离心压缩机级间加气结构优化研究

论文摘要

离心式压缩机在航空航天、能源、化工及冶金等部门中发挥着极其重要的作用。在诸如大型乙烯、大型化肥等工艺装置中，由于工艺过程的要求，离心压缩机经常需要在级间加气。若加气结构设计不当，可能造成混合气出口流场产生较大畸变。由于目前基本级开发都是基于均匀来流条件设计的，下一级进口流场的不均匀性直接造成叶片的进口角度在大范围内变化，不仅会影响级的效率，严重时还会引发旋转失速等严重的气流脉动现象，使机组不能正常工作，直接影响装置的可靠性及经济性。因此对中间级加气离心压缩机加气方式和结构进行研究是十分必要的。本文以数值模拟的方式对某公司生产的H605大加气离心压缩机和百万吨乙烯项目H856丙烯压缩机的级间加气结构内部流场进行了详细的数值计算分析。利用Pro／E, ICEM-CFD及STAR-CD、NUMECA软件建立三维的数值模拟计算平台，通过设计蜗壳进气式加气结构，合理分配气流流量在周向的分布，并利用导向叶片保证气流的流动方向，在气流混合段出口处得到了周向非常均匀的混合气体流场。同时通过对回流器叶片、导向叶片以及气流子午流道型线等的大量数值计算优化工作，有效的解决了下一级进口流场畸变问题，从而减少了气体流动损失，避免了机组出现不稳定工况，提高压缩机组的整机性能与安全可靠性。本文的研究工作在一定程度上为级间加气结构流场分析和结构设计提供了建设性的意见，为设计高性能的中间级加气式离心压缩机提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 技术路线
• 1.3 STAR-CD、NIJMECA软件简介及计算分析步骤
• 1.4 论文的主要内容
• 2 H605大加气离心压缩机组级间加气结构基础研究
• 2.1 加气结构流场几何模型
• 2.2 控制方程
• 2.3 湍流模型
• 2.4 数值求解方法
• 2.5 计算网格、介质属性及边界条件
• 2.5.1 计算网格
• 2.5.2 介质属性及边界条件
• 2.6 计算结果与分析
• 2.7 加气室结构改进
• 2.7.1 结构改进一
• 2.7.2 结构改进二
• 2.7.3 结构改进三
• 2.8 本章小结
• 3 H856丙烯压缩机初步设计方案级间加气结构的数值模拟与结构优化
• 3.1 第一次加气结构设计与优化
• 3.1.1 加气蜗壳造型设计
• 3.1.2 导向叶栅叶型设计
• 3.1.3 几何模型及计算网格
• 3.1.4 数值方法
• 3.1.5 数值分析及结构优化
• 3.1.6 小结
• 3.2 第二次加气结构设计与优化
• 3.2.1 加气蜗壳及导向叶栅的设计
• 3.2.2 回流器叶片设计及回流器结构改进
• 3.2.3 边界条件
• 3.2.4 整级计算结果及分析
• 3.3 本章小结
• 4 H856丙烯压缩机组最终设计方案加气部分数值模拟与结构优化
• 4.1 第二次加气结构设计与优化
• 4.1.1 加气蜗壳及导向叶栅的设计
• 4.1.2 计算模型的建立及网格划分
• 4.1.3 边界条件
• 4.1.4 计算结果及分析
• 4.1.5 加气结构改进及优化
• 4.1.6 小结
• 4.2 第一次加气结构设计与优化
• 4.2.1 加气蜗壳及导向叶栅的设计
• 4.2.2 计算模型的建立及网格划分
• 4.2.3 边界条件
• 4.2.4 计算结果及分析
• 4.2.5 模型级及加气结构的改进优化一
• 4.2.6 加气结构改进及优化二
• 4.3 本章小结
• 5 全文总结及展望
• 5.1 全文工作总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