離心壓縮機特性仿真的案例
壓縮機仿真學習：影響離心壓縮機特性曲線的參數，你了解過嗎?
5能量傳遞與壓力升高
由于流體的能量與質量流量成正比，壓縮機壓力升高時，通過能量傳遞會對進口溫度，比熱容等多個因素產生影響。為了建立流量壓力升高的模型，也要考慮喘振工況，其值決定了旋轉葉片在反方向提供給流體的阻力。在流量為負時，壓縮機可以認作是偏正壓力的節流裝置。在壓縮機實際工作中，為了生產安全的需要，應當盡量避免進入喘振區，同時，負流量在實際中無法測量，在工程上只需要畫出正流量時的出口特性曲線。
6離心壓縮機的出口溫度
離心壓縮機通過葉輪的高速旋轉對氣體做功，使氣體的壓力得到提高，同時氣體的溫度也隨之提高。如果在轉速一定，入口條件也一定的情況下，壓縮機的溫度比是一個定值。
7離心壓縮機模型的仿真及入口參數的影響
反映離心壓縮機級的主要參數為壓力比、效率及流量。為了便于把級性能清晰地表示出來，常常在一定的進口氣體狀態及某個轉速下，用不同流量時的級壓力或出口壓力、級效率與進口流量表示出來。若忽略動能的變化，葉輪對氣體所做的功主要用來提高氣體的壓力和克服流動損失。所以，要知道不同流量下壓力提高的情況，還要知道不同流量下流動損失的大小。
在設計工況下，氣流方向基本上和葉片方向一致，分離沖擊損失小；當流量增大或減小時，分離沖擊損失增大。
展開 離心壓縮機葉輪振動特性仿真及試驗研究
Key words: centrifugal compressor; impeller; parameterized design; innovation method
0 引言
葉輪疲勞斷裂是近年來離心壓縮機組向高端化方向發展的過程中遇到的主要失效形式，作為離心壓縮機運行核心部件的葉輪，運行時常常受到離心力、壓力以及其它非穩定形式流動激勵的綜合作用，發生劇烈振動，并產生相應的噪聲，甚至會引起其共振。壓縮機流量的增大使得流道的寬度增大，而現代過程工業普遍要求壓縮機具有寬的工況范圍，為此在壓縮機進口廣泛的采用了可調導葉，使得流體的激振力增大。這些因素共同作用使得近年來壓縮機葉輪斷裂的事故尤為突出[1-2] 。
如果在實際的工作中，葉輪長期處于比較嚴重的共振中，會很容易產生疲勞；因此，為了葉輪能夠長期的工作在非共振的環境下，保證葉輪的使用壽命和壓縮機的運行狀態, 日本三菱公司進行了葉輪強度的研究，在測試和有限元分析的基礎上，改變葉輪結構優化葉輪上振動應力的分布[3] 。同時，在試驗基礎上，提出了葉片動應力的評定準則[4] 。在國內，文獻[5]對葉輪的振動特性進行研究分析,指出改變葉片數量可以有效地使葉輪固有頻率和激振頻率避開，避免共振現象的發生。
用LMS模態測試軟件對離心壓縮機葉輪結構進行了模態分析，并將結果與ANSYS有限元軟件[6]計算結果相對比，驗證ANSYS有限元軟件計算葉輪模態得出的結果是可信的。之后在此基礎上，運用ANSYS有限元分析軟件計算分析三種方式，即改變葉片厚度、葉輪加筋和改變葉片數量，對葉輪振動特性的影響效果，為葉輪的優化設計提供參考依據。
1 葉輪模態分析
1.1 葉輪失效形式及解決方案概述
葉片斷裂失效形式如圖1所示[1-2] 。模態分析是用來確定結構振動特性的一種常用技術，這些振動特性包括固有頻率和振型。
展開 壓縮機仿真學習：離心壓縮機參數辨識
文章來源：壓縮機網
ANSYS CFX 壓縮機仿真-離心壓縮機葉輪
本文利用CFX模擬離心壓縮機葉輪的氣動性能。
注：本文采用CFX 2019R2進行演示
1 幾何模型
幾何模型來自ANSYS-CFX的教程文檔。下圖是幾何模型的示意圖。這個葉輪有24個葉片，以22360rpm的轉速繞Z軸旋轉。
