某微型离心压气机叶轮的反设计
２０１２年５月１５日第３５卷第１０期
现代电子技术
Ｍｏｄｅｒｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｉｑ
ｕｅＭａｙ
２０１２Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．１０
某微型离心压气机叶轮的反设计
王 文１，辛彦秋２
（１．海军航空工程学院基础实验部，山东烟台 ２６４００１；２．黎明航空发动机集团有限责任公司，辽宁沈阳 １１００４３）摘 要：为对某微型离心压气机进行反设计，以多种叶轮机械辅助设计软件处理该压气机叶轮的测绘数据，重构了离心叶轮模型并形成了气动设计文件。首先在ＧＡＭＢＩＴ中利用测绘数据拟合得到了叶轮不同叶高的主叶片和分流叶片位于５个叶高的型线并以ＩＧＥＳ格式输出，而后用ＢＬＡＤＥＧＥＮ软件处理叶型和流道型线，并通过型面修整和叶尖、叶根插值完成了叶轮的三维造型，形成了可用于气动性能分析的设计文件。以计算流体力学软件ＣＦＸ进行数值模拟的结果表明，在此反设计的叶轮满足气动性能的要求。
关键词：叶轮；造型；反设计；数值模拟
中图分类号：ＴＮ９１９－３４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４－３７３Ｘ（２０１２）１０－００７８－
０３Ｉｎｖｅｒｓｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｉｍｐｅｌｌｅｒ ｉｎ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ａｉｒ ｃｏｍｐ
ｒｅｓｓｏｒＷＡＮＧ Ｗｅｎ１，ＸＩＮＧ Ｙａｎ－ｑ
ｉｕ２
（１．Ｂａｓｉｃ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｎａｖｙ
Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｔａｉ ２６４００１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｌｉｍｉｎｇ Ａｅｒｏ－Ｅｎｇｉｎｅ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ
１１００４３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｐｌｏｔｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐｅｌｌｅｒ ｉｎ ａ ａｉｒ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｗｅｒｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ｗｉｔｈ ｓｅｖｅｒａｌ ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ｓｏｆｔ－ｗａｒｅｓ，ａ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｉｍｐｅｌｌｅｒ ｗａｓ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ ｄｅｓｉｇｎ ｆｉｌｅ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｔｏ ｃｏｎｄｕｃｔ ｔｈｅ ｉｎｖｅｒｓｅ ｄｅｓｉｇｎｏｆ ａ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ．Ｔｈｅ ５－ｌａｙｅｒ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｍａｉｎ ｂｌａｄｅ ａｎｄ ｓｐｌｉｔｔｅｒ ｂｌａｄｅ ｗｅｒｅ ｃｒｅａｔｅｄ ｆｏｒｍ ｐｏｉｎｔｓ ｂｙ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ ｆｉｔ ａｎｄ ｅｘ－ｐｏｒｔｅｄ ｉｎ ＩＧＥＳ ｆｏｒｍａｔ ｂｙ ＧＡＭＢＩＴ．Ｔｈｅ ｍｅｒｉｄｉｏｎａｌ ｃｕｒｖｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｂｌａｄｅ ｐｒｏｆｉｌｅ ｗｅｒｅ ｔｒｅａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＢＬＡＤＥＧＥＮ，ａｎｄ ｔｈｅｂｌａｄｅ ｌｏｏｐｓ ｗｅｒｅ ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ．Ｔｈｅ ｇａｓ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｗａｙ ｗｅｒｅ ｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｓｉｍｕｌａ－ｔｉｏｎ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｗｉｔｈ ＣＦＸ．Ｉｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｍｐｅｌｌｅｒ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｑ
ｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｋｅｙ
ｗｏｒｄｓ：ｉｍｐｅｌｌｅｒ；ｍｏｄｅｌｉｎｇ；ｉｎｖｅｒｓｅ ｄｅｓｉｇｎ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ收稿日期：２０１１－１２－
０４基金项目：８６３项目资助（２００９ＡＡ８４１０６１０Ｃ）
０ 引 言
由于叶片形状、流道构型的复杂性，各种叶轮机械的三维造型、
设计与反设计以及性能分析一直是各种ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ软件的一个重要应用方向［１－８］
。以往
对叶轮机械的反设计偏重叶片、
叶轮的三维几何造型［９］
，而对叶片气动性能相关的设计参数还原较少，能
满足零部件仿制和强度校核，但不利于压气机性能的气动验算和流场优化分析。
本文在某微型离心压气机测绘数据的基础上，采用多种叶轮机械辅助设计软件对该压气机叶轮进行了反设计，完成叶轮三维造型的同时形成了可用于气动性能分析的设计文件，并以该设计文件生成了用于叶轮气动计算的三维网格，对该叶轮的气动性能进行了计算。本文的建模和处理技术对于叶轮机械的研仿和性能分析均有参考价值。
１ 叶轮初步型线的形成
某型小流量高转速离心压气机叶轮见图１所示。该叶轮为具有分流叶片的三维曲面造型离心叶轮，使用过程中由于碰撞和磨损个别叶片有损坏。由于供货方仅仅提供了极少的性能参数，因此需要对该压气机进行测绘和研仿。
由于该叶轮尺寸小，包含５个全长的大叶片和５个分流叶片，大、小叶片均具有一定的曲率，叶根和叶尖测量困难。因此测绘工作仅对叶片位于叶尖和叶根间的５个叶高位置进行了测量。在测绘数据的基础上采用
ＧＡＭＢＩＴ进行了叶片的局部线型重构。重构工作保留了软件的日志输入（类似命令流文件）以供修改和调整。
ＧＡＭＢＩＴ为较为通用的ＣＦＤ前处理软件，本文将所形成的数据点表格直接输入ＣＦＤ前处理工具软件ＧＡＭＢＩＴ中，
