带泄漏通道的半开式离心叶轮轴向力推力数值模拟分析

离心叶轮轴向力的计算是大型、高速离心压缩机设计的关键技术之一。本文以某0.17流量系数离心压缩机半开式叶轮为研究对象,采用数值模拟的方法对该叶轮在设计工况、变工况和变关键几何尺寸条件下的轴向力展开了计算和模拟分析。结果表明:半开式离心叶轮轴向力一维计算方法与本文所采用的数值模拟方法相比,两者误差为5.8%;轴向力随流量的增加呈现先增加后减小的趋势;当叶轮的转速增加时,叶轮轴向力在全流量范围内增加;当进气温度增加时,轴向力呈现线性下降趋势;当进气压力增加时,轴向力呈现线性增长趋势;当密封齿数增加时,叶轮轴向力线性增大,泄漏量逐渐减小。当密封轴颈增加时,叶轮轴向力先减小至平衡状态后再反向继续增加,泄漏量成倍数增长趋势。

高压离心压缩机轴向推力计算

详细分析了离心压缩机轴向力的组成，建立了离心叶轮外侧间隙内泄漏气体流动的计算模型，采用了低Ｒｅ数ｋε模型，用ＳＩＭＰＬＥＣ方法求解控制方程．对１台离心压缩机的轴向力进行了计算，结果令人满意．

离心压缩机轴位移故障自愈调控系统试验研究

通过总结轴位移故障的特征,分析研究可倾瓦推力轴承的力学性能,提出一种在线预测和诊断轴位移故障的方法,通过试验实现轴位移故障自愈。离心压缩机的轴位移故障大多带有突发的特点,这种突发是由于推力盘和轴瓦之间的油膜破裂导致的。这种破裂可能是润滑油油质变差或者油压降低导致油膜承压能力严重降低,达到一定门槛值后,油膜破裂;也可能是离心压缩机在工艺工况波动时,转子轴向力增大超过了油膜的承载能力,从而导致油膜破裂。不管哪种故障都会导致轴瓦的严重磨损,压缩机紧急停车。通过在线的检测推力轴承的油膜刚度,区分导致轴位移增加是否由轴向力引起,并且引入轴位移故障自愈调控机制,以轴位移为控制参量,实时调控转子的残余轴向力,保证推力轴承的最小油膜厚度。试验研究表明,该机制能够有效的实现离心压缩机轴位移故障的自愈。

多级离心泵轴向力平衡装置的设计与分析

可靠的轴向力平衡装置是高压多级离心泵实现平稳可靠运行的重要机构。针对反渗透海水淡化高压泵对结构和运行可靠性的特殊要求,设计了一种用于节段式多级离心泵的新型轴向力平衡装置。基于计算流体力学(CFD)方法研究了平衡装置内部的流场结构及其轴向力平衡机理,分析了不同轴向间隙、径向间隙以及滑动轴承长径比条件下的轴向力平衡特性。结果表明,不同进出口压差条件下,滑动轴承间隙内流动结构存在明显区别,轴承支撑机理发生变化;平衡力和相对泄漏量随轴向、径向间隙的增大呈非线性增大,平衡力随长径比增大近似呈线性增大,相对泄漏量随长径比增大近似呈线性减小。对径向、轴向间隙和长径比进行各种组合分析计算,得到轴向间隙0.2mm、径向间隙0.3mm、长径比为1的结构优化的新型机构,该机构既可以很好地平衡轴向力,又提高了多级泵的可靠性。

利用轴向力预测离心压缩机的级密封状态

根据离心压缩机转子所承受的、可实时监测的轴向力与级密封间隙的关系,提出了基于轴向力的离心压缩机级密封状态的预测方法.在分析叶轮两侧缝隙内泄漏气体流动的基础上,采用计算流体动力学方法对其进行仿真,得到轮盘及轮盖上的压力分布,由此计算出轴向力.把不同级密封间隙值及对应的轴向力作为输出、输入向量,对BP神经网络进行训练,以获得在线状态预测模型.测试结果表明,该模型对离心压缩机级密封的状态预测是有效的.