△ 幾何模型示意圖
2 BladeGen定義幾何
啟動Workbench 2019 R2，將BladeGen模塊拖入工程視圖，右擊
A2：Blade Design→Properties，在屬性面板中設置如下圖所示
△ 屬性設置
加載創建好的葉輪。
ANSYS Fluent 壓縮機仿真｜離心壓縮機計算
本案例演示利用Fluent計算離心式壓縮機內部流程并實現參數化的一般流程。
1 問題描述
要計算的壓縮機如下圖所示。
其包含6個主葉片及6個分流葉片，只計算單流道模型，如下圖所示。
流體介質為空氣，葉輪轉速155733 rpm，沿z軸旋轉。
2 計算流程
啟動Workbench，讀取文件
TurbochargerCompressorFluentStartingPoint.wbpz
添加Fluent模塊，計算模塊如下圖所示
雙擊
D2單元格進入Fluent
3 Fluent計算
3.1 General設置
進入
General設置面板，保持默認設置
設置
angular-velocity的單位為
rev/min
3.2 Models設置
開啟能量方程
選擇使用
SST k-omega湍流模型
3.3 Materials設置
指定密度為
ideal-gas，指定粘度為
sutherland
Sutherland對話框采用默認設置。
展開 整體齒輪增速式離心壓縮機振動耦合動力特性研究
摘要
以一臺在役的六級整體齒輪增速式離心壓縮機為研究對象，基于轉子動力學和齒輪動力學理論，建立了全自由度齒輪－軸承－轉子耦合系統有限元模型。計算了考慮齒輪嚙合接觸的轉子系統固有頻率、模態振型和不平衡響應，得出了這種復雜軸系的模態特征與振動傳遞特性。在此基礎上，研究了不同支撐型式下轉子振動響應特性，并探討了齒輪螺旋角對轉子振動的影響。研究結果表明，耦合軸系的固有頻率和不平衡響應峰值都有所增大; 轉子系統在可傾瓦軸承支撐下，無論過臨界還是工作轉速振動幅值均較低; 當齒輪螺旋角為 15°時，轉子振動幅值最小。
0．引言
整體齒輪增速式離心壓縮機與傳統的單軸式壓縮機相比具有效率高、制造成本低、結構緊湊等優點，在現代工業中應用廣泛。該壓縮機由于齒輪嚙合的作用，轉子振動存在強耦合關系，具有不同于單軸轉子的一些復雜動力學特性，因此，設計者需要考慮由于齒輪嚙合效應產生的耦合模態與振動特征。
本文以一臺 3 軸( 6 級) 整體齒輪增速式離心壓縮機組為研究對象，采用有限元法并基于轉子動力學和齒嚙合基本原理，建立了齒輪軸系的軸向－彎曲－扭轉耦合系統的三維有限元模型。通過研究軸承和齒輪參數對轉子振動的影響規律，尋找影響齒輪轉子振動特性的主要因素，以期為齒輪轉子的優化設計提供參考。
展開 離心式壓縮機仿真案例
一、多參坐標系描述
旋轉機械問題設計到旋轉的流體域（rotating flow domain），所有的旋轉部件（moving parts，fan blades，hub，shaft surfaces...）是以一定的角速度進行旋轉的，靜止壁面（stationary walls，shrouds-蓋板，duct walls-風道壁面）是關于旋轉軸的轉轉曲面（surfaces of revolution），所涉及到的整體域被作為一個單一旋轉參考坐標系（a single rotating frame of reference）；然而當其中一部分是關于不同旋轉軸進行轉轉，或關于相同的軸按照不同的速度旋轉或靜止壁面不屬于“surfaces of revolution”（如在離心式壓縮機輪子周圍的蝸殼），單一的旋轉坐標系統（single rotating coordinate system）已不能夠滿足使計算域固定（immobilize），為了預測穩態的流場，因此必須以“多參考坐標系”（multiple reference frames）的方式進行仿真；
