双轴离心压气机实验关键技术研究

发布时间：2018-02-27 13:39

  本文关键词： 双轴压气机 进气系统 蜂窝器 轮盖空腔 闭式叶轮　出处：《中国科学院工程热物理研究所》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：离心压气机作为重要的增压部件被广泛应用于微小型燃气轮机中。双轴结构的双级离心压气机体积小、压比高、工作裕度大,在很多先进机型中都得到应用。国内对于双轴结构压气机的实验研究尚不多见,国外公开发表的相关文献也很少,为了完成某双轴结构双级离心压气机的实验研究,本文开展相关若干关键技术研究工作,用创新性的方法分别解决实验平台研制、实验件研制以及实验方案制定三个方面中的技术难题。新建双轴实验平台采用动力对置方案,所以必须采用径向进气系统,该进气系统需要在有限几何空间限定条件下满足宽流量范围高供气品质的要求,可供参考的经验较少;实验件中采用闭式离心叶轮,轮盖空腔显著影响叶轮所受的轴向推力及流场结构,需要对其进行深入研究才能确定实验件轴承及平衡盘的技术方案;双轴实验件高、低压轴的转速各异,在保证实验件安全的前提下如何测量组合压气机气动性能也没有相关的参考,必须要充分考虑双轴实验件的特点,制定适应的实验方案。本文针对实验平台研制、实验件研制及实验方案制定时存在的关键技术问题进行研究,主要研究内容如下:1.设计出满足实验需求的一种新颖径向进气系统,在该系统中通过巧妙布置蜂窝整流器的方法来提高供气品质。采用多孔介质模型简化处理方法,实现蜂窝整流器复杂结构与进气系统的耦合计算,解决数值计算的难点问题。多轮优化后的计算结果表明,该系统在整个流量范围内表现较佳。2.采用五孔探针测量进气系统小流量工况下出口流场。实验结果表明,在测试的流量工况下该系统的出口流场十分均匀,同时实验值与计算值吻合较好,完成计算方法可信度和设计方案先进性的验证。3.对带有空腔的闭式叶轮进行数值模拟,详细研究轮盖空腔的流场结构,并分析轮盖空腔及泄漏流对叶轮性能、流场细节及轴向推力等方面的影响。4.采用性能叠加法研究双轴压气机在不同折合转速组合下的性能,分析高低压级共同工作时的特点。
[Abstract]:Centrifugal compressor, as an important supercharging component, is widely used in micro gas turbine. Two-stage centrifugal compressor with two-axis structure is small in volume, high in pressure ratio and large in working margin. In order to complete the experimental research of a two-stage centrifugal compressor with two-axis structure, there are few experimental studies on the two-axis compressor in China and few related documents published abroad in order to complete the experimental study of a two-stage centrifugal compressor with a two-axis structure, in order to complete the experimental research on a two-stage centrifugal compressor with a two-axis structure, In this paper, some key technical research work is carried out, and the technical problems in the development of experimental platform, the development of experimental pieces and the formulation of experimental scheme are solved respectively by innovative methods. The new biaxial experimental platform adopts dynamic contrast scheme. Therefore, the radial intake system must be adopted, which needs to meet the requirements of wide flow range and high air supply quality under the limited geometric space, and has less experience for reference; the closed centrifugal impeller is used in the experiment. The axial thrust and flow field structure of the impeller are significantly affected by the cap cavity, so the technical scheme of the bearing and the balancing disc can be determined only when the axial thrust and the flow field structure of the impeller are studied in depth, and the rotating speed of the two-axis test piece is different from that of the low-pressure shaft, There is no relevant reference on how to measure the aerodynamic performance of the combined compressor under the premise of ensuring the safety of the experimental piece. Therefore, the characteristics of the biaxial test piece must be fully considered, and the suitable experimental scheme must be formulated. The key technical problems existing in the development of experimental pieces and the formulation of experimental schemes are studied. The main research contents are as follows: 1. A novel radial air intake system to meet the experimental requirements is designed. In this system, the air supply quality is improved by arranging honeycomb rectifier skillfully, and the coupling calculation between complex structure of honeycomb rectifier and intake system is realized by using the simplified treatment method of porous media model. The results of multi-wheel optimization show that the system performs well in the whole flow range. The five-hole probe is used to measure the flow field of inlet system under the condition of small flow rate. The experimental results show that, The flow field at the outlet of the system is very uniform under the condition of measured flow rate, and the experimental value is in good agreement with the calculated value. The reliability of the calculation method and the advanced nature of the design scheme are verified. 3. The numerical simulation of the closed impeller with cavity is carried out. The flow field structure of the cap cavity is studied in detail, and the effects of the cap cavity and leakage flow on the impeller performance, flow field details and axial thrust are analyzed. The characteristics of high and low pressure working together are analyzed.
【学位授予单位】：中国科学院工程热物理研究所
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK474.8

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