使用多点曲线拟合功能，形成叶轮不同叶高的型线，
其中大叶片和小叶片的数据独立处理，相对位置以测绘数据为准，如图２所示。与此类似可以测绘并形成离心叶轮对应机匣的型线数据和叶轮轮毂回转
型线的数据
。图１ 某微型压气机叶轮
图２ 叶轮各个叶高的型线
测绘的型线和生产检验所用的叶型数据是一致的，也可供ＦＩＮＥ等软件进行分析。但ＧＡＭＢＩＴ并不是专业的叶型设计、
处理工具软件，不具备叶型和气动参数的分析功能。一方面，形成的型面曲线不是进行气动设计和分析所用的等叶高型线数据，无法反映叶轮气动设计的过程，同时叶轮参数的调整和优化比较困难；另一方面，以这些数据为基础，在ＧＡＭＢＩＴ或其他ＣＡＤ软件中可以重构叶轮的三维几何模型，但是直接重构的几何模型在不同的ＣＦＤ软件前处理工具中很难实现无缝连接和交换数据。因此本文将得到的叶轮型面曲线以通用文件＊．ｉｇｅｓ的形式输出，而后在专用的叶型设计和分析软件ＢＬＡＤＥＧＥＮ中重构叶轮几何模型并完成叶型的反设计。
２ 三维构型和设计文件的形成
ＢＬＡＤＥＧＥＮ是进行叶轮机械设计和分析的专业
软件［１０］
，能支持多种几何文件输入格式，具有完成叶片造型和基本参数分析的功能，本文以ＢＬＡＤＥＧＥＮ软件处理ＧＡＭＢＩＴ生成的叶轮型线的＊．ｉｇｅｓ文件。首先该软件将轮毂、
机匣参数转化为流动通道几何数据，生成整个叶轮流道区域，完成叶轮子午通道的反设计，见图３所示。图中同时给出了大小叶片前后缘相对流动通道的位置关系
。
图３ 叶轮子午通道和叶型修正示意图
由于叶轮前后缘在叶型测绘和数据转化过程中存在一定的误差，同时软件对于前后缘具体形状的自动识别较为困难，因此需在ＢＬＡＤＥＧＥＮ中对叶片型线、前后沿进行修正和设置，以便构成设计软件能识别的流面数据。具体的修正过程可见图３所示。
在ＢＬＡＤＥＧＥＮ软件中可以将不同测绘方法形成的数据进行处理，并对简单的型面数据进行分析给出叶型的气动安装角、相对厚度等气动参数，完成叶片各个截面数据格式的转化。此外，该软件能对叶尖、叶根等无数据截面进行多点数据插值拟合，重构整个叶片的数据，
结合流道分析过程，直接给出叶轮的三维模型，并反算出叶轮的所有气动相关几何参数，形成叶轮的设计文
件。本文所形成的几何模型和设计参数见图４。图中同时给出了叶轮子午面流道数据、三维构型图、叶片中弧线气动角度、
相对厚度等基于叶型厚度／角度的设计数据，该软件也可以给出叶轮基于叶片型面坐标的设计数据。
形成叶轮气动设计文件是离心压气机反设计和气动分析前处理中最为重要的工作，以此为基础不仅可以形成几何模型进行强度校核和ＣＡＭ制造，更重要的是可以进行叶轮的气动验算和优化，
也可以实现叶片各种角度、厚度、型面坐标值的调整，进而重新设计叶片、叶轮或调整整个压气机的通道。此外，ＢＬＡＤＥＧＥＮ软件支持多种软件的输出格式，包括：ＴＵＲＢＧＲＩＤ以及ＧＡＭＢＩＴ，
这为后续的分网、计算以及模型的转化提供了极大的方便
。
图４ 重构的叶轮几何模型及其气动设计参数
３ 叶轮的气动验算
为验证本文反设计的精度，本文以反设计的叶轮为基础，利用ＣＦＤ工具软件ＣＦＸ进行了叶轮的气动性能计算。由于已经获得了设计文件，因此气动计算的前处理相对便捷。本文以ＴＵＲＢＯＧＲＩＤ处理ＢＬＡＤＥＧＥＮ软件生成的叶型文件，进而生成ＣＦＸ系列软件需要的
计算区域和网格。根据该离心叶轮具有大小叶片以及流动通道具有周期性的特点，使用Ｏ／Ｈ型复合网格进
行网格划分，离心叶轮叶尖间隙区域采用非匹配的Ｈ形网格。由于叶轮尺寸本身就很小，计算区域的网格数量控制在２５万左右，通道壁面处网格保证湍流计算过程中壁面Ｙ＋均小于５。图５为ＴＵＲＢＯＧＲＩＤ中形成的１／５计算区域中大、
小叶片表面网格的示意图。９
７第１０期
王 文，等：某微型离心压气机叶轮的反设计
图５ 叶轮气动计算所用的表面网格
流场模拟过程中利用坐标转化的方法计算旋转叶轮区域，动静边界采用混合平面法进行处理，并以ｋ－ω湍流模型描述叶轮中的湍流效应。图６给出了该离心叶轮５０％叶高的速度矢量图，可见该离心叶轮为典型的跨音速叶轮，由于采用了大小叶片的设计，小叶片在对整个叶轮流量影响不大的情况下增加了叶轮后缘对气流的做功和约束能力，
使该小型压气机在具有较高增压比的条件下保证了较高的效率
。
图６ 叶轮５０％叶高的速度和压力分布
图６中同时给出了叶轮子午通道的压力分布情况。计算结果表明：反设计的叶轮在设计转速和流量条件下增压比为：２．８８３，效率为：０．８８８；原叶轮实际测量的增压比为：２．８８８；效率为：０．８７。排除测绘误差和实际叶轮因铸造等工艺不同带来的差异，反设计的叶轮达到了较好的精度。此外计算还表明反设计的叶轮在设计转
速和流量条件下稳定裕度约为１５％，满足使用要求。４ 结 语
本文以离心压气机测绘数据为基础，采用多种ＣＡＤ＼
ＣＡＥ软件对压气机叶轮进行了反设计，设计过程和计算结果表明：
（１）采用ＧＡＭＢＩＴ和ＢＬＡＤＥＧＥＮ进行反设计具
有便捷、精度好等优点。（２）由于直接获得气动设计文件，本文的方法在研仿、验算等过程中具有较好的实用性。
参 考 文 献
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。（上接第７７页）
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６４．作者简介：龙钧宇 男，１９７９年出生，
硕士，讲师。主研方向为图像处理，模式识别。余 红 女，１９８７年出生，
助理实验师。余爱民 男，１９６３年出生，湖北松滋人，教授，博士。主要研究方向为计算机图像处理技术、计算机网络无线通信技术、通信系统的电磁兼容技术。
０
８现代电子技术
２０１２年第３５卷
现代风扇压气机设计技术
现代风扇压气机设计技术 定义与概念：压气机是燃气轮机的重要部件，它的作用是提高空气的总压。压气机包括"转子"和"静子"两部分，" 转子"是沿轮缘安装许多叶片的几个轮盘组合而成的，每个轮盘及上面的叶片称为一个"工作轮"，工作轮上的叶片称为工作叶片。"静子"是有几圈固定在机匣上的叶片组成的。每一圈叶片称为一个整流器。工作轮和整流器是交错排列的，每一个工作轮和后面的整流器为一个"级"。 风扇是涡轮风扇发动机的重要部件之一，它的作用与压气机的相同。风扇后面的空气分为两路，一路是外涵道，一路是内涵道。风扇一般为一级，使结构简单。 风扇/压气机设计技术主要包括气动设计技术、全三元计算技术、间隙控制技术、旋转失速和喘振控制技术、结构设计技术、材料与工艺技术等方面。 国外概况：目前，战斗机发动机的推重比在不断提高，因此要求风扇/压气机级压比不断提高但又保持效率在可接受范围内，这始终是风扇/压气机设计所追求的目标。美国80年代中期开始实施的"综合高性能涡轮发动机技术"计划（即IHPTET计划）的目标是在下世纪初验证推重比为20的战斗机发动机技术，风扇结构最终实现单级化，压气机也由9级减为3级。俄罗斯的风扇/压气机的研制计划与美国IHPTET计划相类似。也就是说，研制高压比风扇/压气机已经成为风扇/压气机的发展趋势。美国、俄罗斯等国家都已制订研究计划并已取得阶段性成果。 风扇单级压比在目前最先进战斗机发动机F119上已达1.7；在预研的试验件上，美国达2.2，叶尖速度475m/s；而俄罗斯试验件单级压比达2.4和3.2，叶尖速度则分别为577m/s和630m/s。转子叶片展弦比则减小到1.0左右。 对于核心压气机，也呈现大致相同的发展趋势。核心压气机平均级压比从50年代的1.16提高到90年代的1.454，而叶尖速度从291m/s提高到 455.7m/s。目前，美国现役战斗机发动机和正处于工程和制造发展阶段的90年代先进战斗机（ATF），其核心压气机基本上是70年代研制成功的。 GE公司下一代核心压气机正处于研究起步阶段，目标是比目前最高级压比再提高25%。由此可见，追求更高的级压比一直是各国研制风扇/压气机的发展方向。 风扇/压气机的级压比的提高主要有以下途径：一是进一步发展传统的跨音级风扇/压气机。传统的跨音级风扇/压气机是指转子相对来流叶尖超音、叶根亚音，静子绝对来流亚音。目前各国现役发动机风扇/压气机进口级均属此类型。进一步发展传统的跨音级风扇/压气机即进一步提高叶尖切线速度，如采用小展弦比前缘后掠式叶片，将叶片设计成掠式几何形状以合理控制通道激波的强度，在利用气流跨越激波产生压比突跃的同时控制激波的损失。二是研制超音通流风扇。80年代后期NASA 刘易斯研究中心开始实施一项超音通流风扇计划，研制出的此类风扇进出口轴向气流速度均超音。与传统跨音风扇相比，当叶尖切线速度相同时，超音通流风扇可实现更高的级增压比。 1、风扇/压气机的气动设计技术 压气机的气动设计又可分为： 初始方案设计
