离心压气机

摘要： 通过自主开发的CFD求解器NUAA_Turbo,对带有楔形扩压器的离心压气机进行定常和非定常数值研究,通过改变叶轮和扩压器间的径向间隙,研究其对离心压气机性能的影响。研究发现:较小的径向间隙能够抑制扩压器压力面的分离,高载荷压力面的卸载提升了扩压器叶片通道的扩压能力。

摘要： 建立涡轮增压器仿真计算模型并进行试验验证;分别制定轮背空腔径向间隙、轴向间隙的增加、减小方案,研究径向间隙、轴向间隙对离心压气机气动轴向力的影响。结果表明:轮背空腔间隙对轴向力有不同程度的影响;轴向力随间隙的减小而降低,其中径向间隙对轴向力的影响更大,同原方案相比,径向间隙方案在小流量工况下轴向力最大变化为21.92%,在大流量工况下轴向力最大变化为38.00%,轴向间隙方案使轴向力变化不超过6.26%。

摘要： 为探究叶片表面粗糙度的变化对压气机气动特性的影响,以某小型GTF涡扇发动机离心压气机为研究对象,在假设粗糙度均匀分布的前提下分析了离心压气机内部流动细节,数值计算了以30μm为间隔从30~270μm共9种不同表面等效砂粒粗糙度ks下的流动特性。结果表明:当叶片表面从光滑状态增大到ks=270μm时,峰值效率降低4.8%,对应的总压比降低9.4%。通过对离心压气机内部流场分析可知,粗糙度逐步增大使叶片表面附面层厚度增加,诱导吸力面出现流动分离,使叶片尾迹区范围扩大,叶片流动损失增加等。在数值研究的基础上,根据计算结果拟合并校验了离心压气机的总压损失系数ϖ、效率损失系数ζ与叶片表面粗糙度ks的关系式,预测了其性能衰退规律。

摘要： 以NASA某高压比离心压气机为研究对象,开展了不同稠度扩压器对跨音速离心压气机性能影响的数值模拟研究,通过对比离心压气机的数值模拟结果与实验数据,验证了本文采用的数值模拟方法的可靠性。通过调整扩压器叶片数目和改变扩压器叶片弦长(保持展弦比不变)来分析稠度变化对离心压气机整机性能的影响,并通过对三维流场分析找到影响离心压气机性能的主要因素。结果表明:对于改变叶片数及叶片弦长两种方式,对离心压气机整机效率影响最大的因素分别为由于叶顶间隙引起的泄漏损失和由于盘侧边界层分离引起的壁面回流,并分别得出在设计点效率最高的扩压器设计为80%叶片数扩压器及70%叶片弦长扩压器。

摘要： 针对某型车载氢燃料电池的空气供应系统需求,开展高速离心式空压机气动设计,包括一维设计与三维数值计算分析,并探讨压气机内部流场情况,该压气机设计满足车载氢燃料电池电堆压缩空气要求的压比、流量以及效率,获得了高效的空压机气动设计结果。

摘要： 无叶扩压器作为离心压气机的重要部件,研究其内部旋转失速的诱发过程及机理对离心压气机无叶扩压器旋转失速的主动控制具有重要意义.利用ANSYS平台对离心压气机建模并对其旋转失速过程进行非稳态数值模拟.结果表明:离心压气机无叶扩压器旋转失速是随着流量的逐渐减小建立起来的,失速工况点位于性能曲线的负斜率区;无叶扩压器内部,低速区靠近扩压器盖侧,高速区靠近扩压器盘侧;宽无叶扩压器的旋转失速与扩压器出口回流区有关,出口处回流区逐渐向扩压器内部发展,导致核心流发生畸变,最终导致旋转失速的发生.

摘要： 为了探索离心压气机蜗壳通道面积对低比速离心压气机性能及内部流动畸变的影响规律,文章建立了某离心压气机三维仿真模型,对具有5种不同通道面积蜗壳的离心压气机进行了流动仿真.结果表明,蜗壳通道面积的变化导致了压气机整体性能的改变,并影响了其内部流场畸变.压气机的近堵塞点在蜗壳通道面积较小时流场畸变增大,部分叶轮通道出现超声速区域,压气机整体性能下降,堵塞流量明显降低.压气机的近喘振点在蜗壳通道面积较大时流场畸变增大,部分叶轮叶片前缘出现了大尺度回流,喘振流量增加.

