基于功率流有限元法的涡旋压缩机振动特性研究

针对涡旋压缩机内部振动传递路径复杂,采用传统的传递函数法往往不能真实地描述振动产生与传递的本质问题,引入功率流有限元法从能量角度分析振动传递特性,进行涡旋压缩机内部振动产生、传递与空间分布的可视化研究。在分析涡旋压缩机的动力拓扑关系基础上建立激励源,提取与振动响应模型并进行仿真分析;利用实体试验和响应分析结果对比进行模型有效性分析;在验证后的模型上定义8个能量输出面,分析谐波与激励作用下上支撑和下支撑的振动能量传递特性,并且计算节点的功率流矢量确定振源的空间分布。结果表明,涡旋压缩机曲轴在运转到280°时,振动频率在1 000 Hz与1 890 Hz时振动能量传递率较高,上支撑能量分布均匀并集于自身,下支撑能量集中于支脚并向外传递。研究方法和研究成果对于涡旋压缩机振动分布及传递、振动控制和优化设计等方面具有一定借鉴意义。

新型大排量高压比离心真空机组研制

随着大型真空系统对真空抽吸设备抽吸效率的要求不断提高,传统罗茨真空机组因抽气能力局限性已难以满足应用需求。本文将大排量、宽压力、高转速离心真空泵应用于大型高真空系统,研制出一种离心真空泵+罗茨真空泵+水环真空泵串联运行的新型复合离心真空机组,重点介绍了离心真空机组的构成和研制过程,并测试了其极限性能和负载。结果表明:该机组排气量,极限压力和运行稳定性均满足设计指标要求,具有占地面积小、运行效率高、抽气能力强等特点,是目前大型高真空系统最佳抽气解决方案。

多翼离心风机气动噪声数值预测

文章采用计算流体力学软件Fluent对多翼离心风机的内部流场进行三维的定常和非定常数值模拟,并对数值结果进行了分析。数值结果与试验结果的对比分析表明了数值模拟具有较好的准确性和可信度。随后,基于流场的计算结果进行声场的数值计算,结果表明:基于非定常流动的FW-H声压模型可获得多翼离心风机气动噪声主要噪声源在声学接收点处的噪声频谱,有助于更深层地了解声源的噪声特性以及明确噪声峰值所对应的频率段,为下一步进行有针对性的噪声控制研究提供有力的依据。

4DI110型空压机的技术改造与操作优化

文章通过介绍新引进的4DI110型离心式空压机(以下简称“空压机”)试运行阶段开始以来的运行情况和气温变化对空压机出口流量造成的影响,分析空压机出口流量随气温变化而变化的规律,指出空压机防喘阀V3004阀不能自动调节出口压力,影响空分装置工况的稳定。为实现空压机出口压力的稳定,对其防喘阀V3004阀采取增设自动旁路阀V3008阀的技术改造,同时优化和完善相关逻辑控制并阐述了空压机经技术改造后的操作优化和取得的实际效果。

压缩空气储能系统用多级离心压缩机进口导叶调节策略研究

压缩空气储能系统在储能过程中,储气装置内部压力不断升高,这要求压缩机在较大压比范围内工作。高效变工况是压缩空气储能系统中压缩机的核心要求,为实现这个设计目标需要采取合适的调节方式及其调节策略。可调进口导叶结构简单,可在工作过程中运行,并可利用伺服装置实现自动化,是目前压缩空气储能系统中压缩机最适合的调节方法之一。本文以压缩空气储能系统中某4级离心压缩机为研究对象,建立了一种适用于多级离心压缩机变工况调节的性能预测方法,采用数值模拟得出单级离心压缩机性能曲线,并编写级性能叠加程序获得整机性能曲线。利用最小二乘法将多级离心压缩机性能数据拟合为多项式函数,采用遗传算法建立了以等熵效率为优化目标,进口导叶开度为优化变量,整机出口压力或者流量为约束条件的可调进口导叶调节策略程序。

