气动设计对压气机叶轮可靠性影响的研究

【摘要】： 涡轮增压器离心压气机是一种高速旋转的机械,在运行过程中经常遭遇叶片损坏的事故,而叶片损坏原因各异。在离心压气机叶轮中,气流是粘性的三元流并且伴有强烈的二次流,在叶轮流道中,往往存在脱流和涡流现象,故其内部流动相当复杂。因此叶轮可靠性对于高速运转的离心压气机而言是至关重要的,在传统的气动设计过程中,对于叶轮可靠性的考虑一般停留在静强度的核算和安全系数层面。随着压气机负荷的不断提高,气动稳定性的问题日显突出,有失速甚至旋转失速引发的事故时有发生,因此急需在气动设计过程中考虑气动稳定性。 本文是基于大连机车研究所某ZN310A4-1型涡轮增压器短叶片断裂原因分析的研究所展开的。用PRO-E软件对进气弯管,带分流叶片的叶轮及有叶片扩压器进行了实体建模。计算了不同状态点下离心压气机的内部流动,通过对压气机内部的速度场及压力的分布分析,讨论叶轮长短叶片的位置、形状对扩压器及整体影响,及叶片扩压器的压力扰动对叶轮的影响。并跟据分析结果利用NREC软件进行对高速离心压气机的气动设计,利用流体分析软件Numeca进行数值计算分析,通过控制短叶片的设计及叶片弯转角的变化规律等参数来有效控制叶片表面的失速,从而形成一个高可靠性的气动设计方法,结果表明短叶片的形状及叶片顶部间隙对叶轮内部流场影响很大,本研究为寻求最佳叶片形状提供了指导,同时对于工程实践也有着重要的指导意义。