摘要： 针对某增压器原机高原适应性不足的问题,开展了一维初始目标设计和详细的三维流动仿真分析,对车用跨声速离心压气机进行了高原适应性改进设计.通过降低叶片后弯角、增加叶片数进而增加叶轮做功能力来提升压比.通过叶片细节设计,包括分流叶片前掠和出口曲线掠型进一步优化压气机性能,最终通过了试验验证,在原机的基础上成功优化设计了高压比离心压气机,满足了发动机的使用需求.

摘要： 建立了流固耦合计算模型,研究了离心压气机叶轮的离心载荷、热载荷、气动载荷及相应的应力.针对有蜗壳的整周离心压气机模型,采用单向稳态流固耦合的方法,分析了气动载荷、热载荷和相应的应力在周向上的不均匀性,讨论了柱坐标系下叶轮各部位主要的应力分量以及应力形成机理,定量分析了各场应力的占比,最后对比了多工况下各场应力比例关系.结果表明:气动载荷及应力在周向上的不均匀性较大,压力面正对蜗舌的叶片气动应力较大,且沿逆旋转方向叶片的气动应力不断减小;不同载荷作用下,叶轮各部位的主要应力分量有所不同;不同工况下,各场应力占比基本一致,离心应力均占据主导地位,其次为热应力,气动载荷的影响最小.

摘要： 为了探究不同分流叶片长度对离心压气机的性能影响,利用商用计算流体力学软件NUMECA对分别带有不同长度分流叶片的离心压气机流场进行数值模拟,得到了不同长度的分流叶片对压气机性能及流场的影响。结果表明:不同长度分流叶片的离心压气机的压比、效率和质量流量的变化规律不同。分流叶片能够延迟附面层分离,减少通道内低速区面积,降低叶轮尾缘压力载荷,提高流通能力,缓解通道内的堵塞,改善离心压气机的内部流场结构。随着分流叶片长度的增加,压比曲线总体呈上升趋势。但是分流叶片也不是越长越好,较长分流叶片会引起严重的摩擦损失和流动损失,效率曲线总体呈下降趋势。在所研究范围内,综合分析认为分流叶片长度为主流叶片0.4倍时,离心压气机通道内部流场结构最优越。

摘要： 超临界二氧化碳(SCO2)离心压气机作为SCO2布雷顿循环的核心部件,其设计的好坏直接决定了循环效率的高低.本文使用三种不同的物性计算方程对Sandia实验室的SCO2离心叶轮进行了一维分析,确定了能够准确计算CO2物性的方法,并将其用于一维平均流线法.通过选择合适的损失模型,建立了适用于SCO2离心压气机的变工况性能预测程序,并对某SCO2离心压气机叶轮部分进行了性能预测.同时利用NUMECA软件对其进行三维CFD计算,并对两种方法的计算结果进行对比分析.结果显示本文选用的损失模型可以较为准确地预估设计点处性能,三维计算结果显示流场中存在一定的冷凝区域.

摘要： 氦氙混合离心压气机是闭式布雷顿循环的主要部件之一,但是国内对此种稀有气体混合工质压气机设计的研究较少.本文以摩尔质量为40g/mol的氦氙混合气为工质,设计了单极总压比为2.3、流量为1.6kg/s的氦氙混合离心压气机.该压气机分为叶轮和径向扩压器两个部分,叶型采用了单分流叶片.通过数值模拟的方法对此离心压气机的气动特点以及流场进行了分析.氦氙混合离心压气机的数值模拟表明,此压气机达到了总压比2.3、等熵效率88％的设计指标.

摘要： 低比转速离心压气机是电动增压技术重要的发展方向之一.本文研究了叶片前缘前掠对低比转速离心压气机性能的影响及其流动机理.建立了低比转速离心压气机三维流动仿真模型,对前缘前掠角为20°的低比转速离心压气机进行了研究,结果表明,与无掠方案相比,叶片前缘前掠明显改善了低比转速离心压气机的内部流动.

摘要： 为研究工程中某跨音离心压气机性能受轴向装配偏差造成离心叶轮出口间隙变动的影响,在名义间隙的基础上分别取-0.10mm、0、+0.10mm的轴向装配偏差,采用CFD软件对带间隙的离心压气机进行了三维粘性数值模拟,并详细分析了考虑装配偏差后的实际装配间隙对离心压气机性能的影响.研究结果表明:随着装配偏差的减小,离心叶轮通道内间隙泄露流减少,通道损失减小,离心叶轮的压比、效率随之提升;离心叶轮出口马赫数随之增大,导致径向扩压器喉部激波增强,附面层分离增大,叶栅通道内总压损失增加;离心叶轮和径向扩压器的相互匹配使得二者的效率变化存在一定程度的相互抵消,名义间隙状态下继续减小轴向装配偏差时级效率增量不明显.

