WD095微型燃机离心压气机扩压器及整机性能研究

【摘要】：微型燃机以其高效、灵活、可靠、体积小等优点,除了广泛应用于分布式发电外,还可用于备用电站、热电联产、并网发电、尖峰负荷发电等,无论对中心城市还是远郊农村甚至边远地区均能适用。此外,微型燃气轮机在民用交通运输(混合动力汽车)以及军车以及陆海边防方面均具有优势。 作为微型燃机的重要组成部件之一的离心压气机,其性能的好坏直接关系到微型燃机的效率高低。为进一步提高WD095型微型燃机离心压气机的性能,本文对不同结构形式的扩压器内部流动进行了全面和深入的数值研究,以期通过研究探索与叶轮和蜗壳更为匹配的扩压器结构。 本文利用商用透平机械CFD软件NUMECA,首先对单列叶栅扩压器子午流道的渐缩程度进行了系统研究,通过对比发现,对本文研究的微型离心压气机而言,扩压器出口与进口宽度的宽度比为0.5-0.7时,叶轮与扩压器连算结构内部的流动效果相对最好,性能相对最优。 其次,本文针对扩压器串列叶栅第1列叶片出口角的大小对性能的影响进行了深入研究。研究发现：当第1列叶片出口角为31.5。时,由于第1列叶片出口与第2列叶片进口径向连接区域形成渐缩型通道,因此扩压器的扩压速度比最小,多变效率、压比和总压恢复系数都达到最高。 最后,在上述研究基础上,本文对带等宽子午流道扩压器的离心压气机在设计转速下的全工况特性进行了数值研究,获得了全工况特性曲线,反映出该离心压气机在设计转速下具有较为平稳的特性,但高效区不够宽。在设计工况下计算对比了带等宽子午流道与带渐缩子午流道扩压器的整机性能,发现带渐缩流道扩压器的离心压气机整机性能明显优于带等宽流道扩压器的离心压气机,其多变效率相对提高了2.9%,总压比也相对提高了1.85%。通过对设计工况下带串列叶栅扩压器的整机性能的研究发现,当第1列叶片偏向第2列叶片吸力面时,离心压气机性能更优,且出口角为31.5。时,流动效果较其他结构最好。