结构参数对CO_(2)离心压缩机的性能影响分析

为研究各关键结构参数对CO_(2)离心压缩机性能的影响,针对某MW级压缩CO_(2)储能系统低压段中的一级进行了一维设计和三维数值模拟。基于该模型研究了叶片数、叶顶间隙、叶片出口安装角和叶轮出口相对宽度4种关键结构参数对压缩机性能的影响。研究结果表明:叶片出口安装角和叶顶间隙对离心压缩机性能的影响最大,其次是叶片数和叶轮出口相对宽度;增加叶片出口安装角度可显著提高压缩机的做功量及压比,但过大角度会使得流动损失增大而造成效率的降低;随着叶顶间隙的增大,泄漏流动会更加严重,从而影响压缩机的性能;减少叶片数量会减小叶片对流体的约束,更易产生流动分离;叶轮出口相对宽度与压缩机设计流量相关,过小的相对宽度会增大摩擦、泄漏等损失,进而影响压缩机性能及运行工况范围。

高温磁流体动密封结构散热特性分析与优化

针对某型高温磁流体动密封结构在工作时磁流体温度过高的问题,提出了在原有结构上增加冷却水道和隔热气孔的结构优化方案,以降低高温工作环境中的磁流体工作温度,使其工作温度在要求的工作范围内。通过对比该密封装置在结构优化前后两种热源温度下的温度场、压力场和速度场,进而分析该密封结构的散热特性及优化的可行性。分析结果表明,温度和结构的变化对压力场和速度场并无明显影响;增加散热水道和隔热气孔能有效降低整体结构温度。优化后,在热源温度为700℃或500℃时,磁流体域最高温度分别降低了173℃和95℃,均极大地降低了磁流体在工作时的温度。该结构优化方案可将磁流体的温度降低至正常工作范围,提高结构的使用寿命,并为磁流体密封结构的优化提供了一定的参考。

自循环处理机匣对S-CO_(2)离心压缩机性能的影响

为研究某10 MW级超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO_(2))离心压缩机采用自循环处理机匣后其稳定工作裕度及压缩机性能的变化情况,采用数值模拟计算的方法对S-CO_(2)离心压缩机带实壁机匣和自循环处理机匣时分别进行定常数值计算。数值计算结果表明,采用自循环处理机匣时压缩机的稳定工作裕度比采用实壁机匣时稳定工作裕度增加了4%,同时压缩机的等熵效率和压比略微提高,且流道内非超临界区域明显减少。通过对压缩机性能和流场的比较,可得出采用自循环处理机匣,将压缩机喉部的低能流体回流至压缩机进口位置,改善了压缩机内部的流动状况,提高了压缩机的稳定性。

进口导叶对斜流式叶轮级性能调节的数值研究

针对两种不同翼型的进口导叶,数值研究了导叶在不同开度下对超大流量系数斜流级内部气体流动的影响和调节特性,并预测了进口导叶与斜流叶轮耦合在不同导叶开度下的性能曲线。结果表明,进口导叶能有效扩大调节范围,使斜流压缩机能在更宽的工况范围内运行。导叶开度和翼型对斜流叶轮的气动性能产生影响,开度增大导致气体流动的不均匀性变大,而当开度增大到一定程度时,进口导叶的调节能力变差,对斜流叶轮气动性能产生负面影响。

进口导叶对S-CO_(2)离心压缩机内部流动及性能的影响研究

超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO_(2))布雷顿循环被认为是具有前景的动力循环之一,S-CO_(2)压缩机性能对循环热效率有很大影响。该文以带进口导叶的S-CO_(2)离心压缩机为研究对象,采用数值模拟方法探究预旋角度对S-CO_(2)离心压缩机内部流动和性能的影响。结果表明:预旋角绝对值的增大会加剧导叶吸力面侧的流动分离,导叶段总压损失与叶轮进口处流动不均匀程度也随之增大;随着正预旋角度增大,叶轮进口处相对气流角和相对速度减小,叶片吸力面侧膨胀加速和流动分离减弱;较大的正预旋角度会导致大流量工况下进口导叶段出现两相区流体。该文研究结果可为S-CO_(2)离心压缩机进口导叶调节提供一定参考。

