离心压缩机进口导叶_叶轮动静相干的数值研究

离心压缩机进口可调导叶尾缘吹气数值模拟辛建池;王晓放;陈旭东;石海;周路圣;杨树华【摘要】为降低叶轮所受动静干涉,提高叶轮的安全性,本文以某带有进口可调导叶的离心压缩机为例,采用数值方法,在导叶中设置吹气槽道,补偿导叶所产生的尾迹影响,针对导叶不同开度以及不同吹气量,分析吹气结构后的叶轮流场及其气动载荷.结果表明:在0°开度下导叶尾缘吹气为2%压缩机总流量时,呈现出无动量亏损型尾迹,叶轮气动载荷降低显著,同时对压缩机外特性影响较低;随着导叶开度增加,导叶壁面分离加大,尾缘吹气效果反而降低.%In order to compensate the wake effect casing by guide vane,the air injection through two channels is ap-plied to the trailing edge. The trailing edge blowing reduces the impact of rotor-stator interaction and further de-creases the aerodynamic load on the following impeller. Thus,it improves the safty of the impeller. Based on nu-merical simulations,this article studies on the effect of the trailing edge blowing structure in a centrifugal compres-sor with variable inlet guide vane. The study analyzes the flow field and aerodynamic load under different guide vane angle during the centrifugal compressor operation. The simulation results show that the trailing edge blowing has a little influence on compressor performance. Under different blowing flows,the flow field shows different wake styles,which include pure wake,weak wake,momentumless wake and jet. When the blowing set 2% of the total flow under 0 degree guide vane angle,the momentumless wake appears,and the aerodynamic load on impellers has been reduced significantly,especially at the middle span of the impellers. With theincreasing of the guide vane an-gle,the wake distribution after the guide vane appears significant difference as the development of wall separation flow. It needs more blowing flow to reach the momentumless wake style,however,the effect has decreased. When the guide vane angle is large than 50 degrees above,the influence of wakes can be ignored.【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2018(039)006【总页数】6页(P1006-1011)【关键词】离心压缩机;可调导叶;尾缘吹气;气动载荷;数值模拟;运行工况;无动量亏损尾迹【作者】辛建池;王晓放;陈旭东;石海;周路圣;杨树华【作者单位】大连理工大学能源与动力学院,辽宁大连116024;大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室,辽宁大连116014;大连理工大学能源与动力学院,辽宁大连116024;大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室,辽宁大连116014;大连理工大学能源与动力学院,辽宁大连116024;大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室,辽宁大连116014;沈阳鼓风机集团股份有限公司,辽宁沈阳110000;大连理工大学能源与动力学院,辽宁大连116024;大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室,辽宁大连116014;大连理工大学能源与动力学院,辽宁大连116024;沈阳鼓风机集团股份有限公司,辽宁沈阳110000【正文语种】中文【中图分类】TH452目前，多数工业离心压缩机为了保证多工况运行条件，常选用进口可调导叶装置[1]。

Adjustment Strategy of Inlet Guide Vane of MultistageCentrifugal Compressor Applied in CAES *Kai-xuan Wang 1,2Zhi-tao Zuo 1,2,3Qi Liang 1Wen-bin Guo 1Ji-xiang Chen 1,2Hai-sheng Chen 1,2,3,*(1.Institute of Engineering Thermophysics,Chinese Academy of Science;2.University of Chinese Academy of Science;3.National Energy Large Scale Physical Energy Storage Technology R&D Center (Bijie))Abstract：In the process of compressed air energy storage system working,the internal pressure of the gas storage device continues to rise,which requires the compressor to work in a wide pressure ratio range.High efficiency variable operating condition is the core requirement of compressors in compressed air energy storage system.In order to achieve this design goal,it is necessary to adopt appropriate adjustment methods and adjustment strategies.The adjustable inlet guide vane is simple in structure,can be operated in the working process,and can be automated by the servo device,which is one of the most suitable adjustment methods for the compressor in the compressed air energy storage system.This paper takes a 4-stage centrifugal compressor in compressed air energy storage system as the research object,and establishes a performance prediction method suitable for the multi-stage centrifugal compressor under varying working conditions.The performance curve of the single-stage centrifugal compressor is obtained by numerical simulation,and the performance superposition program of the stage is written to obtain the performance curve of the whole machine.The performance data of multistage centrifugal compressor is fitted to polynomial function by least square method,and the adjustable inlet guide vane adjustment strategy program is established by genetic algorithm with isentropic efficiency as optimization objective,inlet guide vane opening as optimization variable and outlet pressure or flow of the whole machine as constraint conditions.Keywords：Inlet Guide Vane Adjustment;Multistage Centrifugal Compressor;Adjustment Strategy摘要：压缩空气储能系统在储能过程中，储气装置内部压力不断升高，这要求压缩机在较大压比范围内工作。