压气机的压气过程
习题提示与答案 第八章 压气机的压气过程 8-1 设压气机进口空气的压力为0.1 MPa ，温度为27 ℃，压缩后空气的压力为0.5 MPa 。设压缩过程为：(1)绝热过程；(2)n ＝1.25的多变过程；(3)定温过程。试求比热容为定值时压气机压缩1 kg 空气所消耗的轴功及放出的热量。 提示：略。 答案：(1)(w s )c s =-176 kJ/kg ；(2)(w s )c n =-163 kJ/kg ，q c n =-48.94 kJ/kg ； (3)(w s )c T =-138.6 kJ/kg ，q c T =-138.6 kJ/kg 。 8-2 按上题所述条件，若压气机为活塞式压气机，其余隙比为0.05，试求三种压缩过程下压气机的容积效率。 提示：余隙比h s V V ，容积效率1])[(111 2??=n h s V p p V V η。 答案：＝0.892，＝0.869，＝0.8。 Vs ηVn ηVT η 8-3 设活塞式压气机的余隙比为0.05，试求当压气机的压缩过程分别为绝热过程、n ＝1.25的多变过程、定温过程时，压气机的容积效率降低为零所对应的增压比。 提示：容积效率1])[(1112?? =n h s V p p V V η。 答案：( 12p p )s ＝70.98；(12p p )n ＝44.95；(12p p )T ＝21。 8-4 有一台两级压气机，其进口的空气压力为0.1 MPa ，温度为17 ℃，压气机产生的压缩空气的压力为2.5 MPa 。两级气缸中的压缩过程均为n ＝1.3多变过程，且两级中的增压比 相同。在两级气缸之间设置有中间冷却器，空气在其中冷却到17 ℃后送入高 压气缸。试求压气机压缩1 kg 空气所需要的轴功，以及中间冷却器和两级气 缸中所放出的热量。 两级压缩的示功图 提示：两级压缩的增压比相同，压缩过程多变指数相同，则两级压缩耗 功量相同；中间冷却器中空气经历的是定压冷却过程，过程放热量q=c p 0ΔT ， 且充分冷却时，T 2′ =T 1；压缩过程的初始温度相同、增压比相同，则过程热 量也相同。 答案：(w s )c ＝-324.5kJ/kg ，q c ＝-62.26kJ/kg ，q ＝－131kJ/kg 。
离心式压气机的工作原理
航空发动机原理
压气机的工作原理 根据气流在压气机的流动方向，可将压气分为两大类，气流沿离开叶轮中心方向流动的叶做离心式压气机；气流沿与叶轮轴平行方向流动的叫做轴流式压气机。此外还有轴流式与离心式压气机混合而成的混合式压气机。目前使用最广泛的是轴流式压气机，以下将作重点介绍。 轴流式压气机的基本组成，由静子和转子组成。静子由多排叶片组成，这些叶片叫做整流叶片，由一排流叶片组成的圆环叫做整流环，各整流环固定在机匣上。转子由多排叶轮组成，每一排叶轮上固定了许多工作叶片，压气机叶轮最终能过叶轮轴与涡轮的工作叶轮轴相连，并由涡轮带动高速旋转。 轴流式压气机的叶轮和整流环是交错排列的。一个叶轮和后面相邻的整流环构成了压气机的一级。单级压气机增压比不高。一般约为1.2-1.8。为了得到更高的增压比，目前用在民航机上的涡扇发动机的轴流式压气机级数常为10-20级，压气机增压比高达30-40。 有些轴流式压气机的进口安装了一排固定的导流叶片，它们所组成的圆环叫做导流环。空气在压气机中的流动 从进气道流入压气机的空气，首先流过导流环，然后依次流过各级的叶轮和整流环，最后从末级整流环流出进入燃烧室。由于空气在压气机中的流动较为复杂，同时气流在不同半径叶片通道内的流动大体相仿，为了便于分析，我们假想用一条通过各级叶轮平均地半径处的直线绕叶轮旋转，来切割叶轮和整流环叶片，得到压气机——“基本级”，每级压气机可看成是很多基元级相叠加而成。
所以空气在基元级中的流动可看成压气机工作的缩影。把所得到的基元级切片在平面上展开，就得到——平面叶栅图形。 目前大多数航空燃气轮机都采用轴流式压气机，只有小功率、小流量的涡轴和涡浆发动机上才采用离心式压气机。在20世纪40年代末和50年代初、涡喷发 动机也曾采用离心式压气机。 离心式压气机由导流器, 叶轮, 扩压器, 导气管等部分组成，叶轮和扩压器是其中两个主要部件。导流器：安装在叶轮的进口处，其通道是收敛形的使气流以一定方向均匀进入工作叶轮, 以减小流动损失，空气在流过它时速度增大,而压力和温度下降。叶轮：是高速旋转的部件，叶轮上叶片间的通道是扩张形的，空气在流过它时, 对空气作功, 加速空气的流速, 同时提高空气的压力。扩压器：位于叶轮的出口处，其通道是扩张形的，空气在流过它时将动能转变为压力位能，速度下降, 压力和温度都上升。导气管：使气流变为轴向, 将空气引入燃烧室。 离心式压气机属于叶片机械，其工作原理是以高速气流与工作叶轮和固定叶片的相互动力作用为基础，与容积式压气机相比离心式压气机的优点是：消耗同样的功率时，比容积式压气机的效率高，并能得到较高的增压压力，一般能达到0.147～0.196MPa以上；结构简单紧凑，重量轻，金属消耗量少。目前离心式压气机在内燃机增压方面获得广泛的应用。离心式压气机的缺点是随着转速的降低，增压压力便急剧下降。空气经滤清器进入气道，进气道的断面沿气流方向逐渐缩小，以便提高气流的稳定性。进气道一定要能保证在流动损失为最小的情况下，把空气均匀地导向工作轮。工作轮装装花链轴上，尺寸小的可安装在光轴上。工作轮可由曲轴通过机械驱动，也可直接由涡轮机驱动。 空气沿进气道进入工作轮随工作轮一起旋转，受到离心力的作用沿着工作轮上叶片所构成的通道流动，使空气受到压缩，这时压力从P1增加到P2，气流速度从c1增加到c2，驱动工作轮的机械功转化为空气在工作轮中获得的动能，和以压力形式表现的势能。工作轮出口处的功能一般为气流总能量的一半，因此，
(完整版)离心泵——叶轮设计说明书
主要设计参数 本设计给定的设计参数为： 流量Q=3 3 500.01389m m h s =，扬程H=32m ，功率P=15Kw ，转速 1450min r n =。 确定比转速s n 根据比转速公式 3 4 3.65145046.3632s n ?=== 叶轮主要几何参数的计算和确定 1. 轴径与轮毂直径的初步计算 1.1. 泵轴传递的扭矩 3 15 9.5510955098.81450 t P M N m n =?=?=? 其中P ——电机功率。 1.2泵的最小轴径 对于35号调质钢，取[]52 35010N m τ=?，则最小轴径 0.02424d m mm ==== 根据结构及工艺要求，初步确定叶轮安装处的轴径为40B d mm =，而轮毂直径为(1.2~1.4)h B d d =,取51h d mm = 2. 叶轮进口直径 j D 的初步计算 取叶轮进口断面当量直径系数0 4.5K =，则 0 4.50.09696D K m mm ==== 对于开式单级泵，096j D D mm == 3. 叶片进口直径1D 的初步计算
