CN106762819A - 一种适用于宽工况运行的离心压缩机叶轮 - Google Patents
一种适用于宽工况运行的离心压缩机叶轮 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106762819A CN106762819A CN201611047007.4A CN201611047007A CN106762819A CN 106762819 A CN106762819 A CN 106762819A CN 201611047007 A CN201611047007 A CN 201611047007A CN 106762819 A CN106762819 A CN 106762819A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- blade
- impeller
- flexible structure
- operating mode
- wide operation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 6
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 4
- 239000010985 leather Substances 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 3
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 claims 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 4
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 abstract description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 2
- 230000001934 delay Effects 0.000 abstract 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- -1 electric power Substances 0.000 description 1
- 239000003256 environmental substance Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
- F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
- F04D29/30—Vanes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/02—Selection of particular materials
- F04D29/023—Selection of particular materials especially adapted for elastic fluid pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
- F04D29/68—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers
- F04D29/681—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers especially adapted for elastic fluid pumps
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
本发明公开了一种适用于宽工况运行的离心压缩机叶轮，属于离心式风机叶轮叶片制造技术领域。该叶轮采用的叶片具有局部柔性结构，该局部柔性结构位于叶片的非工作面，不平行于叶片前缘，且由叶片尾部开始，随着叶高的增大位置向叶片中部倾斜。本发明在传统离心压缩机叶轮叶片的基础上，通过新型叶片的局部柔性结构与叶轮流道内流体相互作用来延迟流道内流动分离；尤其是在非稳定工况以及流量偏离高效工况时，这时柔性结构的自适应特性可以使得流体能量损失减少，从而达到离心压缩机的扩稳增效的目的。采用具有局部柔性结构叶片的叶轮可为广泛应用离心压缩机的冶金、电力、石油、化工、环境工程等工业部门节约能源消耗，降低成本。
Description
技术领域
本发明属于离心式风机叶轮叶片制造技术领域，具体涉及一种适用于宽工况运行的离心压缩机叶轮。
背景技术
离心压缩机在冶金、电力、石油、化工、环境工程等工业部门应用广泛，但其耗电量大、稳定高效工况范围窄的缺点亟待改善，以降低各工业部门的生产成本。
研究证明，传统的通过优化压缩机叶轮叶片的形状来提高压缩机性能的方法已经远远不能满足现代工程技术的需要。近几十年来，随着计算机技术的发展和计算流体动力学技术的普及，科研人员通过大量的实验和数值模拟对压缩机叶轮进行了大量的研究和探索，已经充分挖掘了传统设计方法的提升潜力。传统方法设计出的离心压缩机只能在设计工况下高效运行，压缩机变工况后，流动便偏离设计，引起较大的分离损失，效率将极大降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于宽工况运行的离心压缩机叶轮，该离心压缩机叶轮的叶片结构简单、加工方便、安全性高，具有抑制、延迟边界层分离效果明显的优势，能够使叶轮以及压缩机整机获得更高效率，同时扩大离心叶轮稳定高效工况范围。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种适用于宽工况运行的离心压缩机叶轮，该叶轮采用的叶片具有局部柔性结构，该局部柔性结构位于叶片的非工作面，不平行于叶片前缘，且由叶片尾部开始，随着叶高的增大位置向叶片中部倾斜。
