本文提出了一种离心压缩机备件转子新的制造方法,即多级离心压缩机叶轮逆向工程气动设计。以某多级离心压缩机机组为研究对象,对叶轮进行逆向工程气动设计。首先,分析机组数据表参数,反求各级叶轮气动性能,并以此作为设计目标;然后,在保证所有定子组件及子午结构不变前提下,进行叶轮设计,并对设计方案的气动性能和力学强度进行校核;最后,预测离心压缩机组的气动性能曲线。计算结果表明,设计点的气动性能、稳定运行工况范围以及强度性能均满足原压缩机机组的要求。

受高效飞行鸟类翼型结构启发,尝试采用叶轮仿鸮翼设计结合子午流道型线参数优化设计提高离心压缩机的气动性能。首先,提取具有优良气动性能的长耳鸮翅膀展向40%截面处翼型进行仿生逆向重构,基于鸮翼厚度分布特征进行离心压缩机叶轮的仿生设计;然后,采用拉丁超立方抽样、BP神经网络拟合、遗传算法寻优对叶轮叶顶侧子午流道型线进行参数优化,并对优化设计前后的离心压缩机气动性能及其流动特性进行数值分析。结果表明采用提出的叶轮仿生设计耦合子午流道参数优化方法,离心压缩机内部流场得到改善,气动性能得到提升。设计工况下,优化后的离心压缩机多变效率提高了3.16%,压比提升了2.61%;叶轮内部及叶片扩压器出口的高熵区域缩小,流动分离得到有效抑制,同时叶片表面载荷增大且分布更加均匀,叶轮做功能力增强。

本文采用CFD方法对某中等流量系数离心压缩机模型级转子气动力进行了研究,通过进气蜗室与离心压缩机模型级的全通道连算,对比分析了不同运行工况下进气蜗室出口气流不均匀性对转子径向力和轴向推力的影响。结果表明:与轴向均匀进气相比,设计工况下进气蜗室出口气流的不均匀性使得转子产生了明显的径向气动力,但对轴向推力的影响并不明显。采用冻结转子交界面进行定常计算时,叶轮不同相位角下计算得到的径向力和轴向推力均变化不大。非设计工况下,转子径向力略有增大,且力的方向发生变化。另外,本文通过在叶轮进口设置导叶,在保证模型级性能的基础上,可以提高叶轮进口气流的均匀性,从而大幅度降低转子径向气动力,但进口导叶并不会对轴向推力产生明显影响。

本文采用PIV（粒子图像速度仪）测试系统来测量水泵模型内部流场的速度分布情况,同时采用NUMECA软件对试验工况进行数值计算。在试验前,对泵壳改造的可行性进行了性能计算验证,对可视化试验部件的强度进行了应力分析。在试验中共选取了4个转速,在每个转速下分别选取3个流量工况,每个工况测量3个流场截面。通过试验测得的整泵性能和泵内流场速度分布特性均与数值计算结果良好吻合,为数值计算方法的准确性提供了有力的验证,为计算方法和优化设计方法的改进方向提供了参考。

使用NUMECA计算软件，针对一个带有径向进气吸气室及可调进口导叶的离心压缩机级，在几个不同的进口导叶开度下，对压缩机级内部的三维粘性可压缩定常流动进行了非轴对称条件下的全通道数值模拟，并将计算所得到的在导叶全开状态下的级性能与该压缩机已有的级性能实验结果相比较，证实了数值模拟结果满足工程分析的精度要求。然后给该压缩机级更换了一种新的可调进口导叶，在完全相同的条件下对该压缩机级再次进行数值模拟，并分析了导叶更换对压缩机级性能产生的影响。最后，在进口导叶与叶轮之间选择了5种不同的轴向距离，在轴向进气及流动轴对称的简化条件下对该压缩机级分别进行了单通道数值模拟，对进口导叶与叶轮之间的最佳距离进行了初步探讨。数值模拟结果表明，用新导叶取代原导叶对级性能影响不大，主要原因是更...

改变离心压缩机的进气通道结构,以提高其进口导叶的调节性能。根据对预旋、阻力影响因素的定性分析,提出了增加导叶尾缘处当量预旋半径的改进思路。基于该思路设计了6种改进方案,并通过数值模拟对各方案的改进效果以及改进思路的合理性进行了验证。

径向吸气室作为离心压缩机中重要的静止元件逐渐获得了行业内研究人员的重视。本文基于数值模拟方法，以一台离心压缩机的径向吸气室为研究对象，对其某些几何参数和结构进行了改进。结果表明，改进后吸气室内部的气体流动得到改善，在设计流量下吸气室的总压损失系数明显下降，多变效率提高了5％，吸气室出口气流参数分布的均匀性也有所改善。