与第一级斜流无叶扩压器8结构相同，其通道收缩比例嗔为0.95?1.0，收缩段平均直径之比D3/D2推荐值为1.10?1.25，经过无叶扩压器减速增压，气流最后由第二级蜗壳11收集后导入到下一个部件。
[0056]请参阅附图5?8所示，为本发明的一个具体实施例的叶轮子午型线、三维造型以及性能对比，具体实施例设计如下:针对流量为226.81kg/s，转速为3969r/min，进口总温为288.15K，进口总压为101.325kPa，第一级设计总压比为2.0，第二级设计总压比为1.7的压缩机机组，使用同一通流设计程序对两级压缩机都分别采用了离心叶轮和斜流叶轮两种方案，其中斜流叶轮参照上述规则设计。第一级叶轮采用标准离心叶轮设计时，叶轮参数为:L/D2= 0.308，θ =90。，b2/D2= 0.149，Θ sl= 4。，D 0.751，分流叶片前缘叶顶位于主叶片叶顶弦长的20%处，分流叶片前缘叶根位于主叶片叶根弦长的34%处。第一级叶轮采用斜流叶轮时，叶轮参数为:L/D2= 0.631，Θ =65°，b2/D2= 0.132，Θ sl =6°，Di/D^ 0.751，分流叶片前缘叶顶位于主叶片叶顶弦长的47%处，分流叶片前缘叶根位于主叶片叶根弦长的62%处，叶轮出口叶顶大曲率长度占主叶片叶顶总弦长的20% ;第一级斜流无叶扩压器参数:A3/A2= 0.996，D3/D2= 1.224。第二级叶轮采用标准离心叶轮设计时，叶轮参数为:L/D2= 0.285，Θ =90。，b2/D2= 0.103，Θ sl= 4° ,? ,/O2= 0.665,分流叶片前缘叶顶位于主叶片叶顶弦长的19%处，分流叶片前缘叶根位于主叶片叶根弦长的26%处。第二级叶轮采用斜流叶轮时，叶轮参数为:L/D2= 0.465，Θ =68°，b 2/D2 =0.0931，Θ sl= 5.5。,?,/?^ 0.665，分流叶片前缘叶顶位于主叶片叶顶弦长48%处，分流叶片前缘叶根位于主叶片叶根弦长的57%处；第二级斜流无叶扩压器参数:Α3/Α2= 0.973，D3/D2= 1.159ο
[0057]第一级压缩机分别采用斜流叶轮和离心叶轮设计时性能对比如图7所示。采用本发明的斜流叶轮后，第一级压缩机的叶轮总压比和等熵效率比相同设计下的离心叶轮有了大幅度提高，其设计点(9?= 226.81kg/s)处斜流叶轮的总压比为2.173，达到并超过了总压比2的设计目标；离心叶轮设计点总压比为1.679，未能达到设计要求，这在根本上说明了离心叶轮不适合用于该流量条件下空分机组的第一级，而斜流叶轮可以胜任；此外，在设计点处，离心叶轮等熵效率为80.93%，斜流叶轮等熵效率为95.54%，同离心叶轮相比，斜流叶轮等熵效率提高了 18.05%，总压比提高了 29.42%，堵塞流量提高了 1.42%。第二级压缩机分别采用斜流叶轮和离心叶轮设计时性能对比如图8所示。第二级斜流压缩机性能也在离心压缩机基础上有了较大的改善，特别是对第二级压缩机非设计点的性能有明显的改善，喘振裕度和堵塞极限有明显提高。斜流叶轮同离心叶轮相比，设计点等熵效率提高了1.22%，设计点总压比提高了 1.18%，堵塞流量提高了 2.65%，喘振裕度大于15% ;在性能图上，从设计点到给定的最小流量点，斜流叶轮等熵效率均保持在95%以上的，总压比持续增加，证明斜流叶轮的喘振极限远远高于15%，这是同等条件下的离心叶轮所不具备的。
[0058]以上所述仅为本发明较佳的具体实施例，任何熟悉本技术领域的技术人员利用本发明书内容所做的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种带级间冷却的两级大流量斜流压缩机，其特征在于:包括第一级斜流压缩机和第二级斜流压缩机；第一级斜流压缩机包括第一级斜流叶轮、第一级斜流无叶扩压器和第一级蜗壳；第二级斜流压缩机包括第二级斜流叶轮、第二级斜流无叶扩压器和第二级蜗壳；在两级斜流压缩机之间连接一个中间冷却器，中间冷却器进口与第一级蜗壳出口相连，中间冷却器出口与第二级斜流压缩机回流通道进口相连；两级斜流压缩机的叶轮均为含分流叶片的闭式斜流叶轮，叶轮同轴背靠安装。2.根据权利要求1所述的带级间冷却的两级大流量斜流压缩机，其特征在于:所述带级间冷却的两级大流量斜流压缩机的流量为175?240kg/s ;第一级斜流压缩机总压比为1.5?3.0，第二级斜流压缩机总压比为1.5?2.3。3.