[发明专利]一种MCL压缩机模型级及其设计方法

说明书

技术领域

本发明属于离心式压缩机用高效、高能头、闭式大流量系数模型级，具体地说是一种MCL压缩机模型级及其设计方法，适用于各类MCL压缩机产品的模化设计。

背景技术

在离心压缩机的开发过程中，模型级的设计非常关键，新产品的研发依赖于与之相对应的模型级。

此模型级因流量系数较大，一般用在MCL(水平剖分)压缩机的首级，但是因为原有模型级存在轮毂比小、轴向跨距大、效率低等缺点，所以在产品设计的过程中转轴轴径小、轴长，进而在产品临界转速、转子稳定性及轴的刚度等方面存在较大的问题，给产品设计带来很大的困难，另外机组的性能较国外同类产品低。所以此模型级的研制成功将解决上述问题，提高各类MCL压缩机产品机组的整体效率及其市场竞争力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种闭式、大流量MCL压缩机模型级及其设计方法，使上述压缩机产品机组效率得以显著提高，减少机组的功耗。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种MCL压缩机模型级，所述模型级位于压缩机内，包括叶轮、无叶扩压器、弯道及回流器，其中叶轮位于模型级的入口位置，在叶轮的出口设有无叶扩压器，所述回流器位于模型级的出口位置，无叶扩压器与回流器之间通过弯道相连通；所述闭式大流量系数模型级的机器马赫数M_u2＝0.6～0.9，流量系数Φ₁＝0.119～0.195，能头系数τ＝0.59～0.74，各马赫数下设计工况点多变效率η_pol＝0.848～0.862。

所述机器马赫数M_u2的计算公式如下：其中：

u_2m—叶轮平均外径处的圆周速度；

a—叶轮入口处的音速；

n—叶轮转速；

D_2m—叶轮出口平均外径；

Z—压缩性系数；

K—绝热指数；

R—气体常数；

T_in—叶轮入口温度。

所述流量系数Ф₁的计算公式如下：

其中：

Q_in—叶轮入口容积流量；

D_2m—叶轮出口平均外径；

u_2m—叶轮平均外径处的圆周速度。

所述多变效率η_pol的计算公式如下：

其中：

K—气体绝热指数；

P₂—级出口气体压力；

P₁—级入口气体压力；

T₂—级出口气体温度；

T₁—级入口气体温度。

所述能头系数τ的计算公式如下：

其中：

h_tot—总能量头；

g—重力加速度；

u_2m—叶轮平均外径处的圆周速度。

所述模型级具有以下设计参数：

(1)叶轮出口平均外径D_2m＝450mm；

(2)流量系数Ф₁＝0.15；

(3)叶轮转速n＝13445rpm；

(4)入口条件：叶轮入口压力P_in＝1.0Kg/cm²，叶轮入口温度T_in＝293K；

(5)机器马赫数M_u2＝0.85；

(6)能头系数τ＝0.716；

(7)多变效率η_pol＝0.856。

所述叶轮为闭式的三元流动叶轮，三元流动叶轮的设计参数如下：

叶轮出口平均外径D_2m＝450mm，叶片数Z＝17，叶轮相对出口宽度b₂为叶轮出口宽度，叶轮叶片出口安装角70°。

所述无叶扩压器的设计参数如下：

入口相对位置出口相对位置其中，D_2m为叶轮出口平均外径，D₃为无叶扩压器入口直径，D₄为无叶扩压器出口直径。

MCL压缩机模型级的设计方法，具体设计过程如下：

(1)按照相似模化理论进行离心压缩机的模化设计；