高压离心式压缩机轴向推力研究

采用现代三维计算流体动力学CFD技术,对高压离心压缩机轴向推力进行分析。建立了叶轮间隙和迷宫密封的整体模型,并充分考虑了叶轮两侧密封对轴向推力的影响。

某过程工业用离心压缩机模型级轴向推力测量研究

以某小流量系数离心压缩机模型级为研究对象,测量了模型级叶轮盖侧以及盘侧间隙的静压分布以及叶轮的轴向推力。测量结果表明:叶轮盘侧间隙与盖侧间隙静压分布沿半径增大的方向基本呈线性分布;叶轮轴向推力是静态力与动态力的合成,静态力是主要成分,动态力也占有较高比例;叶轮轴向推力基本上随着机器马赫数的增加而增大,主推力基本上随着流量的减小而增大,但到近喘振点时主推力会有所减小。

BCL407型高压离心式压缩机轴向推力的计算

详细分析了离心叶轮外侧间隙内泄漏气体的流动规律和离心式压缩机轴向推力的组成。建立了离心叶轮盘、盖外侧间隙内泄漏气体流动的计算模型，采用了低Ｒｅ数κε紊流模型，并用ＳＩＭＰＬＥＣ方法求解控制方程。分别计算了离心叶轮盘、盖两侧不同间隙宽度及不同泄漏流量大小时的压力沿径向的分布。对一台化工用ＢＣＬ４０７型高压离心式压缩机高压缸的轴向推力进行了计算，结果令人满意。

离心压缩机轴向力调控与平衡盘密封改进研究

综合利用干气密封的泄漏量低和迷宫密封可靠性高的特点,同时考虑在原有装备上改造的可行性,设计了迷宫-干气组合式平衡盘密封系统,并用计算流体动力学(CFD)的方法验证该设计思路的有效性。在此基础上,引入轴位移故障自愈调控系统,从而能够使得透平压缩机安全高效运行。

CO_2离心式压缩机高压缸转子变转速、变流量工况下轴向推力的计算与分析

在测量ＣＯ２离心式压缩机高压缸转子各级叶轮性能曲线的基础上，研究了变转速、变流量工况下高压缸转子轴向推力的变化规律，揭示了ＣＯ２压缩机高压缸转子在启动过程中容易发生窜轴事故的原因。针对５２万ｔ／ａ尿素装置实际生产过程的特点，提出了控制轴向推力大小。

离心压缩机闭式叶轮轴向推力的计算方法研究

采用SA湍流模型对某离心压缩机的三维粘性流场进行了模拟。获得了该离心压缩机叶轮轮盘轮盖外侧的静压分布。采用实验对该离心压缩机叶轮轮盘轮盖外侧的静压分布进行了验证。在此基础上,提出了一种离心压缩机闭式叶轮轴向推力的计算方法。该方法考虑了叶轮种类、叶轮转速、叶轮直径、介质种类等因素对轴向推力的影响。最后,对某离心压缩机的叶轮轴向推力进行试验并和该方法的计算结果进行对比,计算结果和实验结果吻合良好。

具有密封结构的超临界二氧化碳离心压缩机特性研究

为更全面了解超临界二氧化碳(SCO_(2))压缩机内部流场,针对150 kW级简单布雷顿循环的SCO_(2)离心压缩机,设计了盘腔和迷宫密封。采用数值求解三维RANS方程和k-ε湍流模型的方法,研究了考虑盘腔和密封结构的SCO_(2)离心压缩机的气动性能和轴向推力;采用有限元方法分析了考虑气动力和离心力综合作用下离心叶轮的应力和应变特性,同时计算了设计的迷宫密封的应变。结果表明:具有盘腔和密封结构的SCO_(2)离心压缩机在设计工况下气动效率为72.1%,压比为2.19;SCO_(2)离心压缩机的最大轴向推力为1635 kN;离心叶轮的表面等效应力最大值为109.95 MPa,满足设计材料304钢的强度需求;盘腔的泄漏流动会造成SCO_(2)离心压缩机气动效率的下降,但是在高流量工况下,盘腔泄漏可以缓解扩压器前缘的凝结现象。该研究可为具有盘腔和密封结构的SCO_(2)离心压缩机气动性能和强度特性分析以及密封结构设计提供参考。

