一种风机制备工艺优化方法技术

本申请属于材料加工技术领域，特别是涉及一种风机制备工艺优化方法。目前尚无一种可以实现功率匹配、轴向力自平衡和密封气的功能需求且复杂度低的制动风机设计方法。本申请提供了一种风机制备工艺优化方法，所述方法包括预测风机热力性能参数，根据所述热力性能参数对风机叶轮几何参数调节和优化，根据所述几何参数三维建模，仿真模拟风机运行的性能表现得到仿真结果，对所述仿真结果进行分析获得所述热力性能参数与所述几何参数对优化目标的影响程度，选取影响参数构建目标函数，根据所述目标函数逆向优化并进行自适应求解得到最优工艺。艺。艺。

【技术实现步骤摘要】
一种风机制备工艺优化方法


[0001]本申请属于材料加工
，特别是涉及一种风机制备工艺优化方法。

技术介绍

[0002]透平膨胀机是空气分离设备、天然气石油气液化分离设备和气体液化装置等获取冷量所必需的关键部件，是保证整套设备稳定运行的心脏。透平膨胀机的工作过程是一种绝热膨胀过程，获得低温是其最主要的效应，同时膨胀过程也是对外做功的热力过程。低温透平膨胀机输出的能量一般由同轴的制动风机消耗。
[0003]传统的低温透平膨胀机中，制动风机均可满足消耗膨胀侧输出功的功能。但受限于制动风机的压比小，风机流道和轮背形成的轴向力往往无法平衡膨胀侧的轴向力，止推轴承的承载力需求大。目前膨胀机的故障和维护往往因为止推轴承损坏导致。有相关研究优化制动风机设计以减小膨胀机整机的轴向力，但在实际设计过程中，往往需要调整膨胀机侧的设计进行反复迭代和修改，极大地增加了设计工作的复杂程度。膨胀机壳体内压力控制对轴承的运行，密封防泄漏等有重要影响，受轮背压力，密封气压力等因素的影响，单独设计各个部分也给设计工作增加了难度和成本。