文章编号:　1005—0329(2008)08—0012—04设计计算离心压缩机进口导叶流场的数值模拟温选锋,袁民建,谭佳健(西安交通大学,陕西西安　710049)摘　要:　使用NUMEC A计算软件,针对一个带有径向进气吸气室及可调进口导叶的离心压缩机级,在几个不同的进口导叶开度下,对压缩机级内部的三维粘性可压缩定常流动进行了非轴对称条件下的全通道数值模拟,并将计算所得到的在导叶全开状态下的级性能与该压缩机已有的级性能实验结果相比较,证实了数值模拟结果满足工程分析的精度要求。

然后给该压缩机级更换了一种新的可调进口导叶,在完全相同的条件下对该压缩机级再次进行数值模拟,并分析了导叶更换对压缩机级性能产生的影响。

最后,在进口导叶与叶轮之间选择了5种不同的轴向距离,在轴向进气及流动轴对称的简化条件下对该压缩机级分别进行了单通道数值模拟,对进口导叶与叶轮之间的最佳距离进行了初步探讨。

数值模拟结果表明,用新导叶取代原导叶对级性能影响不大,主要原因是更换导叶并没有改变导叶产生预旋的作用,增大导叶的预旋作用可能是离心压缩机在变工况调节运行中实现节能的更有效途径。

另外,原导叶与叶轮之间只有0.2倍导叶弦长的距离,从安全可靠性和气动性能等方面综合考虑,建议该距离加大到1.5倍导叶弦长更为合适。

关键词:　离心压缩机;进口导叶;数值模拟中图分类号:　TK471.82 文献标识码:　ANu m er i ca l S i m ul a ti on of the Flow F i eld for I n let Gu i de Vane i n Cen tr i fuga l Com pressorW E N Xuan2feng,Y UAN M in2jian,T AN J ia2jian(Xi′an J iaot ong University,Xi′an710049,China)Abstract:　By using the NUMEC A commercial s oft w are,the32D steady comp ressible viscous fl ow in a whole inlet stage with ra2 dial inlet volute and I G V s is nu merically si m ulated at the nonaxisy mmetric conditi paris on of the stage perf or mance be2 t w een the p resent calculati on and the p revi ous one when I G V s is in full2open positi on confir m s that the p resent si m ulati on result is fit f or the engineering app licati on.Additi onally,nu merical si m ulati on is carried out for other I G V s at the sa me conditi on t o study the influence of I G VS on the stage perfor mance.Moreover,in order t o find out the app r op riate axial distance bet w een the I G V s and i m peller,five different cases are chosen and the single channel nu merical si m ulati on f or the comp ress or stage is res pectively conducted under the axial sucti on and axisy mmetric conditi on.These nu merical results indicate that changing I G V s has little effects on the regulati on perf or mance,since it has little effects on the functi on of the vane’p rer otati on.Enhancing the effect of vane’p rer otati on is likely t o be one of the effective ways t o save energy at off2design conditi on.The result als o suggests that the op ti m al distance bet w een the I G V s and i m peller should be1.5ti m es vane chord2length,rather than the original0.2ti m es,is a comp r om ise bet w een safety,reliability and aer odynam ic perf or mance.Key words:　centrifugal comp ress or;inlet guide vane;nu merical si m ulati on1　前言大多数离心压缩机都是在一定工况范围内工作。