单轴压缩机推力轴承在组装式压缩机中的应用

介绍了单轴压缩机推力轴承形式应用在组装式压缩机中的结构特点,通过分析SVK1-1H产品,解决了原结构高速转子工作转速超二阶临界转速,转子挠性大的问题,提高了机组的运行稳定性。

双端面干气密封在单级悬臂循环气压缩机中的应用

对比了双端面干气密封和串联式干气密封在单级悬臂循环气压缩机中应用的结构特点。介绍了双端面干气密封结构形式所解决的技术问题,从运转结果证明此结构应用有效,为单级悬臂循环气压缩机组提供了一种新的结构方式。

全工况下离心式制冷压缩机轴向力数值分析

离心压缩机广泛应用于商用空调系统中,气悬浮技术是离心式制冷压缩机重要发展方向之一,但需承载压缩机轴向力的气体轴承的承载能力较小。因此,以离心式制冷压缩机闭式叶轮为研究对象,采用数值方法对叶轮在全工况下的轴向力进行了模拟分析。研究结果表明:当压缩机运行于稳定工况范围时,叶轮轴向力随压比的增大而减小,随流量的减小而减小,但当压缩机工作点接近喘振区和阻塞区时,轴向力明显增大;叶轮轴向力随转速的增大而减小,密封直径对叶轮所受轴向力影响较大;设计工况下的轴向力数值计算与理论计算的误差为4.4%。

离心式压缩机在阻塞状态下的运行研究

离心式压缩机偶尔会有在阻塞区或其附近运行的情况。通过建立阻塞状态下所允许的各种操作极限,在测试数据和模拟数据的基础上对离心式压缩机在阻塞区的运行状态进行了研究。考虑到机芯性能、轴向载荷、蜗壳特性以及径向载荷的变化。讨论了叶轮叶片的激振问题。对多级压缩机和双段压缩机在流量明显高于设计流量运行时,叶轮不匹配所造成的影响给出了特别的建议。压缩机过载运行范围的限制不仅影响操作灵活性,还要求配备更复杂的控制系统。讨论了离心式压缩机在阻塞状态下运行的气动、结构以及转子动力学的问题,提出了离心式压缩机在阻塞区可使用和不可使用的基本特性。

化肥装置高压压缩机轴向推力的优化设计

从机组的设计参数出发,采用理论和实际相结合的方式,对轴向推力的计算方法进行修正;通过优化压缩机结构,使现实运行情况贴近气动计算基本条件;改进推力轴承结构和加工方式,使机组能承受更大推力。通过上述的升级改进,有效地解决了此类超高压机组的轴向推力难点。

平衡孔对高温高压离心泵性能的影响研究

本文以离心泵为研究对象,采用RNG k-ε湍流模型,对高温高压条件下运行的离心泵叶轮有无平衡孔两种情况分别进行离心泵全流道三维湍流数值模拟,分析叶轮上的平衡孔对泵的性能及轴向水推力的影响,探讨了其减少轴向水推力的效果。数值模拟的结果表明,若平衡孔的大小及位置布置合适,平衡孔对泵的扬程影响较小,使泵的效率略有降低,但对泵轴向水推力的减小是有效的,与不带平衡孔的模型相比,轴向水推力减少约为15%。

背腔结构对双级离心空压机轴向力及性能影响

基于高速电机直驱与空气轴承技术的无油离心空压机增压技术在燃料电池进气系统中有着广阔的应用前景。由于空气轴承的轴向承载能力与止推轴承效率成反比,控制和减小空压机轴向推力对于提升空压机工作可靠性及运行效率至关重要。以燃料电池双级离心空压机为研究对象,设计了不同叶轮背腔模型,采用数值方法,研究轴隙泄漏、背腔轴向间隙对空压机性能及轴向力的影响。结果表明,在轴隙泄漏的影响下,背腔结构对轴向推力产生显著影响,且随着轴隙泄漏量增加,背腔结构的影响加剧。在双级结构下,高压级压气机背腔结构的变化对总体轴向推力的影响占据主导作用,通过合理的背腔结构设计并结合背腔密封技术,可有效实现对空压机轴向推力的控制,并减小轴隙泄漏对空压机性能带来的负面影响。