由于泵的比转速为46.36，比较小，故1k 应取较大值。不妨取10.85k =，则 110.859682j D k D mm ==?= 4. 叶片出口直径2D 的初步计算 2 20.5 0.5 246.369.359.3513.73 10010013.730.292292s D D n K D K m mm --???? ==?= ? ? ?? ?? ==== 5. 叶片进口宽度1b 的初步计算 ()00222 111 4/4//v v m j j h v Q Q V V D D d Q b DV ηηππηπ===-= 所以 220111 1 44j j v V D D b V D K D = = 其中，10v V K V =,不妨取0.8v K =，则 22 118535.42440.863.75j v D b mm K D ===?? 6. 叶片出口宽度2b 的初步计算 225/6 5/6 246.360.640.640.3373 1001000.33730.00727.2s b b n K b K m mm ?? ?? ==?= ? ? ?? ??==== 7. 叶片出口角2β的确定 取2β=15° 8. 叶片数Z 的计算与选择 取叶片数Z=8，叶片进口角0155.8β=。 9. 计算叶片包角? ()0 000360/360360 2.491128 t Z Z φλ??====
压气机的理论压缩功
第9章压气机 一、教案设计 教学目标:使学生熟悉压气机热力过程，活塞式压气机工作原理，耗功量计算；余隙容积对压气机性能的影响；多级压缩与级间冷却；叶轮式压气机的工作原理。知识点：活塞式压气机工作原理，耗功量计算；余隙容积对压气机性能的影响；多级压缩与级间冷却；叶轮式压气机的工作原理。 重点：压气机耗功量的计算方法，提高压气机效率的方法和途径。 难点：多级压缩过程中各级增压比的确定，提高压气机效率的方法和途径。教学方式：讲授+多媒体演示+课堂讨论 师生互动设计：提问+启发+讨论 问：余隙容积的存在使压气机产气量下降，对实际耗功有没有影响？。 问：活塞式压气机为什么应采用隔热措施？ 问：为什么若实施定温压缩产生高压气体，可不必分级压缩、中间冷却？ 问：为什么活塞式压气机适用于高压比、小流量；叶轮式压气机适用于小压比、大流量？ 学时分配：2学时 二、基本知识 第一节气体的压缩及压气机的耗功 一、气体压缩 1压气机:用来压缩气体的设备 2.。压气机的分类 1）压气机按其产生压缩气体的压力范围,习惯上常分为： ①通风机（pg<0.01MPa）; ②鼓风机（0.01MPa
三、压气机的实际耗功（压气机的效率）21 '2'1 cs cs cs w h h w h h η-== -21 '2'1 cs cs cs w T T w T T η-= = -1.压气机的实际耗功 对于理想气体 1 2s p 1 p 2 s T 22.压气机的绝热效率 '2'1 cs w h h =-压气机的实际耗功 第二节 单机活塞式压气机 一、单机活塞式压气机工作过程
轴流压气机设计流程
轴流压气机设计 压气机是航空发动机的核心部件，压气机内部流场存在很大的逆压梯度，有着高度的三维性、粘性及非线性和非定常性，而多级压气机还存在复杂的级间匹配，这些都使得压气机的设计难度很大，一直是发动机研制中的瓶颈技术。 一、压气机设计方法的发展 一个世纪以来，伴随着气动热力学和计算流体力学的发展!轴流压气机的设计系统在不断进步，带动着压气机设计水平的提高。 20世纪初采用螺桨理论设计叶片；20-30年代采用孤立叶型理论设计压气机；30年代中期开始，由于叶栅空气动力学的发展和大量平面叶栅试验的支持，研制了一系列性能较高的轴流压气机；50年代开始采用二维设计技术，用简单径向平衡方程计算子午流面参数，叶片由标准叶型进行设计；70年代建立了准三维设计体系，流线曲率通流计算和叶片流动分析是这一体系的基础，可控扩散叶型等先进叶型技术开始得到应用；90年代初以来，以三维粘性流场分析为基础的设计体系促进了压气机设计技术的快速发展。 风扇/轴流压气机的设计体系以流动的物理模型发展为线索，以计算能力的高速发展为推动力，大致经历了一维经验设计体系、二维半经验设计体系、准三维设计体系、三维设计体系四个阶段。并正在朝着压气机时均（准四维）和压气机非定常（四维）气动设计体系发展。 目前的压气机的设计体系大致可以分为四个阶段：初始设计、通流设计、二维叶型设计、三维叶型设计。 二、压气机设计体系 1.初始设计 这是一个建立压气机的基本轮廓的阶段，根据给定的流量、压比、效率、稳定裕度等参数，来确定压气机级数、级压比、效率、子午面流道、各排叶片数等，并可以进一步可估算重量。而且整体设计的决策还要统筹风险、技术水平、时间和花费等。 初始设计主要依据一维平均流线计算程序进行计算，在给定设计点流量、压比、转速及转子进口叶尖几何尺寸的条件下，可确定压气机级数、轴向长度、并且优化载荷轴向分布，得到设计点在平均半径处的速度三角形和各级平均气动参数。初始设计阶段包括压气机主要参数的确定以及同其它部件的协调，并且为S2流面计算提供初始流道几何尺寸。而这个程序主要依赖于经验以及以往积累的数据库。 初始设计它是方案设计中的基础阶段，不管计算流体动力学如何发展，该设计过程仍是压气机设计中不可缺少的一部分。正是这个部分是整个设计过程中最重要的部分，因为如果在这里发生了基本的错误，之后就无法通过优化或者其他改变来纠正这一情况，压气机基本结构设计出现错误会带来严重的后果。 2.通流设计 通流设计根据叶片扭向设计规律，采用S2流面流场计算方法，分析并确定各排叶片进出口速度三角形及各排叶片匹配关系。 S2流面气动计算一般采用流线曲率法，求解S2平均流面上的完全径向平衡方程。最初的压气机通流设计计算采用忽略流线坡度和流线曲率的“简化径向平衡方程”获取叶片设计需要的速度三角形，这种方法在低压比的压气机设计中起着基本的作用。后来发展了考虑流线坡度和流线曲率影响的“完全径向平衡方程”和S2流面理论，使压气机的设计计算结果更加准确，特别是针对跨音速流也促进了压气机性能的提高。不过，直到上世纪80年代，由于理论和数值计算方法的原因，通流设计求解方法都是在忽略了气流粘性的影响的简化方程下完成。随着压气机设计的实践的深入和计算方法的发展，上世纪80年代开始在压气机
单级离心泵设计
单级离心泵设计 摘要：本设计从离心泵的基本工作原理出发，进行了一系列的设计计算。考虑离心泵基本工作性能，流量范围大，扬程随流量而变化，在一定流量下只能供给一定扬程（单级扬程一般10～80m）。本设计扬程为50m，泵水力方案通过计算比转数（n=67.5）确定采用单级单吸结构；通过泵轴功率的计算确定选择三相异步电动机；由设计参数确定泵的吸入、压出口直径；通过叶轮的水力设计确定叶轮的结构以及叶轮的绘型；设计离心泵的过流部件，确定吸入室为直锥形吸入室，压出室为螺旋形压出室；设计轴的结构及进行强度校核；确定叶轮，泵体的密封形式及冲洗，润滑和冷却方式；通过查标准确定轴承，键以及联轴器，保证连接件的标准性。从经济可靠性出发，合理设计离心泵部件，选择标准连接件，保证清水离心泵设计的安全性，实用性，经济性。 关键词：离心泵工作原理；水力方案设计；叶轮和过流部件设计；强度校核；密封设计；键、轴承的选择