所述局部柔性结构与叶片中间具有空腔，满足局部柔性结构的自适应变形或自激振动的需要。
所述局部柔性结构对于叶轮流道内流体具有自适应特性，能够在来流作用下自适应地产生形变或自激振动。
通过局部柔性结构与叶轮流道内流体相互作用实现动量向边界层的输运，延迟流道内流动分离。
在非稳定工况及流量偏离高效工况时，局部柔性结构的自适应性使流体能量或动量向叶轮流道尾部传递，使离心叶轮具有平坦的性能曲线及较宽的稳定工况范围。
所述局部柔性结构的材料采用金属箔、皮革或PET板。
所述局部柔性结构的厚度为1mm～5mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的适用于宽工况运行的离心叶轮，该叶轮采用的叶片具有局部柔性结构，离心压缩机叶轮流道内的流动分离发生在叶片的吸力面后部，并且随着叶高的增高，分离区域向叶片中部移动，所以局部柔性结构不平行于叶片前缘，且随叶高的增大，位置向叶片中部移动。这样使得柔性结构位于分离区域的前边界，利用柔性结构与流体的相互作用发生形变或自激振动减小分离区，从而减少流道内流体的能量或动量损失。离心叶轮叶片具有抑制、延迟边界层分离效果明显，结构简单，加工方便，安全性较高等技术优势；能够使叶轮以及压缩机整机获得更高效率，同时扩大离心叶轮稳定高效工况范围。本发明不仅能使离心压缩机更加高效、节能，为广泛应用离心压缩机的冶金、电力、石油、化工、环境工程等工业部门节约能源消耗、降低成本，同时也能够使离心压缩机具有更宽广的工况范围、变工况工作能力强，减少喘振的危害。因此，本发明具有很大的实际应用价值和广阔的发展前景。
进一步地，叶片局部柔性结构的材料以及厚度对于叶轮的扩稳增效同样具有较大影响。因为当柔性结构的材料以及厚度发生变化时，在来流的作用下，柔性结构发生振动的频率与幅度均会改变，这对柔性结构改善流道内流动情况的效果产生影响，进而影响叶轮效率，所以，对于离心叶轮在不同的工作介质、不同的工作环境时需要选择合适的柔性结构材料及其厚度。
附图说明
图1为本发明的离心压缩机叶轮结构示意图；
图2为具有局部柔性结构的单叶片结构示意图；
图3为原始叶轮与具有不同材料与厚度的局部柔性结构叶轮的效率曲线。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明公开了一种具有局部柔性结构叶片的离心压缩机叶轮，离心压缩机叶轮在设计转速下，当流量为设计流量时，叶轮具有最高效率，当流量大于或小于此值时，效率均会下降。离心压缩机在流量过大或过小时，分别受堵塞工况限制或喘振工况的限制，而稳定工况范围的大小是衡量压缩机性能的一个重要指标。由于离心压缩机实际运行中有各种各样的非定常因素影响，内流场是处于不断变化的过程中的，一种几何形状不变的流道是很难适应这种不断变化的流场的。本发明在传统离心压缩机叶轮叶片的基础上，利用在压缩机运行中，叶片与流体发生强烈的流-固耦合所产生的变形或自激振动，通过新型叶片的局部柔性结构与叶轮流道内流体相互作用来实现动量向边界层的输运，从而延迟流道内流动分离；尤其是在非稳定工况以及流量偏离高效工况时，柔性结构的自适应特性可以使得流体能量或动量更多地向流道尾部传递，对流道中出现的分离等不利于压缩机高效运行的流动现象进行专门的、有效的控制，使得离心压缩机具有较平坦的性能曲线，较宽的稳定工况范围。
参见图1，为离心压缩机叶轮的整体结构示意图，图2为具有局部柔性结构的单叶片结构示意图，将离心压缩机叶轮的所有叶片上某一位置加工成空腔，并在其上面安置一柔性结构代替原叶轮部分。局部柔性结构放置于叶片的非工作面，且不平行于叶片前缘，而是由叶片尾部开始，随叶高的增大位置向叶片中部倾斜，且局部柔性结构与叶片中间具有空腔，以满足局部柔性结构的自适应变形或自激振动的需要。
局部柔性结构的厚度与材料可以根据不同的应用环境而改变，局部柔性结构的材料采用金属箔、皮革或PET板等等，局部柔性结构的厚度为1mm～5mm。
本发明具体实验以原始叶轮与柔性结构采用铜箔0.04mm厚度、铜箔0.05mm厚度和铝箔0.1mm厚度的叶轮的效率相比较。结果表明，具有局部柔性结构的叶轮相比原始叶轮效率有提升，尤其是在小流量工况下，效率提升明显，表明具有局部柔性结构的叶轮具有扩稳增效的作用，对工程实际具有重要意义。原始叶轮与具有不同材料与厚度的柔性结构叶轮的效率曲线见附图3。
综上所述，本发明提出的具有局部柔性结构叶片的离心叶轮，不同于传统的优化设计方法，新型离心叶轮通过叶片的自适应形变或自激振动来对流动进行控制而非改变叶片的几何形状，是一种建立在全新的流动控制思路上的设计方法。
本发明提出的离心压缩机叶轮，对新一代离心式压缩机的叶轮设计制造具有重要意义，能够有效地解决流道内部流动分离进而导致压缩机效率下降乃至诱发喘振的问题。本发明的应用将对流体机械相关领域的工业部门诸如：冶金、建材、电力、石油、化工、环境工程等产生重大影响，提高相关领域的生产效率，降低生产成本，对国民经济产生极大地促进作用。使用本发明的具有局部柔性结构叶片的离心叶轮的离心压缩机在高效性、安全性上会有很大程度的提高，从而在市场上更具有竞争力。