離心式鼓風機（Centrifugal blower）2D模型：
使用MRF模型能夠分析與一個或多個旋轉部件相關的流動特性，在一個單一計算域內多旋轉參考坐標系能夠被使用，流場結果代表旋轉部件移動到某一位置時的瞬態結果（snapshot-抓拍of the transient flow field）；然而在很多案例中交界面能夠以這種方式進行選擇-在該位置的流場是獨立于移動部件的方向的，這就意味著如果交界面能夠被繪制（drawn）以具有很小或者沒有角度依賴性（little or no angular dependence），MRF模型能夠成為可靠的工具用于時均流場的求解（time-averaged flow fields
展開 淺析離心壓縮機設計與流固耦合仿真
針對離心壓縮機各部件，Simerics-MP+自動網格劃分結果如下：
離心壓縮機流體域網格
默認物理模型考慮了湍流與傳熱并添加了相應模型，邊界條件：進口總壓-1.013bar、進口總溫20°C、出口體積流量1.3263m^3/s、轉速22360rpm。CFturbo輸出設置時可選擇穩態或瞬態計算，本案例以穩態計算1500步為例展示部分過程結果圖片。
下圖為Simerics-MP+離心壓縮機仿真界面，集前處理、求解與后處理于一體，從收斂曲線趨勢可以看到，仿真模型具有良好的收斂特性，較短時間步內即可獲得良好的收斂解，且幾乎不需要任何調試。
圖6離心壓縮機仿真界面
為判斷離心壓縮機仿真是否遵循質量守恒定律，提取了進出口質量流量之和的曲線分布，如下圖所示。在迭代600步后，曲線穩定且進出口質量之和為0，滿足質量守恒。
離心壓縮機進出口質量流量之和
下圖為離心壓縮機進口體積流量曲線，穩定值為179150L/min。
離心壓縮機出口體積流量曲線
離心壓縮機轉子的溫度與壓力分布結果如下：
離心壓縮機轉子溫度分布
離心壓縮機轉子壓力分布
在Simerics-MP+啟動計算之前，可以選擇相關的壁面邊界（如葉輪、導葉等），輸出對應的壓力和溫度分布，以便后續加載到結構分析工具中進行結構熱應力分析。
展開 技術干貨| 基于GT-SUITE往復式壓縮機進氣脈動噪聲特性仿真
基于GT-SUITE往復式壓縮機進氣脈動噪聲特性仿真
摘要：
1）往復式壓縮機在吸氣過程中產生噪聲，在GT-SUITE中搭建壓縮機模型，考察壓縮機進氣過程的噪聲特性；
2）識別影響進氣噪聲的參數。
往復式壓縮機性能要求：
盡可能少的能量消耗；
盡可能高的體積效率；
可靠性和安全性；
盡可能小的噪聲水平
圖1 往復壓縮機結構及工作原理
噪聲傳遞過程：
噪聲傳遞過程如圖2所示：壓力波動是噪聲產生的主要原因，圖2中左圖是使用GT-SUITE搭建的1D模型和其他軟件搭建3D模型計算的壓力波動對比，該圖說明1D計算結果精度符合要求。
圖2 噪聲傳遞過程
噪聲傳遞路徑包括：1）沿管路傳遞到進氣口的脈動噪聲；2）經殼體的輻射噪聲。
噪聲測量：
在進氣閥處進行噪聲測試，以驗證仿真模型準確性。針對不同排量和冷媒，分別測量進氣閥處的聲壓級
1）排量分別為15cc和21cc;
2）冷媒分別是R134a和R290；
圖3 測試聲壓級對比
圖3左圖是相同冷媒R134a下，不同排量對應聲壓級，右圖是冷媒R290下，不同排量對應的聲壓級。
展開 AxSTREAM冷水機組中的離心壓縮機設計和優化
AxSTREAM冷水機組中的離心壓縮機設計和優化
