离心压缩机错位螺旋式出口内蜗壳优化设计

发布时间：2017-09-11 18:04

  本文关键词：离心压缩机错位螺旋式出口内蜗壳优化设计

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【摘要】：离心压缩机因其具有外形尺寸小、重量轻、运转平稳、使用寿命长、维修保养简单、转速高、可以直接用驱动机带动、容易自动控制等特点,因而在空分、煤化工、石化行业有着广泛应用,发挥着极其重要的作用。目前,针对离心压缩机的优化设计,人们多注重模拟并优化其核心转子部件——叶轮来提高压缩机的性能,而对定子部件如蜗壳则缺乏深入探讨。然而,随着研究的深入,叶轮效率的提升空间已越来越小,因此,人们逐渐把目光投向蜗壳等静止元件的研究,以期挖掘其可能存在的节能潜力,藉此提高机组的整体运行效率。在以往的内蜗壳设计中,为减小气流噪声往往切去出风筒部分小截面,并通过二者之间的切面形成连通域,这就形成了蜗壳的内循环流动,但却因此导致了内泄漏损失。 本课题基于沈鼓集团大型离心压缩机的中间抽气结构特点,采用错位螺旋式设计方法,将蜗壳各个截面沿轴向偏移、各截面中心的连线形成螺旋线,消除了蜗壳小截面与出风筒相交,避免了内泄漏损失的产生,从而达到提高机组效率的目的。采用错位螺旋式内蜗壳的压缩机产品性能大大提高、生产和运行成本大大降低,对增强产品和企业的竞争力具有重要的现实意义。 本文利用工程应用成熟、可靠的造型软件,针对丙烯压缩机中间抽气结构前后的整个模型级建立了完整的三维实体物理模型。模型包括以下几部分：叶轮、扩压器、弯道、中间抽气结构、回流器、排气蜗壳。利用商业流体计算软件FINE-TURBO软件对计算模型进行了详细的数值计算分析。主要研究结论如下：采用错位螺旋式设计方法,将蜗壳各个截面沿轴向偏移、各截面中心的连线形成螺旋线,消除了蜗壳小截面与出风筒相交,从而避免了内泄漏损失,数值实验结果表明,本文设计的结构提高机组效率1.15%；得到了包括抽气结构在内的完整流场气动参数分布,分析了不同的蜗壳各个截面沿轴向偏移量对效率的影响；蜗舌导流板的布置对效率的提升作用有限,但给加工制造带来一定的难度,基于工程要求及经济性考虑,建议舍弃；本文提出的设计方法可以推广运用于所有的内蜗壳结构设计中,研究成果公开发表论文并申请了国家发明专利。
【关键词】：压缩机 出口内蜗壳 错位螺旋式 数值模拟
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH452
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 前言9-16
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 目前国内外对蜗壳的研究10-13
• 1.3 计算流体动力学技术及NUMECA软件简介13-14
• 1.4 课题研究的主要内容14-16
• 2 数值计算方法16-24
• 2.1 控制方程16-19
• 2.1.1 质量、动量和能量守恒方程16-18
• 2.1.2 状态方程18-19
• 2.2 在rotary coordinate system下相对速度的求解推理公式19-21
• 2.3 湍流模型21-22
• 2.4 数值求解方法22-23
• 2.4.1 空间离散22-23
• 2.4.2 计算网格23
• 2.4.3 边界条件及收敛判定标准23
• 2.5 本章小结23-24
• 3 错位螺旋式出口内蜗壳计算模型的建立24-34
• 3.1 错位螺旋式出口内蜗壳几何模型的建立24-27
• 3.2 网格生成27-30
• 3.2.1 NUMECA提供的网格生成模块27-28
• 3.2.2 错位螺旋式出口内蜗壳计算网格生成28-30
• 3.2.3 错位螺旋式出口内蜗壳计算网格质量检查30
• 3.3 计算边界条件30-31
• 3.4 计算收敛条件31-33
• 3.5 网格无关性检验33
• 3.6 本章小结33-34
• 4 错位螺旋式出口内蜗壳的计算分析与结构优化34-55
• 4.1 未采用错位螺旋式出口内蜗壳(原方案)34-39
• 4.1.1 计算模型34-36
• 4.1.2 数值分析结果36-39
• 4.2 错位螺旋式蜗壳(方案一)39-41
• 4.2.1 计算模型39-40
• 4.2.2 数值分析结果40-41
• 4.3 保持蜗壳错位螺旋式设计,将出风筒平移55mm的模型(方案二)41-42
• 4.3.1 模型优化结构41
• 4.3.2 数值分析结果41-42
• 4.4 保持蜗壳错位螺旋式设计,将出风筒平移300mm的模型(方案三)42-44
• 4.4.1 模型优化结构42
• 4.4.2 数值分析结果42-44
• 4.5 保持蜗壳错位螺旋式设计,出风筒平移300mm,并优化出风筒扩张角的模型(方案四)44-47
• 4.5.1 模型优化结构44-45
• 4.5.2 数值分析结果45-47
• 4.6 蜗壳蜗舌导流板模型47-48
• 4.6.1 蜗舌导流板结构47
• 4.6.2 数值分析结果讨论47-48
• 4.7 错位螺旋式内蜗壳的应用48-52
• 4.7.1 具体实施方式48-49
• 4.7.2 项目实施图纸49-52
• 4.8 本章小结52-55
• 5 全文工作总结和展望55-57
• 5.1 全文工作总结55-56
• 5.2 展望56-57
• 参考文献57-59
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况59-60
• 致谢60-61

【参考文献】

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1 鲁嘉华;计算流体力学与求解方法在叶轮机械中的应用[J];上海工程技术大学学报;2003年01期

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本文编号：832236