Centrifugal Pump Design Manua l Abstract : This design starting from the basic working principle of the centrifugal pump, conducted a series of design calculations. consider the basic centrifugal pump performance, flow in a wide range, lift varies with the flow, the flow can only supply some lift (single-stage lift is generally 10~80m).The design head is 50m ,the design of the pump hydraulic scheme by calculating the number of revolutions(n=67.5) to determine the single-stage single-suction structure; choice of motor shaft power calculation; design parameters to determine the pump suction outlet diameter; determine the structure of the impeller and the impeller of the drawing of the hydraulic design of the impeller; flow parts of the design of centrifugal pump suction chamber for straight conical suction chamber, pressed out of the spiral-shaped pressure chamber; the structure and strength check of the axis design; determine the impeller centrifugal pump seal design, pump closed form and washing, lubrication, cooling method; determined by checking the standard bearings, and coupling to ensure that the standard connection. Departure from the economic viability of the rational design of centrifugal pump components, select the standard connector, to ensure the water using a centrifugal pump design safety, practicality, economy. Keyword:Centrifugal pump working principle ;Hydraulic design;Component design of the impeller and the over current; Strength check; Seal design; The choice of key and bearing
风扇压气机设计技术
风扇/压气机设计技术 ——气动设计技术；间隙控制；旋转失速；防喘技术 ——发动机；风扇；压气机； 定义与概念：压气机是燃气轮机的重要部件，它的作用是提高空气的总压。压气机包括"转子"和"静子"两部分，"转子"是沿轮缘安装许多叶片的几个轮盘组合而成的，每个轮盘及上面的叶片称为一个"工作轮"，工作轮上的叶片称为工作叶片。"静子"是有几圈固定在机匣上的叶片组成的。每一圈叶片称为一个整流器。工作轮和整流器是交错排列的，每一个工作轮和后面的整流器为一个"级"。 风扇是涡轮风扇发动机的重要部件之一，它的作用与压气机的相同。风扇后面的空气分为两路，一路是外涵道，一路是内涵道。风扇一般为一级，使结构简单。 风扇/压气机设计技术主要包括气动设计技术、全三元计算技术、间隙控制技术、旋转失速和喘振控制技术、结构设计技术、材料与工艺技术等方面。 国外概况：目前，战斗机发动机的推重比在不断提高，因此要求风扇/压气机级压比不断提高但又保持效率在可接受范围内，这始终是风扇/压气机设计所追求的目标。美国80年代中期开始实施的"综合高性能涡轮发动机技术"计划（即IHPTET计划）的目标是在下世纪初验证推重比为20的战斗机发动机技术，风扇结构最终实现单级化，压气机也由9级减为3级。俄罗斯的风扇/压气机的研制计划与美国IHPTET计划相类似。也就是说，研制高压比风扇/压气机已经成为风扇/压气机的发展趋势。美国、俄罗斯等国家都已制订研究计划并已取得阶段性成果。 风扇单级压比在目前最先进战斗机发动机F119上已达1.7；在预研的试验件上，美国达2.2，叶尖速度475m/s；而俄罗斯试验件单级压比达2.4和3.2，叶尖速度则分别为577m/s和630m/s。转子叶片展弦比则减小到1.0左右。 对于核心压气机，也呈现大致相同的发展趋势。核心压气机平均级压比从50年代的1.16提高到90年代的1.454，而叶尖速度从291m/s提高到455.7m/s。目前，美国现役战斗机发动机和正处于工程和制造发展阶段的90年代先进战斗机（ATF），其核心压气机基本上是70年代研制成功的。GE公司下一代核心压气机正处于研究起步阶段，目标是比目前最高级压比再提高25%。由此可见，追求更高的级压比一直是各国研制风扇/压气机的发展方向。 风扇/压气机的级压比的提高主要有以下途径：一是进一步发展传统的跨音级风扇/压气机。传统的跨音级风扇/压气机是指转子相对来流叶尖超音、叶根亚音，静子绝对来流亚音。目前各国现役发动机风扇/压气机进口级均属此类型。进一步发展传统的跨音级风扇/压气机即进一步提高叶尖切线速度，如采用小展弦比前缘后掠式叶片，将叶片设计成掠式几何形状以合理控制通道激波的强度，在利用气流跨越激波产生压比突跃的同时控制激波的损失。二是研制超音通流风扇。80年代后期NASA 刘易斯研究中心开始实施一项超音通流风扇计划，研制出的此类风扇进出口轴向气流速度均超音。与传统跨音风扇相比，当叶尖切线速度相同时，超音通流风扇可实现更高的级增压比。
第三章 轴流压气机工作原理
第三章 轴流压气机的工作原理 压气机是燃气涡轮发动机的重要部件之一，它的作用是给燃烧室提供经过压缩的高压、 高温气体。根据压气机的结构和气流流动特点，可以把它分为两种主要型式：轴流式压气机 和离心式压气机。本章论述轴流式压气机的基本工作原理，重点介绍压气机基元级和压气机 一级的流动特性及工作原理。 第一节 轴流压气机的增压比和效率 轴流式压气机由两大部分组成，与压气机旋转轴相联接的轮盘和叶片构成压气机的转 子，外部不转动的机匣和与机匣相联接的叶片构成压气机的静子。转子上的叶片称为动叶，静子上的叶片称为静叶。每一排动叶（包括动叶安装盘）和紧随其后的一排静叶（包括机匣）构成轴流式压气机的一级。图3－1为一台10级轴流压气机，在第一级动叶前设有进口导流 叶片（静叶）。 图3－1 多级轴流压气机 压气机的增压比定义为 ***=1p p k k π （3－1） *k p ：压气机出口截面的总压；*1p ：压气机进口截面的总压；*号表示用滞止参数（总参数）来定义。 依据工程热力学有关热机热力循环的理论，对于燃气涡轮发动机来讲，在一定范围内， 压气机出口的压力愈高，则燃气涡轮发动机的循环热效率也就愈高。近六十年来，压气机的 总增压比有了很大的提高，从早期的总增压比3.5左右，提高到目前的总增压比40以上。 图3－2 压气机的总增压比发展历程