根据权利要求1所述的带级间冷却的两级大流量斜流压缩机，其特征在于:第一级斜流叶轮和第二级斜流叶轮的轴向长度比L/D2均为0.40?0.65 ;第一级斜流叶轮和第二级斜流叶轮的叶片出口相对宽度b2/D2均为0.08?0.16 ;第一级斜流叶轮和第二级斜流叶轮的出口轮盘切线与轴线所成锥角Θ均为30°?75° ;其中，L为叶轮轴向长度，D2为叶轮叶片出口平均直径，匕为叶轮叶片出口宽度。4.根据权利要求1所述的带级间冷却的两级大流量斜流压缩机，其特征在于:第一级斜流叶轮和第二级斜流叶轮的斜流叶轮主叶片前缘和分流叶片前缘的叶顶连线与轴线所成夹角Qsl均为0°?8° ;第一级斜流叶轮和第二级斜流叶轮的分流叶片前缘均位于主叶片弦长30%?65%处。5.根据权利要求1所述的带级间冷却的两级大流量斜流压缩机，其特征在于:第一级斜流叶轮叶片进口相对直径DyDp0.72 ;第一级斜流叶轮采用前端明显轴向特征+尾端大曲率结构；其中，前端明显轴向特征的结构具体为:第一级斜流叶轮主叶片前缘和第一级斜流叶轮分流叶片前缘之间的叶顶倾角9s1〈8° ;尾端大曲率结构具体为:斜流叶轮主叶片叶顶弦长70%?85%位置开始至尾缘的叶片区域，其叶顶平均曲率是其余区域叶片叶顶平均曲率的2倍以上，第一级斜流叶轮的子午流道型线光滑过渡办为叶轮叶片进口叶顶直径；D2为叶轮叶片出口平均直径。6.根据权利要求1所述的带级间冷却的两级大流量斜流压缩机，其特征在于:第二级斜流叶轮叶片进口相对直径0.72 ;第二级斜流叶轮采用前端明显轴向特征+叶片中部大曲率结构+尾端固定斜率结构；其中，前端明显轴向特征的结构具体为:第二级斜流叶轮主叶片前缘和第二级斜流叶轮分流叶片前缘之间的叶顶倾角9sl〈8° ;叶片中部大曲率结构具体为:从分流叶片前缘开始至主叶片叶顶弦长70%?85%位置截止的叶片区域，其平均曲率是其余区域叶片叶顶平均曲率的2倍以上，第二级斜流叶轮的子午流道型线光滑过渡；尾端固定斜率结构具体为:从主叶片叶顶弦长70%?85%位置开始至叶片尾缘截止的叶片区域，其轮盘曲线和叶顶曲线分别为一固定斜率值，其中轮盘曲线的斜率值为tan9 ； Θ为第二级斜流叶轮的出口处轮盘切线与轴线所成锥角办为叶轮叶片进口叶顶直径；D2为叶轮叶片出口平均直径。7.根据权利要求1所述的带级间冷却的两级大流量斜流压缩机，其特征在于:第二级斜流叶轮叶片进口相对直径0.72 ;第二级斜流叶轮采用前端明显轴向特征+叶片中后部均匀曲率结构；其中，前端明显轴向特征的结构具体为:第二级斜流叶轮主叶片前缘和第二级斜流叶轮分流叶片前缘的叶顶倾角0sl〈8° ;叶片中后部均匀曲率结构具体为:从分流叶片前缘开始至叶片尾缘截止的叶片区域，其叶顶曲线的曲率相差不超过20%，宏观上表现为子午流道均匀折转办为叶轮叶片进口叶顶直径；D2为叶轮叶片出口平均直径。8.根据权利要求1所述的带级间冷却的两级大流量斜流压缩机，其特征在于:第二级斜流无叶扩压器与第一级斜流无叶扩压器结构相同，通道面积从入口到出口均先减小后增大，其中入口到喉部之间的收缩段流道弯曲；各斜流无叶扩压器的进口轮盘倾角与对应斜流叶轮出口轮盘倾角相同；斜流级无叶扩压器喉部处与进口处的面积之比嗔为0.95?1.0 ;第一级斜流无叶扩压器的平均直径之比D3/D2为1.10?1.35 ;其中，A 2为叶轮叶片出口面积；A3为斜流扩压器喉部面积；D2为叶轮叶片出口平均直径；D3为斜流扩压器喉部平均直径。9.根据权利要求8所述的带级间冷却的两级大流量斜流压缩机，其特征在于:第一级斜流无叶扩压器与第二级斜流无叶扩压器从扩压器进口处至喉部的流道均有一定角度的折转，其折转角度为90° -θ，Θ为各斜流叶轮出口处轮盘切线与轴线所成的锥角。
【专利摘要】本发明公开了一种带级间冷却的两级大流量斜流压缩机，包含两级斜流压缩机，级间连接一台中间冷却器。本发明的关键是通过一个具有前端明显轴向特征及尾端叶顶大曲率特征的斜流叶轮与一个进口渐缩型弯道无叶扩压器的配合来改善第一级叶轮性能，以满足大流量压缩机的需求；同时第二级采用斜流叶轮和斜流无叶扩压器改善叶轮非设计点性能。本发明具有流量大、省功耗、高效率、结构简单紧凑等优点，可以解决现有的特大、超大量级空分机组在采用多级离心压缩机结构时存在的设计难度过大、性能恶劣的问题，以及采用多级轴流+离心压缩机时存在的结构复杂、可靠性较差的问题，并可提高第二级压缩机性能，特别适用于110000～150000Nm3/h量级的空分机组。
【IPC分类】F04D29/58, F04D29/26, F04D29/40, F04D25/16
【公开号】CN105275853
【申请号】CN201510664529
【发明人】席光, 唐永洪
【申请人】西安交通大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年10月14日