离心压缩机级间加气结构及其设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及离屯、压缩机技术领域，特别设及一种离屯、压缩机级间加气结构及其设 计方法。
【背景技术】
[0002] 由于石化生产规模不断扩大、化工工艺过程日益复杂，在诸如大型己締、大型化肥 等工艺装置中，离屯、压缩机组经常需要在级间某处进行加气。若加气结构设计不当，可能 造成混合气出口流场产生较大崎变。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。由于加气结构复杂，且该类产品日益增多，每次都采用C抑方法设计耗 时耗力。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种离屯、压缩机级间加气结构及其设计方法。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供一种离屯、压缩机级间加气结构，在至少一级离 屯、压缩机的弯道处开设加气口，在所述加气口增设加气结构，从而为主气流引入加气气流； 所述加气结构包括加气蜗室及加气导叶，所述加气导叶W相同的叶型沿圆周的方式均布在 所述加气蜗室的蜗壳后，从而提高气流的周向均匀性和改变加气气流角，确保加气气流与 主气流混合后流入下一级回流器时不产生较大的冲角。
[0005] 进一步地，所述加气蜗室的蜗壳为变截面蜗壳；所述加气蜗室的出风筒，当量扩张 角控制在4° -7.5°内；所述下一级回流器的入口冲角小于5度，宽度为V=bg/kl，流量 百分比ki = m i/m，其中，所述be为回流器入口宽度，主气流流量m 1，总气流m。
[0006] 本发明还提供一种离屯、压缩机级间加气结构的设计方法，包括：
[0007] 确定在至少一级离屯、压缩机的弯道处开设加气口，在所述加气口增设加气结构， 从而引入加气气流；所述加气结构包括加气蜗室及加气导叶；
[000引对所述加气蜗室的截面进行设计；
[0009] 对所述加气导叶的宽度和叶型进行设计。
[0010] 进一步地，所述对所述加气蜗室的截面进行设计包括：
[0011] 设计所述加气蜗室的截面的形状为变截面；
[0012] 当蜗壳截面高度h为给定值时，通过
【主权项】
1. 一种离心压缩机级间加气结构，其特征在于，在至少一级离心压缩机的弯道处开设 加气口，在所述加气口增设加气结构，从而为主气流引入加气气流；所述加气结构包括加 气蜗室及加气导叶，所述加气导叶以相同的叶型沿圆周的方式均布在所述加气蜗室的蜗壳 后，从而提高气流的周向均匀性和改变加气气流角，确保加气气流与主气流混合后流入下 一级回流器时不产生较大的冲角。
2. 根据权利要求1所述离心压缩机级间加气结构，其特征在于，所述加气蜗室的蜗壳 为变截面蜗壳；所述加气蜗室的出风筒，当量扩张角控制在4° -7.5°内；所述下一级回流 器的入口冲角小于5度，宽度为135' = b5/kl，流量百分比Ii1= π^/rn，其中，所述135为回流器 入口宽度，主气流流量Hi1，总气流m。
3. -种权利要求1或2任一项所述离心压缩机级间加气结构的设计方法，其特征在于， 包括： 确定在至少一级离心压缩机的弯道处开设加气口，在所述加气口增设加气结构，从而 引入加气气流；所述加气结构包括加气蜗室及加气导叶； 对所述加气蜗室的截面进行设计； 对所述加气导叶的宽度和叶型进行设计。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述加气蜗室的截面进行设计包 括： 设计所述加气蜗室的截面的形状为变截面； 当蜗壳截面高度h为给定值时，通过
确定截面的宽度 b ;或 当蜗壳截面宽度b为给定值时，通过
^角定截面的高度 h ； 其中，Cutll为气体在某一 P角截面上直径Dtll处的圆周方向的切向分速度，qv(llS蜗壳进 口容积流量，Dtll为加气导叶入口直径，δ为流量修正系数，1.05彡δ彡1.1。
5. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述加气导叶的宽度和叶型进行 设计包括： 计算加气导叶入口气流角及加气导叶出口气流角； 根据所述加气导叶入口气流角、加气导叶出口气流角、导叶入口直径及导叶出口直径 确定加气导叶的叶型。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述计算加气导叶入口气流角及加气导 叶出口气流角包括： 根据Idci产I. 2Χ (IncZm1) Xb4计算所述加气口入口宽度b Q1; 根据