离心压缩机的性能计算与优化方法研究离心压缩机是一种常见的流体机械设备，广泛应用于空调、供暖、冷冻和工业生产等领域。

在设计和运行离心压缩机时，性能的计算和优化至关重要。

本文将就离心压缩机的性能计算与优化方法展开研究，以期提供一些有益的指导和建议。

1. 离心压缩机的基本原理和流程离心压缩机是通过离心力将气体或气体与气体混合物的进气流动压缩，并通过出口将压缩气体排出。

其基本原理是离心力和动能转化，通过离心轮、导叶和转子等关键部件相互配合，实现气体的连续压缩。

离心压缩机的运行流程包括气体的吸入、入口导叶的调节、气体的离心压缩、排气口的打开和排气等。

这个流程需要合理的设计和操作，以保证离心压缩机的高效运行和性能。

2. 离心压缩机性能计算的基本参数离心压缩机的性能计算需要考虑多个参数，其中一些参数可以直接测量，而其他参数需要通过计算获得。

以下为离心压缩机性能计算的基本参数介绍：2.1 流量(Q)：指单位时间内通过离心压缩机的气体体积或质量。

2.2 压力比(Pi)：指离心压缩机出口压力与进口压力的比值。

2.3 转速(N)：指离心压缩机旋转的速度，通常以每分钟转数表示。

2.4 压气机效率(ηc)：指离心压缩机在压缩气体过程中的能量利用效率，可以通过测量输入功率和输出功率来计算。

2.5 空气流体属性：包括气体的密度、比热容和粘度等，这些参数对于性能计算和优化至关重要。

3. 离心压缩机性能计算方法离心压缩机的性能计算可以通过试验和理论计算两种方法来实现。

试验方法是通过实际操作离心压缩机并测量相应的参数来获取性能数据，而理论计算方法则是基于离心压缩机的设计参数和运行条件，通过建立数学模型来计算性能。

3.1 试验方法离心压缩机的试验方法是一种直接且可靠的性能计算手段。

通过在实际环境下进行离心压缩机的运行和测试，可以获得基本的性能参数。

试验方法可以通过流量计、压力计和温度计等传感器测量性能参数，并采用现场数据采集系统来记录和处理数据。

离心压缩机的流量调节范围一、进口导叶调节进口导叶调节是通过改变压缩机进口流体的流动方向和速度，从而改变压缩机的流量和压力的一种方法。

进口导叶的调节范围通常在90°到180°之间，可以实现对流量的大范围调节。

然而，进口导叶调节也存在一定的缺点，如导致流体在进口处产生较大的冲击和噪声，同时调节过程中流体的压力和温度也会发生变化。

二、出口导叶调节出口导叶调节是通过改变压缩机出口流体的流动方向和速度，从而改变压缩机的流量和压力的一种方法。

出口导叶的调节范围通常在0°到90°之间，可以实现对流量的小范围调节。

出口导叶调节的优点在于其对流体的压力和温度影响较小，同时调节过程中流体的流动状态也较为稳定。

然而，出口导叶调节也存在一定的缺点，如需要精确控制导叶的角度和位置，否则可能导致流体在出口处产生较大的冲击和噪声。

三、变频调节变频调节是通过改变压缩机的电机转速，从而改变压缩机的流量和压力的一种方法。

变频调节的范围较广，可以从零到最大流量进行连续调节。

变频调节的优点在于其对流体的压力和温度影响较小，同时可以实现无级调速，使得压缩机能够在不同的工况下运行更加稳定。

然而，变频调节也存在一定的缺点，如需要使用变频器等电力电子设备，导致成本较高。

四、气体旁路调节气体旁路调节是通过将一部分气体从压缩机出口处旁路回压缩机进口处，从而改变压缩机的流量和压力的一种方法。

气体旁路调节的范围较广，可以从零到最大流量进行连续调节。

气体旁路调节的优点在于其对流体的压力和温度影响较小，同时可以实现快速响应和灵活控制。

然而，气体旁路调节也存在一定的缺点，如需要精确控制旁路气体的流量和压力，否则可能导致压缩机运行不稳定。

五、液力耦合器调节液力耦合器调节是通过改变液力耦合器的输出转速，从而改变压缩机的流量和压力的一种方法。

液力耦合器调节的范围较广，可以从零到最大流量进行连续调节。

液力耦合器调节的优点在于其对流体的压力和温度影响较小，同时可以实现无级调速和灵活控制。

{国际贸易}离心压缩机可调进口导叶研究综述离心风机可调进口导叶研究2.2调节效率理想的可调进口导叶不仅仅需要有较宽的调节范围，还要求有较高的效率，即较低的损失。

从其调节原理来看，它既有预旋效应，又有节流效应。

当压缩机负荷变化不大即导叶安装角较小时，预旋效应占主导地位，如果导叶叶型设计较好，具有良好的气动性能，这样其产生的损失就较小。

西安交通大学空气动力实验室的进气预旋试验还表明，在导叶安装角较小的调节范围内(～)，与无预旋相比，最高级效率值变化并不大，效率曲线的形状及平坦程度也相差无几，具有较高的调节效率。