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離心機壓縮型式結構
離心機壓縮型式結構
一、離心式冷水機組前視圖、后視圖
1）前視圖
2）后視圖
3）三級離心結構圖
二、離心式壓縮機
2.1.三種不同型式壓縮示意圖
a.單級壓縮
b.兩級壓縮
c.三級壓縮
2.2.不同型式離心壓縮機及其構成
a.半封閉離心壓縮機
b.開啟式離心壓縮機結構
c.三級離心壓縮機結構
2.3.關于壓縮機型式的描述：
1）葉輪方面：
a)閉式葉輪的穩定工況范圍比半開式葉輪的穩定工況范圍要窄；
b)小流量區間內，即：部分負荷情況下，半開式葉輪的性能優于閉式葉輪的性能；
c)兩種形式葉輪內部都存在回流區域，半開式葉輪內部的回流區域較少。
2）電機方面：
a)閉式電機散熱于系統中，增加制冷系統能耗3%,閉式電機在冷媒中旋轉，阻力大，增加動力系統能耗3%。
b)封閉式結構設計，電機處于腔體內，具有良好的運轉環境；避免開放式電機因殼體散熱裝置直接暴露在空氣中臟堵而影響其穩定性；封閉式電機均有內置式熱保護系統，可保證電機的運行安全（而開放式電機采用僅依靠電流過載來保護電機，可靠性較低）；封閉式結構設計，電機采用制冷劑噴液冷卻，工作溫度低，使用壽命長；（而開放式電機處于機房內，電機的工作環境溫度較高）。
展開 
離心壓縮機防喘振條件及措施
當進口氣體流量瞬時降低，低過了所允許的最低工況點時，壓縮機內的氣流流動方向與葉片進口安裝角出現很大的偏差，造成葉道內的氣流出現嚴重的“旋轉脫離”，使氣體在葉道中滯流，致使壓縮機壓力突然降低，然而出口系統的壓力并沒有瞬時下降，這就使排氣管內壓力高的氣體流回壓縮機，使葉道內的流量又得以補充，并恢復正常工作，當壓縮機內的流量再次減小時，系統氣體又會出現倒流，如此反復，系統中的氣流便產生了周期性的振蕩，并伴隨著強烈的噪聲，這就形成了壓縮機的喘振。
2. 喘振發生的外因
通過對離心式壓縮機性能曲線的分析，當喘振發生時，其工作點一定進入了喘振工況區。因此，壓縮機的喘振與管網特性有著密切關系。所謂“管網”就是離心式壓縮機實現氣體介質輸送任務的管道系統，位于壓縮機入口之前的稱吸入管道，位于壓縮機出口之后的稱為排出管道。管網一般均由管線、管件、閥門和設備等四大要素組成。實踐表明，離心壓縮機管網容量愈大，喘振的振幅愈大，振頻愈低；管網容量愈小，喘振的振幅就越小，振頻愈高。
展開 離心壓縮機的監測及故障診斷
離心壓縮機的監測及故障診斷
馮明義 張晨
隨著國內鋼鐵企業的蓬勃發展，制氧設備的發展呈現出大型化的趨勢，而與空分裝置相配套的大型離心式壓縮機的使用越來越普遍、地位越來越重要。作為一名制氧操作工加強壓縮機基本理論知識的學習、注重總結實際工作中的經驗教訓、全面提高自身的綜合素質，維護和操作好自己所轄的離心壓縮機，就顯得非常重要。
我們知道，一臺離心式壓縮機組是由電氣、機械、潤滑、冷卻、控制等各個密不可分的部分組成的一套完整的系統。系統的任何一個部分發生故障都將影響到整臺機組的平穩運轉，嚴重時還會造成機組停運，影響相關系統正常運行。因此，操作工如何及時檢查和發現離心壓縮機存在的故障,并迅速診斷出發生故障的原因，維持機組的正常運轉，避免發生重大設備和人員傷害事故，為檢修人員提供科學的依據，保證制氧裝置的平穩高效運行，有著重要的現實意義。
一、學習理論知識、了解機組構造
