+86-18717807449
-
-
-
WhatsApp
Понимание конструкции диффузора центробежного компрессора
2025-03-28
Диффузор — это компонент, преобразующий кинетическую энергию воздуха, сообщенную рабочим колесом, в потенциальную энергию. В данном компрессоре используется диффузор с лопатками, который относится к аэродинамическому типу. Поскольку диффузор представляет собой набор неподвижных лопаток, в нем отсутствуют напряжения, вызванные вращением. Однако он периодически подвергается воздействию изменяющихся гидродинамических сил от вращающегося рабочего колеса, поэтому важно разнести собственную частоту лопаток и частоту возбуждения.
Кроме того, при приложении сжимающей нагрузки в собранном состоянии необходимо предотвратить потерю устойчивости (коробление). Из вышесказанного видно, что хотя диффузор и менее критичен, чем рабочее колесо, баланс между аэродинамикой и конструкционной надежностью становится крайне важным.
На рисунке выше показаны линии тока в области кожуха диффузора (для базового и высокопроизводительного компрессоров). В базовом диффузоре на всасывающей стороне возникает отрыв потока в угловой зоне, формируя область застоя. Жидкость из зоны отрыва достигает соседних лопаток диффузора и накапливается там.
Кроме того, на выходной стороне диффузора возникает обратный поток, который также захватывается зоной застоя из-за углового отрыва. Для базового компрессора такой режим работы является сверхскоростным, что приводит к перегрузке диффузора и возникновению отрыва и обратного течения. В диффузоре, разработанном для высокопроизводительного компрессора, вторичные потоки на стороне лопатки подавлены, значительных угловых отрывов не наблюдается, что обеспечивает оптимальную структуру потока.
Для повышения структурной надежности лопатки нового диффузора были утолщены. На графике показано распределение числа Маха на стороне лопатки диффузора (результаты CFD-анализа) до и после утолщения. Утолщение лопаток увеличило скорость потока на всасывающей стороне и толщину пограничного слоя к задней кромке. При этом снижение КПД из-за утолщения составило всего 0,4%. Утолщение удвоило первую собственную частоту лопаток и увеличило критическую нагрузку по Эйлеру в 7 раз, повысив надежность.
Однако в утолщенных лопатках диффузора выпуклость внутрь увеличила блокировку потока, усилив окружные возмущения давления на входе. Это повысило возбуждающие силы на рабочее колесо, что потенциально может увеличить амплитуду вибрации лопаток при резонансе.
Тем не менее, благодаря оптимизации конструкции рабочего колеса, зона расстройки частот значительно расширена. Поэтому при использовании утолщенных лопаток в реальных изделиях вероятность возникновения резонанса крайне мала.