文摘
目前的实验调查处理低速离心压缩机的性能改进等便宜的被动手段湍流发生器放置在不同的位置和部分转子叶尖附近的裹尸布。实验进行了叶尖间隙的三个值,即2.2%,5.1%,和7.9%的转子叶片高度在出口处。性能测试总共13进行配置。从这些测量,发现部分裹尸布给最好的性能。压缩机性能的改善可能是由于减少叶尖泄漏流的小扩展部分裹尸布(2 mm压力面一侧)。虽然名义性能的变化是由于湍流发生器(TG), TG有有益的影响增加的操作范围。
1。介绍
离心式压缩机已广泛应用特别是对发电厂为小型飞机和直升机,在流程行业,压缩的气体和蒸汽,和制冷,因为他们可以提供高压比率和大型操作范围和较高的效率。离心式压缩机主要用于他们的适合处理体积小流,但其他优点包括更短的长度比等效的轴流压缩机,减少对性能的损失累积的存款在叶片表面,操作及其适用性广泛的质量流量。离心式压缩机的效率低于一个轴流式压缩机。效率可能是最重要的透平机的性能参数。流条件提示地区的转子叶片由于强相互作用是非常复杂的漏流边界层和二次流。叶尖泄漏流因此会主要对压缩机性能的影响。叶尖间隙影响的全面审查离心式压缩机是由Pampreen [1]。Senoo和石田2]给出解析表达式来量化离心鼓风机的叶尖间隙的影响。Senoo [3]全面审查了叶尖泄漏流力学在轴流式和离心式压缩机。石田et al。4)测试离心鼓风机用不同形状(正方形,圆形,e,即。,with an extension on the pressure surface side) and found that E-type tip provided improved performance. The concept of partial shrouded rotor in a small high-speed high-pressure ratio centrifugal compressor was computationally investigated by Tang et al. [5]。他们发现漏流减少的部分笼罩转子。最近,Akturk和Camci [6)三维平均流量测量导管的尖端附近轴流式通风机转子使用立体粒子图像测速仪。许多小说提示治疗基础上专门设计的压力面扩展测试减少叶尖泄漏流。扩展的弦向的位置和宽度在圆周方向上系统地变化。提示平台扩展转子叶片后缘附近被发现显示最好的提示处理性能。他们(7,8)进一步进行了计算和实验调查额外提示治疗。Kameier和Neise9)使用尼龙搭扣带径向间隙的轴流式压缩机来改善其空气动力学和声学性能。西塔拉姆和Thakar10)应用这种技术在低纵横比轴流式通风机,发现其性能提高,即使尼龙搭扣带被上游的转子。任何简单的被动的手段提高离心压缩机的效率和工作范围是非常有用的。现状调查与客观测试的有效性进行廉价的被动方式,如湍流发生器(TG)和部分遮蔽(PSs)实现离心式压缩机的操作范围和效率增加。这些被动元器件测试单独和组合到达最好的组合。
2。实验装置、被动的意思,和仪表
2.1。实验装置
目前的实验调查正在进行低速离心压缩机安装在热透平机实验室,机械工程系,印度理工学院的马德拉斯。实验装置的布局示意图如图1。实验设置基本上由离心转子由一个5千瓦直流电机额定转速为2000 rpm。特区电机直接耦合轴带动转子。
压缩机的吸入管的主要部件转子,无叶片的扩散形成的前后墙套管和蜗壳的圆形截面,和交付管出口和进口喷嘴节流。压缩机的主要设计细节表1。
2.2。被动的方法
两个便宜的被动方式,即使用湍流发生器和部分寿衣,在目前的调查。下面给出被动方式的细节。
紊流发生器
紊流发生器用于实验的脱扣装置代的湍流边界层。湍流发生器(TG)与吸入管的内转子的上游。涡流发生器(TG)是由尼龙搭扣带。尼龙搭扣带与吸入管的内部。Vecro磁带是10毫米的轴向宽度,长度是942.5毫米,厚度为2毫米。16毫米的低碳钢环轴向宽度,厚度3毫米和930毫米长度被用来修复吸入管的尼龙搭扣带。一层环氧树脂的使用非常小的厚度在磁带和汽缸壁把磁带。环施加均匀圆周压力在磁带。额外的环氧树脂的吸水管墙之间的差距和尼龙搭扣带和删除。是观察到的时间的环氧树脂硬化是最小化,硬环氧树脂的厚度是或多或少的制服。 Also, there was no sag of Velcro tape, and there was no gap between Velcro tape and suction duct.