摘要： 利用自主开发的离心压气机气动设计程序,遵循效率最优和尺寸最小化原则,研发了一款1.5MW、总压比为12的紧凑式单轴多级离心压气机.该多级离心压气机由单轴驱动10级闭式离心压气机,其中前后5级离心压气机采用“背靠背”结构布置相互抵消部分轴向力.通过全三维数值模拟整体评估了该多级离心压气机的性能,结果表明:设计工况下,10级离心压气机的总压比为12.24,绝热效率为75.4％,内部流动状况良好;设计转速下,失速裕度为8.6％,堵塞裕度为33％.各项性能指标表明所研发的多级离心压气机性能满足设计要求.本研究内容,除满足实际工程应用的需求外,还可为很少具有公开发表资料的多级离心压气机产品研发提供有价值的参考信息。

摘要： 性能优良的跨声速离心压气机是高性能涡轴发动机的主要部件之一，对整机性能有显著影响。为探索高压比跨声速离心压气机级的快速设计方法,以级总压比7.0为目标,采用自行开发的离心压气机快速设计程序,设计了一单级跨声速离心压气机,并采用适应于高进口马赫数的低稠度最大厚度后移的双圆弧叶型叶片扩压器,保证压气机级有较宽的稳定工作流量范围.经CFD软件对设计的压气机进行性能预测表明,初步设计的离心压气机叶片扩压器扩张角过大,造成叶片尾缘出现严重回流.通过调整叶片厚度和中心线折转角减小了扩张角,改进后的离心压气机设计点总压比为8.305,等熵效率为81.8％.

摘要： 在我国节能与环保的大背景下,电厂脱硫氧化和生物发酵等领域对所需的离心压气机提出了新的设计要求:大流量、高压比、高效率.因此,根据企业和市场的实际需求,开发了首台大流量(500Nm3/min)、高压比(级压比3.6)、单级高速离心压气机.利用自主开发的离心压气机气动设计程序提供几何数据,通过三维数值模拟手段评估离心压气机各项性能,最终由样机试验确定设计是否达标.通过不断的优化设计，本文最终给出离心叶轮的主要参数及比值。从中可以看出:各项参数均在合理的经验取值范围内，其中进口流量系数为0.08，位于常规的范围之内(0.02-0.15)。由于该离心压气机压比高，特性线陡，需采用分离叶片提高堵塞裕度,扩压器的类型取决于叶轮出口绝对气流角度.制作样机前，需通过三维数值模拟评估离心压气机的性能，各项参数达标之后才能进行样机加工与测试，这就要求数值方法具有一定的合理性与准确性.由于不需要使用中间冷却器,相对于目前市场上应用的两级离心压气机产品而言,所研发的单级离心压气机具有结构简单、制造成本低、效率高等特点,批量生产投放市场后将产生可观的经济效益.

摘要： 为了研究串列叶栅扩压器叶片偏转角度对离心压气机性能的影响,以某带串列叶栅扩压器的离心压气机为研究对象,将第一排扩压器叶片分别以-2°,-1°,0°,1°,2°和3°六种不同角度,以叶片前缘线为旋转轴向吸力面进行偏转,得到六种不同的偏转角方案.利用CFD理论对这六种方案的压气机进行全三维可压缩定常流动模拟,分析偏转角度变化给流动带来的影响,并选出较优的偏转角度.结果表明,对于本模型,偏转2°可使压气机等熵效率相较于原模型提升0.7％,静压比小幅度提高,扩压器内部的流场分布得到明显改善.

