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叶轮:离心压缩机叶轮的设计与制造

2021-08-18

    在离心式压缩机中,叶轮设计的坏,对压缩机级特性将起着决定性的作用。设计叶轮的主要气动参数,如流量系数、冲角、滑移系数、进出口动量矩变化等,在工程设计中通常是根据经验公式来计算或进行选取。然而,这也正是一元设计的不确定之处,为了验证设计的可靠性要进行模型级的试验。
 
    JIANG
 
    精
 
    叶轮是工艺品
 
    (提醒:请在WIFI下观看,土豪忽略!)
 
    叶轮
 
    叶轮又称工作轮,离心式压缩机中唯一对气体做功元件,而且是高速旋转元件,所以对叶轮的设计、材料和制造工艺都有很高的要求。
 
    设计及制造要求
 
    提供尽可能大的能量头
 
    叶轮以及与之相配套的级的效率要高
 
    所设计的叶轮形式能使级及整机的性能稳定
 
    强度和质量的符合要求
 
    叶轮类型
 
    壹
 
    按照叶片的弯曲形式分
 
    主要有后弯式、径向式及前弯式三种
 
    前弯式由于效率低,在压缩机中部采用,压缩机目前普遍采用后弯式,由于三元流理论的不断发展以及加工技术的进步,近几十年来扭曲叶片在叶轮中的应用越来越广泛,因为扭曲叶片叶轮内气体流动比较均匀,速度和压力分布比较合理,流动损失小,压缩级的效率明显提高。
 
    贰
 
    按照叶轮开放形式分
 
    可以分为开式、半开式和闭式三种
 
    开式叶轮结构最简单但是气体流动损失最大,故叶轮的效率最低,在压缩机中很少使用。目前闭式和半开式叶轮在压缩机中的应用越来越广泛。
 
    半闭式叶轮和开式叶轮不同,改善了气体流道,减少了流动的损失,提高了效率,但是唯一的缺点是侧面间隙很大,内泄漏算是大。由于半开式叶轮可以整体铣削,叶轮的强大打,叶轮的圆周速度可以很大,有利于压缩比的提高。
 
    闭式叶轮由轮盘、叶片和轮盖组成,这种叶轮低气体流动有利,效率也比前两种高,在离心式压缩机中广泛应用。
 
    叁
 
    按照加工工艺可以分
 
    分为铆接式、焊接式、整体式三种
 
    一般铆接式叶轮的叶片常用钢板压制而成分别与轮盘、轮盖铆在一起,缺点是强度较低。
 
    整体铣削叶轮减少了气体的流动阻力损失,可以提高叶轮的效率,精密铸造工艺省时,省料,但是由于形状复杂,加工工艺要求比较高。
 
    焊接叶轮目前应用最广泛,它使用于叶道较宽的叶轮,在出口宽度较大时,叶片单独压制,然后与轮盘和轮盖焊接。
 
    叶轮气动设计
 
    鉴于目前CFD已能在满足工程精度的范围内得到叶轮机械内部的流场细节,而且还能真实地反映离心式压缩机内部复杂的流动现象,甚至还能够预见理论分析和试验研究中尚未发现的新现象。国际上著名的公司已将CFD技术用于压缩机设计和进行流场研究及性能预测,这说明CFD技术已经开始由研究阶段向实用化的方向发展。
 
    离心式压缩机叶轮内部流动状况十分复杂,叶轮进出口气动设计参数远不像工程设计中假定的那么简单。叶轮各叶道质量流量和进口冲角不均匀,呈现周期性变化,主要是受蜗壳中流场分布的影响。一个级的流场是一个整体,局部流场分布不均匀会影响其上、下游元件内的流动。离心式压缩机内流场参数的分布,取决于压缩过程进行时的几何条件及运转条件。其中,几何条件对流场参数的分布起着决定性作用。
 
    叶轮制造
 
    CFD
 
    进行计算流体动力学分析(CFD)和性能预测、刚度计算分析(CAE)和数控加工(CAM)等
 
    CAE
 
    CAM
 
    软件
 
    目前市场上使用的CAD/CAM/CAE商业软件主要有UG、Pro/ENGINEER、CATIA等,其中Pro/E使用最为广泛,并且功能强大且接口友,本文使用Pro/E进行三维实体建立,并将在Matlab里生成的叶片坐标数据保存为。lib文件,与Pro/E进行接口,从而生成空间扭曲叶片。
 
    硬件
 
    五轴加工(5 Axis Machining),顾名思义,数控机床加工的一种模式。采用X、Y、Z、A、B、C中任意5个坐标的线性插补运动,五轴加工所采用的机床通常称为五轴机床或五轴加工中心。

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