离心压气机机匣处理多工况性能预测与分析

中图分类号： TH45 文献标识码 ： A doi：10.3969/j.issn.1005-0329.2013.02.010Prediction and Analysis of Performance of a Centrifugal Compressor withCasing Treatment under Multiple W orking ConditionsGONG Yi-zhao，DU Li-ming，WANG Cheng-yu，WANG Yan(Dalian Jiaotong University，Yuehai Dalian Turbocharger Technology R&D Center，Dalian 116028，China)Abstract： As an efective and economic technique for flow range enhancement，casing treatment is widely employed to increasestability margin of compressors.In order to explore the efectiveness of casing treatment on performance of centrifugal compressorunder multi-working conditions，in the present assay，numerical analysis of three kinds of inlet recirculation casing treatmentand a smooth untreated easing compressor models were carried out.The numerical results coincide wel with the test results of op-timal model and successfuly and accurately predict surge boundary location，which verifies the reliability of the numerical meth-od.The results also indicate that，only reasonable structure of the inlet recirculation casing treatment could signifcantly enlarge·ment the stable operating range of the compressor at low flow rate under all rotation speeds.In addition，the slot position and frontdeflector baffle of the casing treatment have a great impact on its performance。

Key words： centrifugal compressor；casing treatment；perform ance prediction；multiple working conditions。

1 前言机匣处理是-种经济而高效地扩大压气机稳定工作范围的方法。机匣处理的扩稳效果最初由人们在试验转子尖部的放气实验中发现的，并第- 次提出了机匣处理的概念”。在过去的40年里，各种各样机匣处理结构被用以拓宽压气机流量范围，如用于轴流压气机的周向槽、轴向缝、倾斜缝等 J，用于径流压气机的周向槽、自循环式进气回流、孔式机匣等 。J。相对于轴流压气机，离心压气机的机匣处理研究开始较晚，多以实收稿日期 ： 2012-07-19 修稿日期： 2012-08-17验分析为主。其中Fisher首先提出了-种比较有效的进气回流机匣处理的扩大流量装置 J，并通过试验加以验证，该装置可以使离心压气机在各工况下能有效地扩大压气机的稳定工作流量范围，特别是其失速裕度提高较为明显。

目前对于各种机匣处理的扩稳机理还不是很清楚，通常认为机匣处理能够对叶排通道中的低能气流有激励作用，推迟或延缓了分离流的形成和发展，从而推迟了失速的发生，实现了扩稳的效果。关于离心式压气机进气回流装置的具体结构的研究，目前也主要依赖于试验基础，但是试验研50 FLUID MACHINERY Vo1.41，No.2，2013失速或喘振状态 。在稳态模拟的过程 中，当计算到最高压比点附近时，收敛残差下降缓慢并且出现明显的周期性波动，表明此时压气机已经出现失速现象 J。故计算时，当减小 出口流量，压比大幅降低或残差震荡时认为其接近压气机失速点，并加以精确捕捉。

3 计算结果与分析3.1 总体性能分析计算结果表明3种机匣处理压气机模型的特性有-定差异，相对于实壁模型，均能扩大压气机小流量的稳定工作范围，只是在不同转速工况下扩稳能力不同，但是都存在效率下降问题。4种模型压气机压比-流量特性和效率 -流量特性如0.75褂o.550.75萋0.50.35质量流量(kg/s)(a)实壁模型0.10 O.35 0.60质量流量(kg/s(c)模型二图4，5所示。

褂蕞3.42.21.0质量流量(kg/s1图4 4种模型压气机压比-流量特性O.75羹0.5O.35质量流量(kg/s1(b)模型-0.10 0.35 0.60质量流量(kg/s)(d)模型三图5 4种模型压气机效率 -流量特性从图4可以发现，小流量下，实壁模型所有 不明显，模型-在中高转速下均能大幅拓宽其转速下的失速工况均比其它机匣处理模型提前 小流量稳定工作范围，且最高压比均有所提升，到来，特性曲线较为陡峭；大流量下，实壁模型 模型二和模型三在而额定转速附近的扩稳效果的压比均高于其他模型，且堵塞工况稍微推迟。 最明显，而高转速的扩稳能力十分有限，最高压不同转速下，各机匣处理对压气机特性的影响 有所下降。

也各不相同，3个模型在低转速下的扩稳效果均 从图5可以看出，相对于实壁模型，其它模型2013年第41卷第2期 流 体 机 械 51同-流量下的效率均有所下降，