摘要： 蜗壳的周向非对称性影响会向上游部件传递,不仅会影响扩压器中的流动,而且会导致叶轮流场在圆周方向表现出非对称性,造成叶轮各流道性能,叶轮各叶片受力的差异,影响叶轮的稳定运行.本文采用非定常数值模拟的方法,研究了在蜗壳影响下,不同工况叶轮内部非定常流场的变化.通过对三个工况(近失速工况,设计工况和大流量工况)下,叶片中间叶高处,不同子午弦长测点处载荷和压力面及吸力面压力的非定常变化的研究表明,同一工况下,不同测点处载荷的分布呈相似的趋势,但存在较小的相位差.通过应用基于声波的斯特劳哈尔数(Sr)来定量分析压力波的传播与叶轮旋转的关系表明,这一相位差是由于叶轮叶片本身的弯曲造成的,而非蜗壳的影响向上游传递过程中造成的相位滞后.设计流量和大流量下,载荷和压力的周向分布仍呈相似的趋势:当叶轮叶片旋转至位于蜗舌上游-120°至-20°的区域时,叶片压力面和吸力面各测点处压力均较大,即在此区域内,叶轮内流场压力受蜗壳影响较小,通道性能较好.近失速流量下,在位于蜗舌附近且下游-20°至60°的区域,叶轮叶片压力面和吸力面压力保持较好,此时通道性能较好且相对稳定.叶片压力面和吸力面压力,在位于蜗舌下游60°至120°的区域内,呈下降趋势,波动较为剧烈,是造成近失速工况下,此区域内通道性能变化剧烈的原因.对叶轮叶片各测点载荷及压力的非定常变化进行傅立叶变换获得的相应频谱表明,在非定常载荷和压力波形中包含的主要成分为频率为蜗壳通过频率(fvt)和扩压器叶片通过频率(fdv)的谐波.近失速流量下载荷和压力中包含的频率为fvt的谐波幅值均最大,为设计流量下的3至6倍.对于载荷,近失速流量下,频率为fvt的谐波幅值在叶片前缘10％处最大,中间弦长10％至70％,频率为fvt的谐波幅值基本保持恒定,而其他两个工况下,频率为fvt的谐波幅值随测点位置变化极小.对于压力面和吸力面压力,频率为fvt的谐波幅值随测点位置接近叶片前缘而减小.设计流量下,叶片前缘处频率为fvt的谐波幅值极小,说明其受蜗壳影响极小,但随着流量偏离设计工况,该处此谐波幅值增加,说明蜗壳影响向上游传递的能力增加.

摘要： 介绍了一种用于恢复高原柴油机功率的燃气涡轮辅助增压系统,并且针对该系统要求设计了一种带有阶梯型叶轮和准流线型分隔式扩压器的压气机;设计出切割前的高压比叶轮,对高压叶轮内部流场进行数值模拟计算,得到相应气动参数;通过计算结果分析叶轮出口流量分布和速度分布确定了阶梯型叶轮出口参数和准流线型分隔板的形状.

摘要： 本发明提供的带有引气机构的离心式压气机及涡轮增压器。离心式压气机的压气机壳形成引气回流通道；引气回流通道中设置有引流叶片，引流叶片形成气流引导面；相对于旋转轴线Z，气流引导面前端的引入角小于0，后端的引出角大于0。由于引入角与压气叶片相对，可以将前部失速的有害气流团引入引气回流通道中，减少这些气流团引起的hiss噪声。由于引出角大于0，使回流的气体进入进气通道时，具有与压气叶片旋转方向相同的周向分量，同时具有轴向的分量，这样，回流的气体从导入到导出，其流动转向小，也比较平缓，可以避免气流转向过大，过急造成的气流分离，减少气体分离损失，促进压气机效率和压力效果的提高。

摘要： 本实用新型公开了一种压气机蜗壳及离心式压气机，涉及压气机技术领域。压气机蜗壳，包括蜗壳本体，所述蜗壳本体靠近压气机叶轮的内周侧设置有用于减小所述蜗壳本体与所述压气机叶轮之间间隙的涂层。本实用新型压气机蜗壳及离心式压气机减小了压气机蜗壳与压气机叶轮之间的间隙，减小了离心式压气机工作效率的损失，提高了离心式压气机的工作效率，提高了使用离心式压气机的设备的总体性能。

摘要： 本发明涉及离心压气机技术领域，公开一种离心压气机的扩压器及离心压气机。该扩压器包括固定背板、若干叶片、压力膜盒和作动机构，固定背板呈环形，固定背板上开设有若干组气孔，每组气孔包括一个第一气孔和一个第二气孔，第一气孔和第二气孔均沿周向均匀分布在固定背板上；若干叶片周设于固定背板上，叶片与固定背板转动连接，第一气孔位于叶片的后缘背部上方区域，同组第二气孔位于同一叶片的出风口处；压力盖将压力膜盒分隔成第一气室和第二气室，若干第一气孔均与第一气室连通，若干第二气孔均与第二气室连通，作动机构的一端连接于压力盖，另一端与若干叶片连接，作动机构能够带动叶片转动。减少气流分离，离心压气机效率较高。

