低稠度叶片扩压器的设计方法技术

本发明专利技术涉及低稠度叶片扩压器的设计方法，具体包括以下步骤：计算常规叶片扩压器的弦长、常规叶片扩压器的当量扩展角、用迭代法求取满足收敛准则的待求扩压器的出口安装角、待求扩压器的弦长，从而获取多个不同稠度的叶形模型，再利用三维CFD软件进行仿真计算确定方案。采用该方法，可大大缩短设计人员的设计周期，提高了离心压缩机设计效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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，本专利技术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。本专利技术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|θc-θ|≤0.01的待求叶片扩压器的出口安装角β4A′、待求叶片扩压器的弦长C′、待求叶片扩压器的稠度σ′，其中θc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 tan θ 2 = D 4 b 4 sin β 4 A - D 3 b 3 sin β 3 A Z C ]]>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，β3A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，β4A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β4A′赋初值，并将β4A′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β4A′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 tan θ 2 = D 4 b 4 sin β 4 A - D 3 b 3 sin β 3 A Z C ]]>计算待求叶片扩压器的当量扩展角θc，若|θc-θ|>0.01时，则增大β4A′，重新回到步骤2的a.计算θc，迭代直至|θc-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β4A′、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，β3A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。所述步骤3根据步骤2计算出的最终计算结果β4A′、C′、σ′以及已知常规叶片扩压器的几何参数D3、b3、β3A、D4、b4作为待求低稠度扩压器的几何参数，用造型软件NREC设计出多个不同稠度的叶片扩压器的叶形模型。所述低稠度叶片扩压器的中弧线为单元弧或者抛物线型。本专利技术具有以下优点及有益效果：1.根据已有的常规叶片扩压器进行设计，设计变量取为叶片数，而中间控制变量，即收敛准则为叶片扩展角，即保证了一定的扩压器性能，同时扩展了压缩机的曲线范围；2.本专利技术的设计流程可编制软件进行设计计算，可大大缩短设计时间，提高设计者效率，可进行快速三维仿真模拟，评估方案优劣，进行优化。附图说明图1为本专利技术方法流程图；图2为扩压器尺寸标注示意图；图3为叶片数Z＝23、稠度σ＝2.17时的某常规叶片扩压器；图4为按照本专利技术方法设计的稠度σ′＝1.92时的叶片扩压器；图5为按照本专利技术方法设计的稠度σ′＝1.74时的叶片扩压器；图6为按照本专利技术方法设计的稠度σ′＝1.21时的叶片扩压器。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。对本文档来自技高网...

【技术保护点】
低稠度叶片扩压器的设计方法，其特征在于，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|θc‑θ|≤0.01的待求叶片扩压器的出口安装角β4A′、待求叶片扩压器的弦长C′、待求叶片扩压器的稠度σ′，其中θc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。

【技术特征摘要】
1.低稠度叶片扩压器的设计方法，其特征在于，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|θc-θ|≤0.01的待求叶片扩压器的出口安装角β4A′、待求叶片扩压器的弦长C′、待求叶片扩压器的稠度σ′，其中θc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。2.根据权利要求1所述的低稠度叶片扩压器的设计方法，其特征在于，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 tan θ 2 = D 4 b 4 sin β 4 A - D 3 b 3 sin β 3 A Z C ]]>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，β3A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，β4A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。3.根据权利要求1所述的低稠度叶片扩压器的设计方法，其特征在于，所述步骤2包括以下步骤：a.对迭代变量β4A′赋初值，并将β4A′代入弦长计算公式计算
\t待求叶片扩压器的弦...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振华，马健峰，王宇，李云，王开宇，
申请(专利权)人：沈阳透平机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21