压气机的绝热效率定义为 ** *=k adk k L L η （3－2） 效率公式定义的物理意义是将气体从*1p 压缩到*2p ，理想的、无摩擦的绝热等熵过程 所需要的机械功* adk L 与实际的、有摩擦的、绝热熵增过程所需要的机械功k L * 之比。 p 1*p k *1k ad k L *k L *ad k s h * 图3－3 压气机热力过程焓熵图 由热焓形式能量方程（2－5）式、绝热条件、等熵过程的气动关系式)1(1 1)(k k adk adk p p T T -****=和R k k c p 1 -=可以得到 )1(1)(111--=-=-****k k k adk p adk RT k k T T c L π （3－3） )1(1)(1 11--=-=******T T RT k k T T c L k k p k （3－4） 将（3－3）和（3－4）式代入到（3－2）式，则得到 11 11--=**-**T T k k k k k πη （3－5） 效率公式（3-5）式可以用来计算多级或单级压气机的绝热效率，也可以用来计算单排 转子的绝热效率，只要*k p 和*k T 取相应出口截面处值即可。压气机静子不对气体作功，静子 的性能不能用效率公式（3-5）式衡量，静子的气动品质用总压恢复系数*23σ反映，*23σ＝ p *静子出口/ p * 静子进口 。 压气机的效率高，说明压缩过程中的流阻损失小，实际过程接近理想过程。或者说， 压气机效率愈高，达到相同增压比时，所需要外界输入的机械功愈少。目前，单级轴流压气 机的绝热效率可以达到90％以上，高增压比的多级轴流压气机的绝热效率也可以达到85％ 以上。
基于ProE的离心机叶轮三维造型
基于Pro/E的离心压缩机叶轮三维造型 摘要：介绍了创建三维实体的思路，并以一个离心压缩机叶轮的三维造型为例，阐述了由计算数据到创建几何实体模型的过程，运用Matlab对曲线、曲面的处理，生成的数据与Pro/E接口来创建实体的方法。 关键词：离心式压缩机；叶轮；三维造型 0 引言 三元叶轮是离心压缩机中完成能量转换的核心部件。对于闭式叶轮而言，叶轮由轮盖，叶片轮盘组成，其中最为复杂的是叶片的造型，因为叶片是空间内的扭曲曲面体。然而叶轮的三维实体造型是实现数字化设计与制造的关键。只有在准确的三维实体模型基础上才能划分出优质的网格，并进行计算流体动力学分析（CFD）和性能预测、刚度计算分析（CAE）和数控加工（CAM）等。 目前市场上使用的CAD/CAM/CAE商业软件主要有UG、Pro/ENGINEER、CA TIA等，其中Pro/E使用最为广泛，并且功能强大且接口友好，本文使用Pro/E进行三维实体建立，并将在Matlab里生成的叶片坐标数据保存为.lib文件，与Pro/E进行接口，从而生成空间扭曲叶片。探索一种实现自动建摸的途径。 1 三维实体造型的方法 三维建模是计算机图形学中的一种非常复杂的技术。目前，造型和建模的方法有5种[1]，即线框造型、曲面造型、实体造型、特征造型和分维造型。实体建模的方法包括边界描述、创建实体几何形状、截面扫描及旋转等。 1.1 边界描述 与表面建模方法非常相似，即先将目标实体的二维造型草绘出来。边界描述与表面建模方法的区别，在于对应于每一个小片或其他形状表面的数据，是否包含有关于实体内部和外部的信息。 1.2 创建实体几何形状 通过常用的布尔运算，即并、减和交运算来结合或组合适当的基本实体得到目标实体的几何形状。1.3 截面扫描 应用一个平面(截面)沿一条线(轴)移动(扫描)来建立三维实体。 1.4 旋转 绕着一条轴线旋转一个平面图形或旋转一条曲线就可以得到一个三维实体(旋转体)。 2 三维实体造型的思路 2.1 曲面的空间造型 现有的三元叶片曲面大致可分为直纹面和自由曲面两种，而这两种曲面在造型过程中是通过中性面来构造的[2]。在实际的工程应用中，多使用自由曲面来进行造型。而叶片的压力面和吸力面是通过中性面来造型的。构造中性面的方法又可分为两种：试验数据的样条加密法和数值计算数据与Pro/E软件接口的方法。中性面造型过程框图见图1。
离心泵毕业设计论文
离心泵毕业设计论文 第一章绪论 ?1.1 泵的概述 1(1(1水泵的功用随着各式各样的汽车类型层出不穷，什么轻快敏捷的轿车、环城的公交车以及载货跑长途的重型卡车等等。所有的车都有一个相同的特点，都必须有一个完整的冷却系统。因为发动机转动提供功率的同时，一定产生相当大的热量，使机体升温，当温度过高时就会影响机器的性能。必须将温度降下来。一般采用的方法都是通过发动机带动水泵进行水循环进行冷却的。那么水泵的功用就是对冷却液加压，保证其在冷却循环中循环流动。 1(1(2水泵的基本结构及工作原理汽车发动机广泛采用离心式水泵如下图。其基本结构由水泵壳体、水泵轴及轴承、水泵叶轮和水封装置等零件构成。发动机通过皮带轮带动水泵轴转动，水泵轴带动叶轮转动，水泵中的冷却液被叶轮带动一起旋转，并在离心力的作用下被甩向水泵壳体的边缘，同时产生一定的压力，然后从出水管流出。再叶轮的中心处由于冷却液被甩出而压力降低，散热器中的冷却液在水泵进口与叶轮中心的压差作用下经水管流入叶轮中，实现冷却液的往复循环如图(1-1)。支撑水泵轴的轴承用润滑脂润滑，因此要防止冷却液泄漏到润滑脂造成润滑脂乳化，同时还要防止冷却液的泄漏。如上图水泵防止泄漏的密封措施。密封圈与轴通过过盈配合装在叶轮与轴承之间使密封座紧紧的靠在水泵的壳体上已达到密封冷却液的目的。水泵壳体上还有泄水孔，位于水封之前。一旦有冷却液漏过水封，可从泄水孔泄出，已防止冷却液进入轴承破坏轴承润滑。如果发动机停止后仍有仍有冷却液漏出，则表明水封已经损坏。水泵的驱动，一般由曲轴通过V带驱动。传动带环绕在曲轴带轮和水泵带轮之间，曲轴一转水泵也就跟着转。叶轮由铸铁或塑料制造，叶轮上通常有6~8个径向直叶片或后弯叶片。水泵的壳体由铸铁或铸铝制成，进、出水管与水泵壳体铸成一体。因为汽车发动机上的水泵是采用离心式的，所以设计时完全可以按照离心泵的设计方法来设计。 ?1.2 离心泵
离心压气机发展研究报告