摘要： 本发明提供了一种提高单级离心压气机喘振裕度的机匣处理结构，涉及压气机技术领域，巧妙地在机匣上设置扩喘通孔，当压气机需要的进气量增大时，一部分气体从扩喘孔进入从而减少从进气道进入的气体，以此增大喘振裕度。进一步地，设置扩喘孔的孔的走向与所述引气机匣内径切线成一定角度，保证从扩喘孔进入的气流与该处气流周向速度基本同向。本发明工艺简单、生产成本低，安全、可靠、易维修，结构简单，且能显著提高压气机喘振裕度。

摘要： 本发明涉及离心压气机技术领域，公开一种离心压气机的扩压器及离心压气机。该扩压器包括固定背板、若干叶片、压力膜盒和作动机构，固定背板呈环形，固定背板上开设有若干组气孔，每组气孔包括一个第一气孔和一个第二气孔，第一气孔和第二气孔均沿周向均匀分布在固定背板上；若干叶片周设于固定背板上，叶片与固定背板转动连接，第一气孔位于叶片的后缘背部上方区域，同组第二气孔位于同一叶片的出风口处；压力盖将压力膜盒分隔成第一气室和第二气室，若干第一气孔均与第一气室连通，若干第二气孔均与第二气室连通，作动机构的一端连接于压力盖，另一端与若干叶片连接，作动机构能够带动叶片转动。减少气流分离，离心压气机效率较高。

摘要： 一种离心压气机叶轮分流叶片周向角设计方法及离心压气机叶轮。本发明首先采用正弦或余弦函数方法确定叶轮分流叶片周向角的初始值，然后通过流体、结构和声学耦合分析，获得离心压气机叶轮声辐射图谱、振动响应频谱和声场分布特性等性能参数，最后根据性能参数结果，优化叶轮分流叶片周向角的偏置幅值，确定叶轮分流叶片周向角最终值。本发明将计算流体力学分析、模态分析、边界元法相结合进行耦合分析，综合考虑叶轮气动性能、振动响应性能和噪声特性，保证叶轮工作性能，改善离心压气机叶轮出口流动均匀性，降低气动噪声声压级，改善离心压气机噪声性能和结构振动响应特性，满足高速叶轮平衡要求，起到减振降噪的作用。

摘要： 本发明公开了一种离心压气机封严装置、离心压气机及燃气轮机。该离心压气机封严装置包括设置于叶轮轮毂与扩压器本体之间的封严部；在工质的泄漏流向上，封严部设置于封严篦齿的前方；封严部设置于扩压器本体上，封严部具有环状结构，且封严部具有由宽变窄的工质通道，以将流经封严部的工质的压力能转化为动能。本发明的离心压气机封严装置，工质流经封严部后流速增加，工质的压力能转化为动能，工质的静压得到降低，随后工质与封严篦齿碰撞，大部分动能被耗散掉，从而叶轮轮毂与扩压器本体之间的总压大幅降低，封严篦齿前后的压差得到大幅降低，进而提升封严效果，减小了离心压气机的效率损失。

摘要： 本发明提供了一种提高单级离心压气机喘振裕度的机匣处理结构，涉及压气机技术领域，巧妙地在机匣上设置扩喘通孔，当压气机需要的进气量增大时，一部分气体从扩喘孔进入从而减少从进气道进入的气体，以此增大喘振裕度。进一步地，设置扩喘孔的孔的走向与所述引气机匣内径切线成一定角度，保证从扩喘孔进入的气流与该处气流周向速度基本同向。本发明工艺简单、生产成本低，安全、可靠、易维修，结构简单，且能显著提高压气机喘振裕度。

摘要： 本实用新型公开了一种离心压气机封严装置、离心压气机及燃气轮机。该离心压气机封严装置包括设置于叶轮轮毂与扩压器本体之间的封严部；在工质的泄漏流向上，封严部设置于封严篦齿的前方；封严部设置于扩压器本体上，封严部具有环状结构，且封严部具有由宽变窄的工质通道，以将流经封严部的工质的压力能转化为动能。本实用新型的离心压气机封严装置，工质流经封严部后流速增加，工质的压力能转化为动能，工质的静压得到降低，随后工质与封严篦齿碰撞，大部分动能被耗散掉，从而叶轮轮毂与扩压器本体之间的总压大幅降低，封严篦齿前后的压差得到大幅降低，进而提升封严效果，减小了离心压气机的效率损失。

摘要： 本实用新型涉及一种离心压气机无叶扩压器结构，包括扩压器入口和扩压器出口；所述从扩压器入口到扩压器出口总的当量扩张角为0°。该离心压气机无叶扩压器结构通用性强，所有流量系数大于0.1的离心压气机均可应用且流量系数越大性能提高越明显。