部分用裹尸布裹
部分遮蔽了0.1毫米不锈钢垫片的厚度。不锈钢垫片是切的形状矩形块50 mm×5毫米大小。这些矩形块贴在叶片的尖端使用一层极薄的环氧树脂。
通过TG和PS也获得了各种配置。配置,这些配置的性能测量和比较在叶尖间隙的三个值,也就是说,2.2%,5.1%,和7.9%的转子叶片高度在出口处。配置测试的细节表2,如图2。叶片间视图显示转子叶尖上的部分裹尸布也显示在图2。
2.3。仪表
压缩机的性能决定了整个压缩机静压的变化。吸入管和交付上的静态压力管是使用扫描测量的盒子(模型FC091-3)和微压计(模型FCO12)生产的M / s Furness控制有限公司,贝克斯希尔,又英国扫描框包含20个阀门,按顺序编号。被测压力被连接到输入编号。压力输入读取序列用微压计。微压计是一个敏感的压差测量装置,能够阅读空气压力从0.01毫米到2000毫米工作组。它将应对压力输入50赫兹。但时间常数电位器可用于平均压力波动。
离心式压缩机的速度使用无触点式数字转速表测量。四个相互关联的静态压力没有配置进口喇叭口汽缸壁在喉咙部分被用来确定入口速度。了解承口面积、体积流量计算使用一个合适的承口的流量系数值。与独立励磁机用于直流电动机驱动离心式压缩机的转子。输入功率测量电压表和电流表连接单独的字段和电枢供应。使用一个合适的价值运动效率得到转子输入功率。
3所示。结果与讨论
目前调查的结果,在这一节中讨论。的压缩机的性能与和与提出了。无量纲参数定义如下。
流量系数: 在哪里是体积流量(m3/ s) =,转子齿顶圆直径(米)退出(m)的转子叶片宽度,在转子出口径向速度(米/秒),和转子叶尖速度(米/秒)。
能量系数: 在哪里具体工作(m2/秒2)=。
功率系数: 在哪里耦合功率(瓦特)=,电机电压(伏特),电机电流(安培),电机效率,吸入管区域(m2)。
压缩机的效率,
3.1。配置的影响
图3显示了性能特征的能量系数,与流量系数,叶尖间隙的三个值。为,尽管TG的影响和TG *是减少稳定工作范围略有增加。最大能量系数的流量系数,,发生减少。当TG * *放在旋转中心,连同TG固定套管,能量系数大幅减少。
性能曲线是名义上的TG的影响较低的间隙值。然而,在7.9%的更高价值的间隙,可观增长实现,增加小稳定工作范围。TG的影响* * *放在直径400毫米的间隙是微不足道的。TG显示有益影响轴向转子的性能(9,10]。低动量汽缸壁边界层流体是由TG精力充沛。在离心转子,虽然低动量流体能量通过TG,边界层穿过一个高度弯曲的通道。所以TG可能没有实质性影响性能。然而,在叶尖间隙的价值越高,观察到一些有利影响。
部分裹尸布的效果是提高压缩机的性能,增加和,在叶尖间隙的三个值测试。的价值在哪里发生降低,从而增加稳定的操作范围。尽管性能测量的最大体积流量,为了清晰的陈述,性能曲线与曲线是有限的,。然而,对于与曲线(图4),性能齐全,的最大值0.40。的值和在哪里发生的所有配置表3。性能曲线的趋势与类似于与曲线。配置与PS清楚显示更高的效率高达5%。因为扩展的部分裹尸布,叶尖泄漏流必须长途旅行之前与主要交互流。叶尖间隙的收缩系数降低,减少叶尖泄漏流和损失。因此,转子部分裹尸布的性能和效率改进的转子相比没有部分的裹尸布。出口附近的叶尖泄漏流强的转子,由于较高的加载。因此,部分裹尸布在这个地区的转子有实质性的效果。目前的实验进行一个配置部分裹尸布。有进一步的试验范围的长度和宽度偏裹尸布到达最好的部分裹尸布。
最重要的性能参数显示配置展示在表的影响3。它可以得出结论,部分裹尸布对压缩机的性能有很大好处,而TG的影响是名义上的,除了在叶尖间隙的更高的价值。在目前的实验中,偏裹尸布的一个很小的延伸2毫米转子叶片的压力面一侧。可能原因的改善压缩机性能由于这个小扩展可能减少叶尖泄漏流,由于减少收缩系数。