离心压缩机发展研究报告 近些年来，随着科学技术的飞速发展，离心压缩机因其可靠性高、体积小、质量轻等诸多优点而在航空航天、能源动力、石油化工及冶金等行业日益发挥着极其重要的作用。一直以来，离心压缩机内部流场的研究引起了国内外专家学者的关注。 1、发展历史与现状 1.1发展历史 18世纪初期，Papin给出了最早的离心式叶轮机械的设计方法，在他出版的著作中介绍了离心泵的设计方法。从那以后，离心式叶轮机械开始逐步得到发展。 19世纪，离心式压缩机伴随着叶轮机械理论的发展而得到了迅速的发展。在这一时期，Leonhard Eular建立了叶轮机械中的基本能量方程；Lazare Carnot指出在叶轮进口流体应光滑顺利的流入叶轮，即零攻角状态，他还指出为了获得高效率应减小叶轮出口动能。这一阶段的标志性成果是离心压缩机中开始使用有叶扩压器。 从20世纪开始至今是离心压缩机技术迅猛发展的时代。在这一时期，产生了对离心压缩机发展具有划时代意义的理论和方法。正是这些理论和方法的诞生，使得离心压缩机在全世界范围内得到了极为广泛的应用。1930年，Frank Whittle申请了他的第一项专利，在国际上首次应用了双向进气单级离心压缩机，这个离心压缩机由轴向透平驱动。采用双向进气不但可以避免在转子进口叶尖产生超音速流动，而且可以减小轴向推力。从那时开始，Frank Whittle就将目标瞄准单级压比达到4，而此前单级压比最高值只达到2.5[7]。 离心压缩机因为受旋转、曲率及粘性等诸多因素的影响及相互作用而使其内部流动表现为相当复杂的非定常、有粘性的三维湍流流动。但在早期，因为三元理论及计算手段的缺乏，使得离心压缩机的设计主要采用几何设计或二维气动设计方法进行。20世纪50年代，我国著名的科学家吴仲华教授提出了对离心压缩机发展具有划时代意义的两簇流面理论，奠定了叶轮机械内部三元流场求解的基础。他首先提出叶轮机械叶片通道内的三元流动可以看作是两类相交的流面（S1、S2流面，S1流面为是从一个叶片到相邻叶片之间的周向扭曲流面，S2流面是从轮毂导轮盖的径向扭曲流面）之和，这样就可以把一个复杂的三元问题转化为两个二元问题，从而使计算简化。随着吴氏三元理论的提出，离心压缩机的设计方法开始由几何设计或二维气动设计向准三维气动设计及全三维气动设计方法转变。许多国内外专家学
活塞式压气机设计说明书
课程设计说明书 课程名称机械原理 题目名称活塞式气机 专业机械设计与制造及自动化姓名亚 指导老师毕平
2014 年12 月26 日 前言 活塞式压气机在国民经济各部门占有重要的地位，在各工业部门都活得广泛的应用。往复式压缩机是工业上使用量大、面广的一种通用机械。立式压缩机是往复活塞式压缩机的一种，属于容积式压缩机，是利用活塞在气缸中运动对气体进行挤压，使气体压力提高。 热力计算、动力计算是压缩机设计计算中基本，又是最重要的一项工作，根据任务书提供的介质、气量、压力等参数要求，经过计算得到压缩机的相关参数，如级数、列数、气缸尺寸、轴功率等，经过动力计算得到活塞式压缩机的受力情况。活塞式压缩机热力计算、动力计算的结果将为各部件图形以及基础设计提供原始数据，其计算结果的精确程度体现了压缩机的设计水平。
目录 一曲柄滑块机构的运动分析 (4) 二曲柄滑块机构的动态静力分析 (9) 三齿轮机构的设计 (11) 四凸轮机构的设计 (13) 五飞轮的设计 (14) 六设计感想 (15) 参考文献
一、曲柄滑块机构的运动分析 已知：活塞冲程H，连杆与曲柄的长度比λ，曲柄平均角速度ω1。要求：选取曲柄位置φ=120o和φ=240o，画出机构运动简图和该机构在该位置时的速度和加速度多边形。 1.画出机构运动简图如图1（φ=120o）错误!未指定书签。由已知条件可求得 L OA=75mm L AB=375m V A=ω1l OA=50*75mm/s=3750mm/s 有V A + V BA = V B 大小: √？？ 方向: ⊥OA ⊥AB ∥OB 取适当比例尺u做速度多边形如图2 可求得V BA=uL AB=3375mm/s ω2=V BA/L AB=9.1s-1 a BA=ω2^2L AB=30375.45mm/s^2
压气机的设计过程
压气机的设计过程 设计过程大致可分为五个密切相关的步骤即初步设计、S2通流计算、叶片造型（二元）、叶片造型（三元）和放大尺寸的试验件研究。这五个步骤环环相扣, 每个阶段采用不同层次的数学物理模型和经验数据, 相互补充, 相互交叉检验, 最终将设计风险降到最小。西方研制的压气机效率较高, 是与这种设计体系有关的。以下对各设计步骤作简要说明。 初步设计—事先从整体上论证、预估所设计的风扇压气机方案的可行性 初步设计从压气机总性能的设计要求出发, 采用1D平均流线分析程序和经验数据, 计算出负荷的轴向匹配, 并估算压气机性能（流量、压比、效率和喘振裕度）, 确定内外环壁形状、级数和总长度等。PW、RR和GE等公司都是这样做的。初步设计十分重要, 而且需要较多的经验。如这一步犯了基本的错误, 例如选取了较少的级数和较短的长度, 致使叶片负荷过高和展弦比太大, 在以下的通流计算和叶型设计中将无法纠正。初步设计确保了整个设计方案的可行性。 通流设计—S2程序与经验输入的协调设计 采用S2程序及损失等经验数据, 解决流场的径向平衡和匹配。开始时叶片展向压比和效率值取自初步设计, 此后在迭代中可进一步修正叶型损失和落后角这些经验数据。采用扩散因子以及静子根部马赫数限制等准则, 可以得到各流面叶栅的马赫数、气流转折角、扩散因子等的合理值。在多级压气机中的通流设计中, 环壁堵塞系数的选取
十分关键。如果选取不准, 则某些级流量会偏离设计点而导致整个压气机前后级不匹配。另外, 为考虑径向掺混的影响, 通流设计程序中的掺混系数等还须与试验相配合, 进而加以确定, 详见3.5节。 叶片造型（二元）—任意叶型的气动优化造型 20世纪70年代以前, 大多采用标准叶型和经验数据关联进行几何造型。目前英、法、德的发动机公司已采用S1BYL2、MISES等S1程序进行任意叶型的气动造型。即通过S2-S2系统, 用S1正问题程序反复计算和修改叶型, 采用叶表面速度分布、损失系数以及叶面附面层参数等准则, 使叶型得以气动优化。而美国的发动机公司虽没有报道S1程序的名称, 但如NAFCOT计划, 实际上也采用功能相同的S1程序, 即2DEuler解内含该公司积累的经验数据。这种二元造型法在叶高的大部分区域内是适用的, 但对叶尖、叶根等三元流动较强的区域, 以及弓形静子、前掠、后掠等使S1流面翘曲的叶片, 应采用3D N-S程序进行另外的修改。 叶片造型（三元）—叶片的三元优化造型 3DN-S程序与S2-S1程序相配合, 能在一定程度上算出风扇压气机内流场的细微结构, 这对控制二次流损失、激波邓村面层干扰损失等是有利的。但由于目前3DN-S程序计算精度还不够高,所以对叶片的三元修改不可能完全依靠计算, 还需经验和技巧。GE公司为发展先进的复合弯扭叶片, 在低速模拟试验器上进行了多种叶片的试验研究。RR 公司的Gallimore认为3DN-S计算用于修改叶片时还应凭经验来判断。放大尺寸的试验件研究—多级核心压气机研究平台
华中科技大学离心泵课程设计教材
课程设计说明书 设计题目：离心泵水力设计 设计参数：流量0.1m3/s， 扬程62m， 转速1450rpm 学生姓名： 学号： 班级： 完成日期： 指导教师（签字）： 能源与动力工程学院
目录 第一章绪论.............................................................................................................................. - 2 - 1.1泵用途........................................................................................................................... - 2 - 1.2泵的分类....................................................................................................................... - 2 - 1.3离心泵主要部件........................................................................................................... - 