叶顶间隙对离心压气机性能的影响机理研究

为明确叶顶间隙对离心压气机性能影响的机理,采用数值模拟方法对不同叶顶间隙尺寸下的离心压气机叶顶泄漏涡和流动损失进行了研究。首先,对实验结果与数值计算结果进行了对比,验证了数值模拟的可靠性;然后,分析了不同叶顶间隙下压气机等熵效率及压比的变化趋势;最后,对内部流动特性进行了分析,阐述了不同间隙下叶轮内部涡结构变化形态、泄漏流流线分布及沿流动方向的熵变化规律,揭示了不同叶顶间隙对压气机性能的影响机理。研究结果表明:叶顶间隙比从0.018增加到0.054时,全工况范围内效率下降最大变化量分别为0.7%、0.6%、0.4%及0.2%,压比整体下降幅度保持在0.3%左右。叶顶泄漏流与主流掺混形成叶顶泄漏涡和叶顶分离涡,其中叶顶泄漏涡是主要损失来源。随着叶顶间隙比增大,靠近叶片前缘20%流向范围内的流动损失变化较小,靠近叶片尾缘40%范围内的损失增大。叶顶间隙比增加导致泄漏涡尺寸增大从而降低有效过流面积,是造成压气机性能下降的主要原因。

基于注意力机制与XBOA-Bi-LSTM的离心式压缩机故障预警方法

由于离心式压缩机存在着运行工况复杂、维修成本昂贵和长输管道工作环境恶劣的问题,为此,提出了一种基于注意力机制(AM)和蝴蝶算法优化双向长短期记忆神经网络(XBOA-Bi-LSTM)的离心式压缩机故障预警方法。首先,针对传统蝴蝶算法的收敛速度慢、转换概率单一和容易陷入局部最优等问题,通过引入无限折叠迭代混叠映射以丰富蝴蝶算法的初始种群;同时,提出了一种基于种群离散度与迭代次数的自适应惯性转换概率,以提高蝴蝶算法的寻优能力;然后,采用了灰色关联度分析法对测点数据进行了特征提取,结合注意力机制对输入序列进行了灰色关联度系数赋权;最后,建立了双向长短期记忆神经网络故障预警模型,采用仿真实验完成了对离心式压缩机的故障预警;以某天然气长输管道机组的离心式压缩机作为仿真对象,对该离心式压缩机故障预警方法的可行性进行了验证。研究结果表明:采用基于注意力机制与XBOA-Bi-LSTM的离心式压缩机故障预警方法时,在离心式压缩机故障发生前2 h~3 h内就发出预警信号,实现了对于离心式压缩机进气过滤器压差异常与支撑轴承工作异常的故障预警目的。

氢燃料电池用气浮离心空压机实验与模拟研究

气浮轴承离心空压机具有无油、高效、低成本、轻量化和动态响应性好等优点,已成为车载氢燃料电池空压机的最佳选择。本文介绍了自主研发的额定压比2.8、质量流量130g/s、转速88000r/min、功率22kW的两级气浮轴承离心空压机,用于匹配电堆功率130kW的车载氢燃料电池。在离心空压机气动性能试验台上测试了空压机在60000~95000r/min范围内的气动性能,同时构建了离心空压机的泄漏通流模型并对其进行了数值模拟,最后将模拟结果与实验数据进行了对比分析。研究结果表明,该离心空压机在实验时最大转速达95000r/min,最大绝热效率可达77.04%。

叶片变形对涡轮增压器用离心压气机气动性能的影响及机理

为了研究叶片变形对涡轮增压器用离心压气机气动性能的影响,采用流固耦合方法计算设计转速下近喘振点、最高效率点和近阻塞点三个工况处的压气机性能。研究结果表明:叶片变形主要受离心载荷的影响,其影响占比为92.11%~97.22%,叶片最大变形发生在主叶片前缘叶顶处,叶轮最大应力发生在叶轮轴孔底部;从近阻塞点到近喘振点,气动载荷引起的叶片变形不断增大,约占叶片总变形的2.78%~7.89%;变形后压气机效率和压比分别提高0.3%和0.06%,阻塞流量有所减小;发现气动载荷导致的变形方向与离心载荷导致的变形方向相反,叶片变形主要通过改变叶顶间隙来影响离心压气机的气动性能。研究成果为离心压缩机气动及预变形设计优化提供了参考依据。

解决离心式压缩机的主要故障与预防措施分析

离心式压缩机作为一种常见的工业设备,在现代工业生产中被广泛应用。离心式压缩机以其高效率、安全可靠、节能环保等优点,为各行各业的生产带来了极大的便利。但是,由于离心式压缩机的特殊结构和工作原理,离心式压缩机也容易出现各种故障,严重影响生产效率和安全性。本文将重点研究离心式压缩机的主要故障类型,分析其产生原因,并提出相应的解决和预防措施。