技术实现思路

[0004]1.要解决的技术问题
[0005]基于目前尚无一种可以实现上述多种功能需求且复杂度低的制动风机设计方法的问题，本申请提供了一种风机制备工艺优化方法。
[0006]2.技术方案
[0007]为了达到上述的目的，本申请提供了一种风机制备工艺优化方法，所述方法包括预测风机热力性能参数，根据所述热力性能参数对风机叶轮几何参数调节和优化，根据所述几何参数三维建模，仿真模拟风机运行的性能表现得到仿真结果，对所述仿真结果进行分析获得所述热力性能参数与所述几何参数对优化目标的影响程度，选取影响参数构建目标函数，根据所述目标函数逆向优化并进行自适应求解得到最优工艺。
[0008]本申请提供的另一种实施方式为：所述风机为双级串联风机，所述双级串联风机包括相互连接的一级风机和二级风机。
[0009]本申请提供的另一种实施方式为：所述热力性能参数根据膨胀机输入的制动功率P
T
、转速n、轴向力F
T
、膨胀叶轮外缘直径D
T
和密封气压p
T
进行预测。
[0010]本申请提供的另一种实施方式为：根据所述制动功率P
T
＝f
power
(m，p
B0
，F
B0
，π1，π2，η1，η2)，设置风机流量m，一级风机进口压力p
B0
，一级风机进口温度T
B0
，一级风机压比π1，一级风机效率η1，二级风机压比π2和二级风机效率η2。
[0011]本申请提供的另一种实施方式为：根据所述流量、一级风机压比π1和进口状态设计一级风机的第一叶轮、第一扩压器和第一蜗壳；根据所述二级风机压比π2和所述一级风机的出口状态设计二级风机的第二叶轮、第二扩压器和第二蜗壳。
[0012]本申请提供的另一种实施方式为：所述第一叶轮包括三维扭曲叶片，所述第二叶轮包括三维扭曲叶片，所述三维扭曲叶片的参数包括外缘直径、出口叶高、叶片数、进口内径和进口外径，所述参数共同形成子午面型线。
[0013]本申请提供的另一种实施方式为：所述子午面型线能够通过型线控制点的坐标(x1，y1)、(x2，y2)、...(x
n
，y
n
)进行调节和优化。
[0014]本申请提供的另一种实施方式为：所述外缘直径小于膨胀机叶轮外缘直径。
[0015]本申请提供的另一种实施方式为：所述优化目标包括风机总制动功率P
B
、风机侧总轴向力F
B
和二级风机叶轮出口压力p
B
，所述优化目标为P
B
＝P
T
，F
B
＝
‑
F
T
，p
B
≥p
T
。
[0016]本申请提供的另一种实施方式为：根据所述目标函数逆向优化并进行自适应求解得到最优工艺包括逆向回溯所述热力性能参数和所述几何参数，调整和优化后，正向建模，再通过计算流体动力学仿真软件模拟，检验优化目标是否满足设计条件；若尚未满足，则将新的参数加入目标函数，继续逆向回溯优化，重复自适应求解过程，直至优化目标满足设计要求。
[0017]3.有益效果
[0018]与现有技术相比，本申请提供的风机制备工艺优化方法的有益效果在于：
[0019]本申请提供的风机制备工艺优化方法，为一种多目标功能双级串联制动风机的设计方法。
[0020]本申请提供的风机制备工艺优化方法，双级串联的风机，总压比为一、二级风机压比的乘积，可形成更高的压比，易于在风机侧流道和轮背形成压差，较大的轴向力；风机侧轴向力由两个叶轮的流道和轮背组成，通过合理设计，与膨胀侧等大反向，容易实现轴向力自平衡。
[0021]本申请提供的风机制备工艺优化方法，风机侧可达到更高的压力，设计过程可实现二级风机轮出口压力高于密封压力，所以二级风机轮出口泄露的高压气体，通过壳体内部流道，作为膨胀侧的密封气体，减少膨胀侧冷量泄漏，不额外供气可以减少系统的耗气量，减少功耗。
[0022]本申请提供的风机制备工艺优化方法，采用双级串联形式，可以达到更大的压比，在风机叶轮直径小于膨胀叶轮直径的设计条件下，相比单级制动叶轮，轮缘速度减小，制动功率增大，具有宽域性能，可配合膨胀机大膨胀比以及大流量的工况，不再制约膨胀叶轮设计。
[0023]本申请提供的风机制备工艺优化方法，由于压比大容易实现大制动功率需求，在风机设计流程中，可限制风机叶轮直径小于膨胀叶轮，风机叶轮强度要求低于膨胀侧，因此在膨胀侧流道设计阶段，仅需考虑膨胀叶轮自身强度要求，无需考虑风机的强度和功率匹配需求；二级风机轮出口压力高，可用作密封气，在风机设计流程中，可限制其高于密封压力，消除了膨胀机密封气的设计。
[0024]本申请提供的风机制备工艺优化方法，可根据膨胀侧输入参数，实现功率匹配，消除轴向力，密封的要求，且无需对膨胀机侧的设计进行反复修改和迭代，简化设计步骤和时间。
附图说明
[0025]图1为本申请的风机制备工艺优化方法流程示意图；
[0026]图2为本申请的子午面型线控制点示意图；
[0027]图3为本申请的风机工作原理示意图。
具体实施方式
[0028]在下文中，将参考附图对本申请的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本申请，并能够实施本申请。在不违背本申请原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。
[0029]参见图1～3，本申请提供一种风机制备工艺优化方法，运用此方法优化某一大功率氢透平膨胀机的制动风机。所述方法包括预测风本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风机制备工艺优化方法，其特征在于：所述方法包括预测风机热力性能参数，根据所述热力性能参数对风机叶轮几何参数调节和优化，根据所述几何参数三维建模，仿真模拟风机运行的性能表现得到仿真结果，对所述仿真结果进行分析获得所述热力性能参数与所述几何参数对优化目标的影响程度，选取影响参数构建目标函数，根据所述目标函数逆向优化并进行自适应求解得到最优工艺。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述风机为双级串联风机，所述双级串联风机包括相互连接的一级风机和二级风机。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述热力性能参数根据膨胀机输入的制动功率P
T
、转速n、轴向力F
T
、膨胀叶轮外缘直径D
T
和密封气压p
T
进行预测。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：根据所述制动功率P
T
＝f
power
(m，p
B0
，T
B0
，π1，π2，η1，η2)，设置风机流量m，一级风机进口压力p
B0
，一级风机进口温度F
B0
，一级风机压比π1，一级风机效率η1，二级风机压比π2和二级风机效率η2。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：根据所述流量、一级风机压比π1和进口状态设计一级风机的第一叶轮、第一扩压器和第一蜗壳；根据所述二级风机压比π2和所述一级风机的出口状态设计...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯予，周楷淼，杨潇翎，陈双涛，陈良，张泽，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：