Claims (7)
1.一种适用于宽工况运行的离心压缩机叶轮，其特征在于，该叶轮采用的叶片具有局部柔性结构，该局部柔性结构位于叶片的非工作面，不平行于叶片前缘，且由叶片尾部开始，随着叶高的增大位置向叶片中部倾斜。
2.根据权利要求1所述的适用于宽工况运行的离心压缩机叶轮，其特征在于，所述局部柔性结构与叶片中间具有空腔，满足局部柔性结构的自适应变形或自激振动的需要。
3.根据权利要求1所述的适用于宽工况运行的离心压缩机叶轮，其特征在于，所述局部柔性结构对于叶轮流道内流体具有自适应特性，能够在来流作用下自适应地产生形变或自激振动。
4.根据权利要求3所述的适用于宽工况运行的离心压缩机叶轮，其特征在于，通过局部柔性结构与叶轮流道内流体相互作用实现动量向边界层的输运，延迟流道内流动分离。
5.根据权利要求4所述的适用于宽工况运行的离心压缩机叶轮，其特征在于，在非稳定工况及流量偏离高效工况时，局部柔性结构的自适应性使流体能量或动量向叶轮流道尾部传递，使离心叶轮具有平坦的性能曲线及较宽的稳定工况范围。
6.根据权利要求1所述的适用于宽工况运行的离心压缩机叶轮，其特征在于，所述局部柔性结构的材料采用金属箔、皮革或PET板。
7.根据权利要求1所述的适用于宽工况运行的离心压缩机叶轮，其特征在于，所述局部柔性结构的厚度为1mm～5mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611047007.4A CN106762819B (zh) | 2016-11-23 | 2016-11-23 | 一种适用于宽工况运行的离心压缩机叶轮 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611047007.4A CN106762819B (zh) | 2016-11-23 | 2016-11-23 | 一种适用于宽工况运行的离心压缩机叶轮 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106762819A true CN106762819A (zh) | 2017-05-31 |
| CN106762819B CN106762819B (zh) | 2019-05-21 |
Family
ID=58974492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201611047007.4A Active CN106762819B (zh) | 2016-11-23 | 2016-11-23 | 一种适用于宽工况运行的离心压缩机叶轮 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106762819B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110005640A (zh) * | 2018-01-04 | 2019-07-12 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | 一种风扇叶片、压气机及航空发动机 |
| CN114526195A (zh) * | 2022-02-24 | 2022-05-24 | 上海电气风电集团股份有限公司 | 一种新型风机叶片及其静态失速控制方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008002379A (ja) * | 2006-06-23 | 2008-01-10 | Daikin Ind Ltd | 遠心ファン |
| CN201246330Y (zh) * | 2008-07-19 | 2009-05-27 | 刘景斌 | 仿生式离心泵 |
| CN101598105A (zh) * | 2008-06-06 | 2009-12-09 | 中国科学院工程热物理研究所 | 控制叶片表面流动流体分离的装置 |
| US20100090067A1 (en) * | 2008-05-27 | 2010-04-15 | Eurocopter Deutschland Gmbh | Aerodynamic profile with a reversibly deformable contour for aircraft, in particular for rotary wing aircraft |
| CN102358416A (zh) * | 2011-09-05 | 2012-02-22 | 西安交通大学 | 一种用于飞行器的空气动力学高性能翼型 |
| CN103671249A (zh) * | 2013-11-30 | 2014-03-26 | 西安交通大学 | 一种具有局部柔性结构的离心式风机叶轮叶片 |
-
2016
- 2016-11-23 CN CN201611047007.4A patent/CN106762819B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008002379A (ja) * | 2006-06-23 | 2008-01-10 | Daikin Ind Ltd | 遠心ファン |