这里必须强调,在转子上面演出不仅包括损失还在扩散损失,蜗壳和下游管90°弯曲。
3.2。叶尖间隙的影响
为了确定叶尖间隙的影响在压缩机的性能,没有被动的意思,方面的性能曲线与和与改建为四个配置,即没有被动的意思,用TG,与PS,和TG + PS提示许可的三个值测试,也就是说,%、5.1%和7.9%。的与曲线(图5)表明,压缩机的工作范围增加,基本配置,叶尖间隙的增加。类似的结果中观察到的低速径向倾斜离心式压缩机(11和高速离心压缩机12]。的影响(即被动手段。,TG, PS, and TG + PS) is to reduce this trend. For both configurations, TG and TG + PS,发生在几乎相同的三种间隙的流量系数测试。然而,对于PS的配置,这个好处是不太明显。因此,可以得出结论,TG有有益的影响增加的操作范围内,以较低的价值测试间隙,尽管名义上的变化和。的发展趋势与曲线(图6)是相似的与曲线。效率随叶尖间隙的增加而减小。减少为基本配置效率高达5%,而这是小与被动意味着其他配置。
叶尖间隙的影响最重要的性能参数提出了表4和图7。从图中,很明显,PS和TG + PS配置给更高的能量系数相比,基本和TG配置。尽管TG配置给几乎相同的值的能量系数(除了%)基本配置相比,能量系数与叶尖间隙的敏感性降低%开始。类似的观察了TG + PS配置与PS配置。的价值与叶尖间隙最大效率仍然几乎不变。然而,的价值以最大能量系数与叶尖间隙死亡。的价值基本配置的最大能量系数最大紧随其后TG + PS, TG, PS配置。
效率的最大值是最低的基本配置之后,TG, TG + PS, PS配置。然而,基本配置的最大效率是最高其次是TG + PS, PS, TG配置。
4所示。结论
以下主要结论是从目前的调查。(1)配置与局部裹尸布(PS)显示更高的能源效率系数和相对于其他配置。部分寿衣产生有益的影响增加能量系数和压缩机的效率。(2)其他配置,即TG和TG + PS,还有益对压缩机性能的影响。然而,配置TG *, TG + TG * *, TG * * *对压缩机的性能有不利影响。(3)配置12(基本配置%)为表现不佳,减少操作范围,减少能量系数和效率在整个操作范围。(4)涡流发生器(TG)名义对能量的影响系数和压缩机的效率。然而,压缩机的工作范围大大增加。(5)能源的敏感性系数%开始减少对TG配置。
命名法
| 在转子出口裹尸布和中心之间的距离(米) | |
| : | 输送管的速度(米/秒) |
| : | 在吸入管速度(米/秒) |
| : | 转子直径(米) |
| : | 转子的转速(rpm) |
| : | 耦合功率(瓦特) |
| : | 形状数= |
| : | 输送压力(Pa) |
| : | 吸入压力(Pa) |
| : | 紊流发生器放置在套管在诱导物前缘上游15毫米 |
| : | 紊流发生器放置在套管在诱导物前缘30 mm的上游 |
| : | 湍流发生器放置在中心30毫米上游的诱导物前缘 |
| : | 紊流发生器放置在400毫米直径的套管 |
| : | 转子叶片间隙(m) |
| : | 转子叶尖速度= (/ 60)(米/秒) |
| : | 体积流率(/秒) |
| : | 具体工作(/) |
| : | 流量系数(在文本中定义) |
| : | 中定义的功率系数(文本) |
| : | 效率(在文本中定义) |
| : | 能量系数(在文本中定义) |
| : | 空气密度(公斤/) |
| : | 叶尖间隙转子叶片高度的比例在退出=。 |
| 2: | 小费。 |
确认
作者要感谢教师,热力涡轮机实验室的技术人员和管理人员,对他们的帮助和鼓励的过程中目前的调查。