖；

圖3為本發(fā)明回流器葉型示意圖；

圖4為模型級各馬赫數(shù)下多變效率曲線；其中，橫坐標為流量系數(shù)，縱坐標為多變效率，曲線馬赫數(shù)從低到高分別為M_u2＝0.5、0.6；

圖5為模型級各馬赫數(shù)下多變效率曲線；其中，橫坐標為流量系數(shù)，縱坐標為能頭系數(shù)，曲線馬赫數(shù)從低到高分別為M_u2＝0.5、0.6。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明水蒸氣壓縮機模型級子午流道的結(jié)構(gòu)如下：

該水蒸氣壓縮機模型級位于水蒸氣壓縮機內(nèi)，包括葉輪1、無葉擴壓器2、彎道3及回流器4，葉輪1設(shè)于模型級的入口位置，在葉輪1的出口設(shè)有無葉擴壓器2，回流器4位于模型級的出口位置，無葉擴壓器2與回流器4之間通過彎道3相連通。該葉輪1為閉式的二元流動葉輪，葉輪1的葉輪葉片為二元葉片，該葉輪葉片進口處為圓角，前10％段為楔形結(jié)構(gòu)，此后均為等厚結(jié)構(gòu)；葉輪葉片的吸力面弦長為201.2mm，壓力面弦長為197.9mm，葉輪1進口輪蓋型線為一段R＝84.2mm圓弧與一條與鉛垂線夾角為14.66°的直線構(gòu)成，輪轂型線為一條鉛垂線；各尺寸的含義如下：

D₀—蓋盤入口直徑；

D₂—葉輪出口直徑；

D₃—無葉擴壓器入口直徑；

D₄—無葉擴壓器出口直徑；

D₅—回流器入口直徑；

D₆—回流器出口直徑；

b₂—葉輪出口寬度；

b₃—無葉擴壓器進口寬度；

b₄—無葉擴壓器出口寬度；

b₅—回流器進口寬度；

ds—葉輪輪轂直徑；

L—模型級跨距；

Ls—蓋盤側(cè)葉片軸向跨距；

本實施例中，D₀＝422mm，D₂＝800mm，D₃＝874mm，D₄＝1280mm，D₅＝1270mm，D₆＝572mm，b₂＝58mm，b₃＝58.4mm，b₄＝60mm，b₅＝64.3mm，ds＝136mm，L＝386.5mm，Ls＝40.75mm。

如圖2所示，二元葉輪葉片的結(jié)構(gòu)如下：

閉式二元葉輪，葉輪出口直徑D₂＝800mm，葉片數(shù)Z＝19，葉輪相對出口寬度b₂為葉輪出口寬度，葉輪葉片出口安裝角85.8°。

如圖3所示，回流器葉型的結(jié)構(gòu)如下：

回流器葉片數(shù)Z＝18，D₂—葉輪出口直徑，D₅—回流器入口直徑，D₆—回流器出口直徑；葉片入口相對位置D₅/D₂＝1.588，入口安裝角為89.5°，葉片出口相對位置D₆/D₂＝0.715，出口安裝角為10.4°。

本發(fā)明中，模型級的準確性能由車間性能實驗獲得。試驗結(jié)果包括：Mu₂＝0.5、0.6時的流量系數(shù)Ф₁～多變效率η_pol(如圖4所示)和 流量系數(shù)Ф₁～能頭系數(shù)τ(如圖5所示)。

本實施例中，MVR壓縮機模型級的參數(shù)如下：

(1)按公式：

u₂＝200.3m/s；a＝333.94m/s；n＝4782r/min.；D₂＝0.8m；Z＝1.0；K＝1.4；R＝287.32J/(kg.k)；T_in＝277.23K。

經(jīng)計算，得到機器馬赫數(shù)M_u2＝0.5998。

(2)按公式：

Q_in＝11.919m³/s；D₂＝0.8m；u₂＝200.3m/s。

經(jīng)計算，得到流量系數(shù)Ф₁＝0.1184。

(3)按公式：

K＝1.4；P₂＝130928.912Pa；P₁＝95404.9498Pa；T₂＝308.119K；T₁＝277.229K。

經(jīng)計算，得到多變效率η_pol＝0.856。

(4)按公式：

h_tot＝Cp(T2-T1)＝31063.29m m²/s²；u₂＝200.3m/s。

經(jīng)計算，得到能頭系數(shù)τ＝0.776。

實施例結(jié)果表明，采用本發(fā)明按照所需參數(shù)設(shè)計的二元閉式葉輪模型級，使MVR壓縮機產(chǎn)品效率提高5％以上，從而大幅度降低能耗，因此，具有重要意義和廣泛的應(yīng)用前景。