3 -第二章结构方案确定................................................................................................................ - 4 - 2.1 确定安装高度.............................................................................................................. - 4 - 2.2 确定泵进、出口直径.................................................................................................. - 5 - 2.3 确定效率和功率以及电动机的选择.......................................................................... - 5 - 2.4 功率的确定.................................................................................................................. - 6 -第三章叶轮水力设计.............................................................................................................. - 7 - 3.1 叶轮进口直径D0的确定............................................................................................ - 7 - 3.2确定叶轮出口直径....................................................................................................... - 7 - 3.3确定出口宽度b2.......................................................................................................... - 8 - 3.4确定叶片数................................................................................................................... - 8 - 3.5确定叶片出口角........................................................................................................... - 8 - 3.6确定叶片实际厚度....................................................................................................... - 8 - 3.7用速度系数法确定进出口轴面速度........................................................................... - 8 - 3.8确定叶片出口排挤系数............................................................................................... - 8 - 3.9确定叶片包角φ.......................................................................................................... - 9 - 3.10精算叶轮出口直径D2................................................................................................ - 9 -第四章叶轮的CAD设计 ..................................................................................................... - 10 - 4.1轴面图绘制及过水断面检测..................................................................................... - 10 - 4.2轴面流线的绘制......................................................................................................... - 13 - 4.3进出口边参数的确定：............................................................................................. - 14 - 4.4方网格保角法叶片绘型：......................................................................................... - 16 -第五章压水室的设计............................................................................................................ - 18 -D的确定 ................................................................................................. - 18 - 5.1 基圆直径3 5.2 压水室的进口宽度.................................................................................................... - 18 - 5.3 隔舌安放角和隔舌螺旋角 ........................................................................... - 18 -第六章参考资料.................................................................................................................... - 19 -第七章设计感悟........................................................................................... 错误！未定义书签。