| US20100090067A1 (en) * | 2008-05-27 | 2010-04-15 | Eurocopter Deutschland Gmbh | Aerodynamic profile with a reversibly deformable contour for aircraft, in particular for rotary wing aircraft |
| CN101598105A (zh) * | 2008-06-06 | 2009-12-09 | 中国科学院工程热物理研究所 | 控制叶片表面流动流体分离的装置 |
| CN201246330Y (zh) * | 2008-07-19 | 2009-05-27 | 刘景斌 | 仿生式离心泵 |
| CN102358416A (zh) * | 2011-09-05 | 2012-02-22 | 西安交通大学 | 一种用于飞行器的空气动力学高性能翼型 |
| CN103671249A (zh) * | 2013-11-30 | 2014-03-26 | 西安交通大学 | 一种具有局部柔性结构的离心式风机叶轮叶片 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110005640A (zh) * | 2018-01-04 | 2019-07-12 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | 一种风扇叶片、压气机及航空发动机 |
| CN110005640B (zh) * | 2018-01-04 | 2020-07-03 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | 一种风扇叶片、压气机及航空发动机 |
| CN114526195A (zh) * | 2022-02-24 | 2022-05-24 | 上海电气风电集团股份有限公司 | 一种新型风机叶片及其静态失速控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106762819B (zh) | 2019-05-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101769266B (zh) | 离心风机叶片 | |
| CN104373388B (zh) | 一种压气机带离散缝式周向槽机匣处理流动控制方法 | |
| CN101813070B (zh) | 小功率风力发电机的叶片翼型 | |
| CN103422912B (zh) | 一种包括叶顶带有孔窝的动叶片的涡轮 | |
| CN102587998B (zh) | 一种用于控制气流分离的叶片吸力面凹槽的设计方法 | |
| CN105090123A (zh) | 一种离心压缩机模型级 | |
| CN103410779B (zh) | 一种高负荷轴流压气机静叶栅流动分离控制方法 | |
| CN102094848B (zh) | 用于大型工业用高压比轴流压缩机的翼型 | |
| CN106762819A (zh) | 一种适用于宽工况运行的离心压缩机叶轮 | |
| CN108953232A (zh) | 一种非轴对称分布静叶轴流式压气机 | |
| CN204921480U (zh) | 离心压缩机模型级 | |
| WO2023151223A1 (zh) | 一种减少磨损的多级半开式离心泵 | |
| CN101749278A (zh) | 基于变开槽宽度的离心压气机非对称自循环处理机匣 | |
| CN102182519B (zh) | 汽轮机静叶自射流二次流控制结构 | |
| CN103939150B (zh) | 一种降低透平级气流激振力的静叶结构 | |
| CN104454656B (zh) | 一种带背腔开孔式周向槽机匣处理流动控制方法 | |
| CN204610370U (zh) | 一种叶片尾缘穿孔的离心叶轮 | |
| CN105317734A (zh) | 一种脊状表面减阻的翼型叶片 | |
| CN207830207U (zh) | 一种离心泵叶轮 | |
| CN205422837U (zh) | 一种带有动叶片前部消涡孔结构的变几何涡轮 | |
| CN104912843B (zh) | 一种具有工作面椭圆形叶片出口边的混流泵叶轮 | |
| CN201368066Y (zh) | 一种s型对称机翼叶型 | |
| CN204357781U (zh) | 一种用于多级轴流压气机中的端弯联合弯静叶 | |
| CN204692185U (zh) | 一种基于计算流体力学模拟的高效离心鼓风机 | |
| CN204419711U (zh) | 一种带背腔开孔式周向槽机匣处理结构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220328 Address after: 100088 block B, floor 7, unit 2, building 6, Guancheng Beiyuan, Haidian District, Beijing Patentee after: BEIJING JIAERDE TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: Beilin District Xianning West Road 710049, Shaanxi city of Xi'an province No. 28 Patentee before: XI'AN JIAOTONG University |