而当负荷变化大，即导叶安装角较大时，节流效应占主导地位，这时就同节流调节一样，调节效率就较低。

另外，当导叶安装角较大时，在可调进口导叶的前缘会产生较大的冲击损失，且气流通过导叶产生预旋后，气流方向与叶轮叶片进口安装角不一致，也会产生冲击损失，导致效率降低。

值得指出的是，采用可调进口导叶负预旋调节时，理论上可以提高离心式压缩机的压力和流量，但却能导致叶轮进口气流相对速度的马赫数增大，从而增大损失。

因此，采用负预旋调节时，调节范围应有一定的限度[6，7]。

3结构参数对可调进口导叶性能的影响3.1通道几何形状对性能的影响3.1.1柱状环形通道Swain[8]使用DawesCFD程序BTOB3D实现了对可调进口导叶柱状环形通道性能的数值研究，但其忽略了在不同导叶安装角下叶顶间隙的变化和内壁的影响，随后Coppinger和Swain使用CFXTASC-flow进行数值分析得到了比较准确的结果，指出可调进口导叶系统柱状环形通道的3个不利之处[9]。

（1）在导叶安装角较大时，进气通道中心存在一个明显的泄漏区域，这个区域将会导致产生轴向射流。

（2）在中等导叶安装角(～)时，叶顶处打开了一个间隙区域，这个间隙导致损失增大。

（3）在导叶安装角较大时，气流通过导流叶片时会出现很大的压降，而在叶顶相对其转轴是悬臂的，这将导致叶片承受较大的弯矩。

离心压缩机可调进口导叶研究综述北京航天同成伟业商贸有限公司。

摘要：综述了国内外对离心式压缩机可调进口导叶的研究状况，概括性地分类介绍了目前研究热点中取得的成绩和面临的问题，并对相关问题进行了探讨。

关键词：离心式压缩机可调进口导叶综述1 引言大多数离心式压缩机在实际运行时都是在一定工况范围内工作，仅在一个工况点运行的情况较少。

所以，除提高设计点的效率之外，提高离心式压缩机的调节性能也是节约能源的有效途径之一。

离心式压缩机常用的调节方法有进出口节流、可调进口导叶调节、可调叶片扩压器调节和变转速调节等。

其中，可调进口导叶调节是通过改变叶轮进口导叶的安装角从而改变气流预旋的调节方法。

与变转速调节相比，这种调节方式虽然效率较低，但在某些方面有自己的特色，如：系统结构相对比较简单，可以在不停车的条件下进行调节，利用伺服机构还可实现自动化。

因此，具有广阔的应用前景与研究价值。

可调进口导叶在20世纪50年代初就已经用于风机调节[1]，到80年代后期，国外对离心式压缩机可调进口导叶开始了比较全面的理论和试验研究，取得了较大的进步。

而国内的研究普遍要晚于国外，总体水平与国外尚有一定差距。

目前，国内外学者对离心式压缩机可调进口导叶的研究主要集中在可调进口导叶的调节性能、相关结构参数对导叶性能的影响、可调进口导叶与叶轮非定常相干作用、可调进口导叶的常见故障及处理等方面。

2 可调进口导叶的调节性能通常，评价可调进口导叶性能的主要标准有两个：一是调节范围的大小；二是调节效率的高低。

调节效率是指整个调节范围内或某一规定调节范围内的平均效率。

2.1 调节范围西安交通大学空气动力实验室曾对一个离心式压缩机级进行了进气预旋试验，得出了预旋角分别为,21-,17-,0,10+时的级性能曲线。

试验表明，当正预旋增加时，thh下降，能量头曲线()fψϕ=就向左下方移动；当负预旋增大时，thh增大，能量头曲线()fψϕ=就向右上方移动，从而使稳定工况范围扩大[2]。

