近期,有些设备制造商重新使用拱肋扩压器——一种特殊的低稠度叶片扩压器,它的叶片宽度要短于扩压器宽度,见图9。这种扩压器最初开发于20世纪70年代中后期,不过在当时并没有得到认可。只能在一定流量系数范围内大幅提高效率。 1.3 其它部件(进口导叶、回流器、出口涡室、进口涡室、旁流和机壳) 早期的定子部件大多是铸件,所以它们可能出现偏心、叶片厚度偏差和表面粗糙等缺点,引起过多的损失和不确定的预期性能。 为了减少铸造模具数量、提高铸造精度,在铸造机壳中的弯道或过渡段结构时,会引起一些如扩压器和弯道的流道不对齐等问题。由于弯道(大半径,截面近似半圆形)铸造在机壳中,它的位置和尺寸就确定了。而隔板中的叶盘(小半径,截面近似半圆形)是单独加工的,不可能与这个特定位置与尺寸的弯道照配,这样就会出现如图 10 所示的不对齐问题,从而降低效率,且此处成为形成旋转失速流场的位置。 为了解决此类问题,压缩机制造商开始制造具有稳定流场流道的部件。由于早期加工方式的限制,只有回流器叶片可以用三轴铣制。随着大型五轴铣制的出现,进口涡室和出口涡室等复杂部件就可以较为精确地制造了。而且预旋进口导叶也可以用五轴铣制来加工。直到 2000 年,压缩机制造商才可以制造出全部由组装 / 加工的内部部件组成的离心压缩机,而在 20 世纪 50 年代,所有这些部件还都是铸造的。 组装这些不同部件所采取的组装方式也很重要。合适、先进的组装方式可以显著提高质量、可靠性和安全性。此外,在现代离心压缩机中,先进的焊接技术和螺栓把紧技术也扮演着重要角色。而使用液压拉紧、超级螺母等方法,可以使得装配和拆卸部件更方便,且使各部件间的搭配更为灵活。 在获得流道几何尺寸的精确性和高质量的表面光洁度时,机壳也可以使用组装(焊接)型式。可以通过补焊或其它工艺来进行相对容易的修理,同时,铸钢机壳也会比铸铁机壳先进一些。 1.4 分析技术 分析技术的进步是改善离心压缩机空气动力学过程中很重要的一部分,计算机技术在其中起到了直接的作用。随着计算机技术的发展,人们可以在较短时间内进行更复杂的数学计算,从而能对单个部件或整个压缩机进行更逼真的模型分析。 1.4.1 一维方法 最常见的一维模型是利用“速度三角形”原理。各种基于欧拉方程、伯努利方程、能量方程、角动量方程和其它经验性的模型公式,被用来解决离心机中不同关键部位的子午面方向、切向、相对速度和气流角等问题。这些公式都主要关注在各部件的气流进、出区域,而对中间过程知之甚少。虽然现在人们大多只是用它们来进行一些基本尺寸计算,但它们却是早期透平机械设计者可以使用的唯一方法。 在 20 世纪 50 年代早中期,所有设计均使用一维方法进行的,所使用的工具只有计算尺、铅笔、圆规、量角器、图板、白纸以及人类的创造力和智力。尽管当时缺乏先进的计算机和分析程序,人们还是设计了一些非常优秀的压缩机,其中对于军用飞机引擎的开发在这个过程中起到了关键作用。另外,必须反复进行设计 - 试验,直到试出一个能够达到性能要求的配置。这虽然不是开发压缩机的有效方法,但却是当时唯一可以使用的方法。 1.4.2 二维方法 二维方法在 20 世纪 50 年代末期开始被商业化应用,成为设计师开发和分析部件的空气动力学更为先进的一种手段。与一维方法不同,二维方法可以考虑到整个流道的边界条件,包括轴盘和轮盖的轮廓、叶片或导叶的角度和厚度等。 大多的二维方法使用流线曲率法。使用流线曲率准则可以将流道分成相同的质量流量的流管,见图 11 。通过子午面(或轴盘 - 轮盖)边界的当地曲率和通过流管的质量流量来计算速度。一些准则对于叶片至叶片方向的曲率的变化同样敏感。 |