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從風(fēng)機的一般參數(shù)出發(fā),通過一維徑向參數(shù)和子午向徑向參數(shù)的設(shè)計,得到了初步設(shè)計方案的性能預(yù)測和幾何參數(shù)。初步方案利用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)葉片型線對三維葉片進行幾何建模,耐高溫軸流排風(fēng)機,通過求解三維穩(wěn)定流場對初步設(shè)計方案進行驗證。一維參數(shù)設(shè)計主要是求解平均半徑氣動參數(shù)的控制方程。采用逐級疊加法對多級壓縮系統(tǒng)進行了氣動計算。同時調(diào)整了風(fēng)機相應(yīng)的攻角、滯后角和損失模型。后,得到了平均半徑和子午線流型下的基本氣動參數(shù)。計算中使用的損失和氣流角模型需要大量的葉柵試驗作為支撐?,F(xiàn)有的實驗改進模型包括經(jīng)典亞音速葉片型線NACA65、C4和BC10,基本滿足了風(fēng)機的初步設(shè)計要求。為了準(zhǔn)確、快速地得到初步設(shè)計方案,將現(xiàn)有的經(jīng)典葉片型線直接用于一維設(shè)計和初步設(shè)計。當(dāng)設(shè)計負荷超過原模型時,采用MISES方法對S1流面進口斷面進行分析,得到初始滯后角,如本文對高負荷風(fēng)機的設(shè)計。在S2流面設(shè)計中,風(fēng)機采用流線曲率法對S2流面進行了流量計算。為了簡化計算過程,將計算假設(shè)為無粘性和恒定絕熱,忽略了實際渦輪機械中的三維、非定常和粘性流動特性,引入了葉排損失來表示葉柵中流體粘度的影響。通過三維流場的數(shù)值分析,修正了求解S2流面過程中的損失,并通過迭代得到了初步設(shè)計方案。


通過對風(fēng)機設(shè)計參數(shù)和S2設(shè)計參數(shù)的多次迭代,得到了一個接近設(shè)計要求的初步三維設(shè)計方案。從表2可以看出,初步設(shè)計方案的氣動參數(shù)與一維設(shè)計結(jié)果吻合較好。風(fēng)機設(shè)計過程中一維參數(shù)的設(shè)計精度足以支持設(shè)計工作的進一步發(fā)展。表2顯示了一維設(shè)計結(jié)果和初步設(shè)計的平均質(zhì)量參數(shù)。由表2可以看出,單級風(fēng)機平均半徑處的負荷系數(shù)約為1.0,甚至高于普通航空發(fā)動機壓氣機的負荷系數(shù)。同時,單級風(fēng)機的反應(yīng)性略大于0.5,平均負荷分布在靜、動葉片上,使風(fēng)機葉片展開中部的彎曲角度達到40度以上,擴壓系數(shù)達到0.5以上。從出版的文獻中不難找到。考慮到軸流風(fēng)機制造成本的限制,烘干機配套風(fēng)機,擴壓系數(shù)接近0.6,基本達到了無主動流量控制技術(shù)的亞音速軸流風(fēng)機的設(shè)計極限。然而,在風(fēng)機設(shè)計結(jié)果與設(shè)計目標(biāo)的壓力比與效率之間仍存在一定的差距,需要進一步的詳細設(shè)計來彌補。由于本文設(shè)計的單級風(fēng)機的負荷比設(shè)計中采用的經(jīng)驗公式高,風(fēng)機,因此有必要對每排葉片的稠度和展弦比進行調(diào)整。初步設(shè)計方案如圖所示。6和7,以及表3所示的氣動性能,其中載荷系數(shù)由葉尖的切線速度定義。




通過在風(fēng)機葉尖壓力面附近擴展合適的葉尖平臺,可以有效地減小葉尖泄漏和氣動損失。模擬了三種風(fēng)機不同長度和初始位置的吸力面小翼葉柵的內(nèi)部流場。結(jié)果表明,三段小翼可以改善葉柵頂部的流動狀況,并在不同程度上削弱泄漏渦的強度。周志華等[10]計算了某型渦軸發(fā)動機高壓渦輪一級的三維流場。結(jié)果表明,錐形間隙能有效地控制間隙內(nèi)的泄漏流速,減少間隙內(nèi)的堵塞,烘干房循環(huán)風(fēng)機,從而提高其整體性能。在套管處理方面,Yang等人[11]發(fā)現(xiàn)自循環(huán)殼體處理后壓縮機的穩(wěn)定流量范圍明顯增大,這是由于葉片負荷降低、低能流體吸附能力降低和周向流量畸變能力降低所致。風(fēng)機的不同分區(qū)數(shù)的非軸對稱套管處理。實驗表明,合理的非軸對稱殼體處理結(jié)構(gòu)可以使壓縮機的穩(wěn)定裕度提高13%,峰值效率提高0.8%。提率的原因是加工槽對壓氣機葉頂流場產(chǎn)生低頻非定常影響信號。風(fēng)機在低速壓縮機上測試了不同結(jié)構(gòu)的斜槽殼體處理。實驗表明,合理的配置可以提高壓縮機效率1%~2%,而不會對失速裕度產(chǎn)生不利影響。

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