离心压缩机动静干涉信号特征识别方法李宏坤; 付井强; 杨树华; 王开宇【期刊名称】《《振动、测试与诊断》》【年(卷),期】2019(039)005【总页数】7页(P1023-1029)【关键词】离心式压缩机; 进口导叶; 离心叶轮; 出口扩压器; 动静干涉【作者】李宏坤; 付井强; 杨树华; 王开宇【作者单位】大连理工大学机械学院大连 116024; 沈阳鼓风机集团股份有限公司沈阳 110023【正文语种】中文【中图分类】TH45; TH452引言离心压缩机具有结构紧凑、压比高和稳定工作范围宽广等优点，在航空航天、能源、化工及冶金等部门应用相当广泛。

离心式压缩机内部进口导叶与离心叶轮、离心叶轮和出口扩压器之间动叶片排相对于静叶片排是旋转的, 动、静叶片排的相对运动造成动、静叶之间的相互干涉，导致内部气流的非定常流动，从而产生动静干涉[1]。

关于动静干涉的研究，目前国内外学者主要采用PIV技术和数值模拟的方法对压缩机内部非定常流动进行流场仿真和试验，主要探讨尾迹和动叶间干涉的机理，而对于动静干涉信号特征识别方法研究较少。

周莉等[2]对0°和30°不同预旋角度下离心压缩机进口导叶/叶轮的动静相干进行了非定常数值模拟研究。

杨策等[3]通过非定常流场计算，对某离心压缩机叶片排间的确定性相互干涉现象进行了研究，并提出了导流叶片尾迹摆动机理。

Krain[4]使用双焦距激光测速仪(L2FV)对离心式叶轮出口/叶片扩压器入口区域的速度、压力进行了测量。

Inoue[5]使用热线探针和压力传感器对叶片扩压器内的速度和壁面静压进行了非定常测量。

吴亚东等[6]采用 PIV 实验技术获得了静子尾迹与动叶相互干涉的流场，探讨了尾迹和动叶干涉的机理。

柳阳威等[7]采用定常和非定常数值模拟技术，研究了某跨声离心压气机级内的复杂流动，分析了叶轮与径向扩压器之间的非定常相互作用。

除此之外，近十年来国内外一些学者还对离心泵、压缩机等叶轮机械动静干涉的相关机理以及效应进行了一系列数值模拟仿真和实验[8-12]，但并没有提出通过信号测试和时频域分析从而有效识别动静干涉信号特征的方法。

离心压缩机内进口导叶后面流场的实验研究
周莉;蔡元虎
【期刊名称】《实验流体力学》
【年(卷),期】2008(022)001
【摘要】在不同的进口导叶预旋角度下对一单级离心压缩机级进口导叶后面的流场进行了测量,分析了进口导叶预旋角度对流动及性能的影响.结果表明:在适当的流量工况下,选择不同方式的进口导叶预旋,可以使得压缩机级的运行得到优化.-20°预旋角是在设计扩压器进口安装角下使压缩机运行最理想的工况.由于叶轮旋转的影响,以及非对称形状的蜗壳在叶轮进口形成的不均匀的流场,使得在进口导叶零预旋时,叶轮进口的流动具有预旋,其同轴向的夹角约为10°.当体积流量减小时,由叶轮旋转和蜗壳形状引起的预旋角度也相应的减小.
【总页数】5页(P17-20,45)
【作者】周莉;蔡元虎
【作者单位】西北工业大学动力与能源学院,陕西,西安,710072;西北工业大学动力与能源学院,陕西,西安,710072
【正文语种】中文
【中图分类】V211.7
【相关文献】
1.离心压缩机进口可调导叶尾缘吹气数值模拟 [J], 辛建池;王晓放;陈旭东;石海;周路圣;杨树华
2.进口入射角对卧螺离心机内流场的影响 [J], 邱发华;吴蕾
3.导叶对抽真空离心压缩机内流影响的数值研究 [J], 程超;秦国良
4.离心压缩机进口导叶流场的数值模拟 [J], 温选锋;袁民建;谭佳健
5.基于FLUENT的离心式压缩机内部流场的数值模拟研究 [J], 张岳;唐美玲;张凯因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。