离心式压缩机级的改进与优化_压缩机端盖的改进

  离心式制冷压缩机式离心式冷水机组的关键部件,而离心式制冷机组都是为一特定的制冷装置服务的。根据制冷装置所需要的低温要求,可以确定所需相应的冷凝温度和蒸发温度。从而得出所需的能量头。当单级压缩机所产生的能量头不能满足所需要的能量头时,如冰蓄冷的离心机以及热泵工况的离心机,通常采用双级或多级压缩的形式。
  在多级离心压缩机中,为了把扩压器中出来的气流引入下一级,在扩压器后装有弯道和回流器。弯道是隔板和气缸组成的通道,回流器则由两块隔板和装在隔板之间的叶片组成。研究表明,弯道和回流器中损失并不小,有时可达到级能量的6%-8%,与扩压器的损失大小接近。可见改善气流在弯道及回流器中的损失相当重要。
  本文主要介绍一种双级离心式制冷压缩机回流器设计改进情况,并利用CFD进行优化分析,以期能提高双级压缩机级的全工况性能。
  原压缩机级的设计说明
  原离心压缩机为一台Rl34a,制冷量为6000KW离心压缩机,压缩机为半封闭式双级压缩的结构形式,级包括进口可转导叶IGV、一级叶轮、扩压器、弯道、回流器、二级叶轮、扩压器、蜗壳几个部分。级的模型如图1,原始压缩机第1级的气动参数如下:
  下面主要阐述一种双级离心压缩机中回流器的设计与优化。
  回流器设计与优化
  在离心压缩机中,回流器是用来引导从扩压器元件的强旋绕气流以轴线或所需方向进入下一级的,主要起导流作用。回流器中装有叶片,以保证气流的流动方向。
  决定回流器形状及性能的几何参数有:回流器进出口宽度b5、b6,进出口直径D5,D6,叶片进出口几何角a 5A、d6A,叶片数z和叶片型线,这些参数设计的合理性直接影响压缩机的性能,以下主要讲述这些参数如何确定。
  3.1 叶片型线确定:
  回流器叶片型式有等厚度和变厚度的。采用等厚度叶片可以使回流器宽度b基本保持不变。等厚度叶片的回流器,一般做成宽度逐渐向内径方向增大。这时,两种情况下的回流器,沿流到的截面都变化不大,可以使流速均匀,损失较小。
  在回流器中,一般不希望回流器中C60.04,叶轮出口宽度较大,D4/D2=1.7,进入扩压器速度相当较小。故取B5=B4,B6=1.0585。
  3.4 叶片数的确定
  回流器的叶片数一般为Z5=12-18,直径较小使,z5取较小值,为了为避免发生共振,设计时取叶轮和回流器的叶片数互质。本次设计取叶片数Z5=15。
  回流器前设计叶片扩压器的影响
  研究表明,在工况变化时,叶轮出口气流。及角a 2变化较大,因而直接影响无叶扩压器出口气流角a4,这样回流器的进口气流冲角i随之改变,影响压缩机的全工况性能。试验证明,叶片扩压器器后的回流器,在工况变化时损失系数变化不大,而无叶扩压器后的回流器的损失系数变化较大。由于在工况变化时,叶片扩压器出口气流角a4基本不变,则a5也变化不大,故进入回流器气流的角度变化不大,所以它的损失系数随流量变化较为平缓。
  采用Concepts-NREC离心压缩机设计软件对回流器前设置不同扩压器的级性能进行分析,结果如图7
  从图中可以看出回流器前置叶片扩压器器,在设计点60%-115%流量范围内级绝热效率均比前置无叶扩压器要高2-3%。
  为改善压缩机的全工况性能,在第一级叶轮后设计一低稠度叶片扩压器,叶片型线采用NACA65(04)06机翼型叶片;叶片数为9片。
  实验测试与验证
  试验方法:采用与原有离心压缩机相同的试验方法,即将压缩机进口lGV全开和保证压缩机吸气压力355KPa以及吸气温度5.8℃不变,通过调整冷却水进水温度不断调整压缩机排气压力,测试压缩机性能特性。通过检测压缩机吸排气口温度压力参数,计算压缩机的压比及绝热效率;通过检测机组的制冷量计算压缩机的容积流量。
  测试数据显示,采用改进后的变厚度回流器与低稠度叶片扩压器组合方式压缩机效率及压比都有较大幅度的提高,在设计点压缩机绝热效率约提高了3%-4%,压比提高2-3%,在7%-100%流量区域,压缩机绝热效率提高较为明显。在流量低于70%后,压缩机效率下降较快,分析认为叶片扩压器的影响致使小流量性压缩机性能衰减。
  
  结束语
  
  综上所述,本文探讨一种双级离心压缩机回流器的结构的改进,初步得出如下结论:
  1):采用变厚度的回流器有助于提高压缩机级的效率和压比;
  2):在回流器前设置低稠度叶片扩压器器有助于盖上压缩机全工况性能。