：十算加气口入口的切向速度； 根据
'计算加气口入口的径向速度； 根据公式 Ci01= tan-1(Vr/Vt)，CX02= α 5A+5。，计算得 <3〇1和 α。2; 所述Dtll为导叶入口直径，D C12为导叶出口直径，b Μ加气口入口宽度，α Μ为加气导叶入 口气流角，α %为加气导叶出口气流角，m ^为加气气流流量，m 主气流流量，b为加气蜗室 的蜗壳360°截面宽度，h加气蜗室的蜗壳360°截面高度，P为加气口气流密度，b4是无 叶扩压器出口宽度，α5Α是回流器入口安装角。
7. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述加气导叶入口气流角、加气 导叶出口气流角、导叶入口直径及导叶出口直径确定加气导叶的叶型包括： 根据导叶入口直径Dtll、导叶出口直径Dtl2，加气导叶入口气流角Cttll、加气导叶出口气 流角Qtl2确定导叶中弧线半径R及圆心位置的半径Rci,
绘制半径为Rtl，Dtll及D %的圆，在圆R ^上以R为半径绘制圆弧线，交于圆D Μ和D⑴上， 确定导叶中弧线； 根据叶片厚度，绘制导叶的型线。
8. 根据权利要求3-7任一项所述的方法，其特征在于，还包括： 计算回流器入口冲角； 根据所述回流器入口冲角、主气流流量比、加气气流流量比、加气导叶入口气流角，加 气口出口气流角判断所述是否在加气蜗室出口加设加气导叶。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述计算回流器入口冲角包括： 根据主气流进口气动参数PpPyI0U1以及叶轮几何参数D 2、b2、Z、δ 2、β2Α，计算叶 轮阻塞系数12以及出口流量系数和圆周系数，从而计算出叶轮出口气流角α 2; 根据公式
计算出扩压器入口气流角α3; 根据扩压器内的气体流动规律α4= α 3计算出扩压器出口气流角α 4; 根据公式
计算出弯道出口气流角α5; 根据利用公式Λ α5= a 5-a5J+算出回流器入口冲角Λ α 5。 所述P1是主气流叶轮进口压力，T i是主气流叶轮进口温度，P 2是主气流叶轮出口压力， T2是主气流叶轮出口温度，Q i是主气流进口流量，D 2是主气流叶轮直径，b 2是主气流叶轮出 口宽度，Z是主气流叶轮叶片数，δ 2是主气流叶轮叶片厚度，β 2A是主气流叶轮叶片出口安 装角，b3是无叶扩压器进口宽度，b4是无叶扩压器出口宽度，b 5是回流器入口宽度，α 5A回 流器入口安装角，所述K为考虑弯道中由于摩擦而使动量矩损失的系数，如果存在叶片扩 压器，K = 1. 35,对于无叶扩压器，K = 1. 5?1. 7。
10. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述回流器入口冲角、主气流 流量比、加气气流流量比、加气导叶入口气流角，加气口出口气流角判断所述是否在加气蜗 室出口加设加气导叶包括： 利用公Sk1Aa 5+k2(a(l2' +3-α5Α)〈5°，若满足该条件，则认为加气蜗室出口不加 加气导叶，若h Λ a 5+k2( Cttl2' +3-a 5Α) >5°，则设计加气导叶，不加导叶情况下的加气口 出口气流角取为a Q2'
;所述Δ a 5为回流器入口冲 角，a w为加气导叶入口气流角，a '为不加导叶情况下的加气口出口气流角，I3tll为加气 口入口宽度，bQ2为加气口出口宽度，a 5A回流器入口安装角，主气流流量Kk1= m/m，加气 流流量比k2= mym，!!^为主气流流量，Iiici为加气气流，m为总气流。
【专利摘要】本发明提供的离心压缩机级间加气结构，在至少一级离心压缩机的弯道处开设加气口，在所述加气口增设加气结构，从而为主气流引入加气气流；所述加气结构包括加气蜗室及加气导叶，所述加气导叶以相同的叶型沿圆周的方式均布在所述加气蜗室的蜗壳后，从而提高气流的周向均匀性和改变加气气流角，确保加气气流与主气流混合后流入下一级回流器时不产生较大的冲角。还提供离心压缩机级间加气结构的设计方法。采用本发明提供的离心压缩机级间加气结构及其方法，在叶轮个数较多时，可以缩短压缩机轴向跨距，机组的临界转速更容易通过。
【IPC分类】F04D17-12, F04D29-44, G06F17-50, F04D29-42
【公开号】CN104533836
【申请号】CN201410829271
【发明人】王宇, 韩宇飞, 韩磊, 李亮, 刘长胜, 侯秀丽, 裴威
【申请人】沈阳鼓风机集团安装检修配件有限公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月26日