加強理論知識學習和專業技能的培訓是操作離心壓縮機的基礎，了解自己所轄機組的基本構造是診斷離心壓縮機故障的前提。我們需要學習的基礎資料有：《制氧工問答》、《壓縮機工》、《機械基礎》、《電機故障診斷技術》，以及相關機組的操作說明書，如：《沈鼓空壓機操作說明書》、《杭氧氧壓機操作說明書》、《英格索蘭氮壓機操作說明書》等相關資料。了解機組基本構造最直接的辦法是利用檢修人員對壓縮機檢修安裝、拆卸時到現場觀摩，了解壓縮機各部件的形狀、位置、組合等等。
通過對壓縮機基本理論知識的學習提高我們的專業理論水平，通過現場觀摩和學習增強我們對壓縮機感性的認識，研究透各種類型離心壓縮機的設計原理，了解其各不相同的內部結構，掌握機組在不同的運行條件下相關操作方法，全面提高我們的操作運行水平。這樣才能使我們在日常工作中，在檢查、診斷離心壓縮機出現的故障時得心應手。
展開 離心式壓縮機故障診斷
離心式壓縮機故障診斷
摘 要：介紹了離心式壓縮機振動過大故障的診斷過程，用實例說明了借助振動頻譜分析進行壓縮機的故障診斷是非常有效的，對機組的維護和維修都具有指導意義。
關鍵詞：轉子 振動 監測 頻譜 故障診斷
天津石化公司化工廠芳烴車間離心式壓縮機C501是生產中的關鍵設備之一，系日本日立公司產品，4級離心式回轉式驅動電機功率610kW，主機轉子轉速15300r/min，工作介質是氫氣，氣流量38066m3（標準）/h，出口壓力11.32×105Pa，氣體溫度200℃。該機配有美國本特利內華達公司7200系列振動監測系統，測點有7個，分布如圖1。測點A、B、C、D為壓縮機主軸瓦徑向位移傳感器。測點E、F分別為齒輪增速箱高速軸和低速軸軸瓦的徑向位移傳感器，測點G為壓縮機主軸軸向位移傳感器。7200系列儀表可隨時示出振動位移峰峰值，超過報警限時報警。
該機沒有備份，全年連續運轉，僅在大修期間可以停機檢修，生產過程中，一旦停機將影響全線生產。該機功率大，轉速高，介質是氫氣，振動異常有可能造成極為嚴重的惡性事故，是公司重點監測的設備之一。
圖1 C501壓縮機測點
1．故障現象
化工廠于2000年5月中旬開始停車大檢修，6月初經檢測各項靜態指標均達到規定標準。6月10日下午啟動，投入催化劑再生工作，為全線開車做準備。再生工作要連續運行一星期左右，再生過程中，工作介質是氮氣，這使得壓縮機負荷大一些。壓縮機啟動后，各項動態參數如油量、壓力、溫度、油溫、電流等都在規定范圍內，機器正常工作，運行到6月12日上午，出現振動報警，測點D振動值越過報警限，在60-80 μm之間波動，測點C振動值也偏大，在50-60μm之間波動。其他測點振動正常。
展開 離心壓縮機防喘振條件及措施
當進口氣體流量瞬時降低，低過了所允許的最低工況點時，壓縮機內的氣流流動方向與葉片進口安裝角出現很大的偏差，造成葉道內的氣流出現嚴重的“旋轉脫離”，使氣體在葉道中滯流，致使壓縮機壓力突然降低，然而出口系統的壓力并沒有瞬時下降，這就使排氣管內壓力高的氣體流回壓縮機，使葉道內的流量又得以補充，并恢復正常工作，當壓縮機內的流量再次減小時，系統氣體又會出現倒流，如此反復，系統中的氣流便產生了周期性的振蕩，并伴隨著強烈的噪聲，這就形成了壓縮機的喘振。
2. 喘振發生的外因
通過對離心式壓縮機性能曲線的分析，當喘振發生時，其工作點一定進入了喘振工況區。因此，壓縮機的喘振與管網特性有著密切關系。所謂“管網”就是離心式壓縮機實現氣體介質輸送任務的管道系統，位于壓縮機入口之前的稱吸入管道，位于壓縮機出口之后的稱為排出管道。管網一般均由管線、管件、閥門和設備等四大要素組成。實踐表明，離心壓縮機管網容量愈大，喘振的振幅愈大，振頻愈低；管網容量愈小，喘振的振幅就越小，振頻愈高。
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