超临界二氧化碳离心压缩机气动设计及变工况性能预测

根据超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,SCO_(2))的物性特点,调用美国国家标准技术研究所(national institute of standards and technology,NIST)发布的二氧化碳物性参数,开发了SCO_(2)离心压缩机一维设计及性能预测的程序。利用该程序完成了-10 MW SCO_(2)布雷顿循环发电系统中的分流压缩机气动设计以及不同转速下的性能预测,并结合数值计算与流场分析,结果表明:在设计转速下,一维预测结果与三维数值模拟所得的压气机性能结果在小流量区域变化趋势与数值大小吻合较好,但是在堵塞工况点附近两者存在一定的偏差。在其他转速下,一维预测结果与三维数值模拟所得的压气机性能结果吻合较好,表明该一维性能预测能较好预测SCO_(2)离心压缩机的变工况运行特性。

透平压缩机常见振动故障分析与处理方法探讨

当前石油、天然气、化工、矿山等领域均涉及对透平压缩机的有效应用,可为其高效生产提供助力。但长期处于高功率、高速、高压运行状态下,压缩机转子极易在激振力的影响下出现失稳现象,继而增大出现振动故障的概率。为促进压缩机可靠、安全运行,需借助科学措施有效解决振动问题。从透平压缩机常见振动故障分析入手,并提出振动故障处理方法。

前缘开槽对可调导叶气动性能的影响

为减少大攻角时可调导叶产生的流动损失,本文基于平面叶栅试验和数值模拟方法,在前缘设置不同槽道结构,将叶片压力面的流体引导至吸力面,吹走低能流体,降低总压损失。研究结果表明:设置槽道引导气流产生射流动量至吸力面侧分离区域能够一定程度上降低不同开度下导叶的出口总压损失。在进口速度为45 m/s、攻角为25°时,射流能够有效削弱吸力面的分离涡,可降低65%的出口总压损失和2.4°气流落后角,当来流速度达到98 m/s时出口总压损失最大可降低70%。对比不同的槽道形式的射流动量、角度对流场的影响,发现合理的槽道形式可以降低大攻角时的损失基础上,控制小攻角时射流对流场的负面影响。

离心压气机叶片载荷对间隙敏感性的影响

为了研究压气机叶片载荷分布影响间隙敏感性的机理,对2款叶型在不同间隙下的流动结构及不可逆损失来源进行了分析。结果表明,相对于前部加载叶型,中部加载叶型可以降低叶轮效率对间隙的敏感性,效率衰减斜率会随着设计载荷后移而减小,幅度可达14%;间隙泄漏流与主流的掺混损失对间隙变化带来的叶轮损失的增加起主导作用,占比接近70%;对于前部加载叶型,在25%流向位置附近存在二次泄漏现象,间隙增大后,二次泄漏流继续增强,进而引发三次泄漏,中部加载叶型无此现象;叶片载荷加载方式对间隙敏感性产生作用的主要机理是,前载叶片在间隙增大时,具有更强的通道二次流和泄漏涡结构,进而会带来更高的熵产率和损失,引起压气机效率下降更快带来间隙敏感性增加;通过优化通道内二次流和泄漏涡结构,有利于得到间隙敏感性更低的气动设计。研究结果可为研制低间隙敏感度高性能的压气机提供参考。

基于流线曲率法的超临界二氧化碳离心压缩机通流计算方法

超临界二氧化碳(S-CO_(2))的真实气体特性使得开展S-CO_(2)离心压缩机的三维数值模拟难以获得稳定的收敛结果,同时,数值计算的时间成本进一步增加了压缩机设计优化的难度。对此,本文首先对压缩机开展三维数值模拟,得到流场信息及对应的损失分布,然后在传统流线曲率法中叠加一维损失模型,并沿流线分段计算CO_(2)压缩因子,以此反映真实气体的压缩过程,建立适用于S-CO_(2)离心压缩机的通流计算方法。将通流计算结果与三维数值模拟结果进行对比后发现:流线曲率法得到的子午面相对速度场分布和焓分布与计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)结果基本一致;叶片出口温压数据与CFD结果接近,误差分别为0.23%和1.08%,总静等熵效率相差1.5%。结果表明,采用流线曲率法的通流计算可以快速获得较准确的S-CO_(2)离心压缩机叶轮性能参数。