[发明专利]低稠度叶片扩压器的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及离心压缩机的优化设计领域，具体地说是低稠度叶片扩压器的设计方法，即对低稠度扩压器各参数的选型、计算，确定变量与不变量，降低了设计难度，方便设计人员进行产品设计、优化。

背景技术

离心压缩机中，扩压器的功能是将叶轮出口气流的动能转化为压力能。有资料表明离心压气机出口动能占典型条件下总输入功的30～40％。因此，这些能量必须有效回收，扩压器就是该功能的主要部件。

常规扩压器叶片能够把叶轮的动能大部分转化为压力能，但是相比较无叶扩压器，曲线范围较窄。在一些条件苛刻的运行工况下，常规叶片扩压器可能并不满足该条件，甚至出现压缩机长期运行在喘振点附近，对压缩机性能、安全造成很大的影响。而无叶扩压器虽然运行范围宽，能够满足较多的运行工况，但是运行效率低，能耗增加。低稠度扩压器则兼顾了常规叶片扩压器与无叶扩压器的优点，在保证正常运行工况的情况下，压缩机性能也有一定保证。因此低稠度扩压器也有一定的应用价值。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，为了增加离心压缩机的运行工况范围，但是必须保证一定的气动性能，本发明基于低稠度扩压器的应用特点，借鉴常规叶片扩压器的设计方法，提供通过确定扩压器的几何参数实现低稠度叶片扩压器的叶形模型设计的低稠度叶片扩压器的设计方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：低稠度叶片扩压器的设计方法，包括以下步骤：

步骤1：计算常规叶片扩压器的弦长C、当量扩展角θ：

步骤2：给定待求叶片扩压器的叶片数变量Z′、用迭代法求取满足收敛准则|θ_c-θ|≤0.01的待求叶片扩压器的出口安装角β_4A′、待求叶片扩压器的弦长C′、待求叶片扩压器的稠度σ′，其中θ_c为待求扩压器的当量扩展角，θ为常规叶片扩压器的当量扩展角；

步骤3：获取多个不同稠度的叶形模型；

步骤4：对步骤3设计好的叶形模型利用三维CFD软件根据压缩机设计点效率、性能曲线进行仿真计算，确定最优的设计方案。

所述步骤1包括以下步骤：

a.根据弦长计算公式计算常规叶片扩压器的弦长C；

b.将步骤a.得到的常规叶片扩压器的弦长C代入当量扩展角计算公式计算常规叶片扩压器的当量扩展角θ；

其中，D₃为常规叶片扩压器进口直径，b₃为常规叶片扩压器进口宽度，β_3A为常规叶片扩压器进口安装角，D₄为常规叶片扩压器出口直径，b₄为常规叶片扩压器出口宽度，β_4A为常规叶片扩压器出口安装角，Z为常规叶片扩压器的叶片数。

所述步骤2包括以下步骤：

a.对迭代变量β_4A′赋初值，并将β_4A′代入弦长计算公式计算待求叶片扩压器的弦长C′；

b.将迭代变量β_4A′初值、步骤a.计算得到的弦长C′、以及给定的叶片数变量Z′代入当量扩展角计算公式计算待求叶片扩压器的当量扩展角θ_c，若|θ_c-θ|>0.01时，则增大β_4A′，重新回到步骤2的a.计算θ_c，迭代直至|θ_c-θ|≤0.01停止计算，得出计算结果：待求叶片扩压器的出口安装角β_4A′、待求叶片扩压器的弦长C′；

c.将给定的待求叶片扩压器的叶片数变量Z′、以及步骤2的b.计算得到的待求扩压器的弦长C′代入叶片稠度计算公式σ＝CZ/(πD₃)计算出待求叶片扩压器的稠度σ′；

其中，待求叶片扩压器的叶片数变量Z′为正整数且可根据设计要求的变化赋值；以下参数为不变量：D₃为常规叶片扩压器进口直径，b₃为常规叶片扩压器进口宽度，β_3A为常规叶片扩压器进口安装角，D₄为常规叶片扩压器出口直径，b₄为常规叶片扩压器出口宽度。