重庆通用工业（集团）有限责任公司 TSA再生气压缩机初步方案设计报告Word格式.docx
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根据重庆通用工业（集团）有限责任公司（项目委托方）与
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有限公司签订的“节能降耗技术改造项目TSA再生气压缩机技术协议”要求，利用经过校核的离心压缩机设计系统完成了单缸2段
3级离心压缩机方案设计、全三维叶片造型和准三维流场分析，利用一维方案计算软件对所设计的离心压缩机进行了一维性能预测，性能完全满足设计指标要求。
二、TSA再生气离心压缩机气动方案设计
根据重庆通用工业（集团）有限责任公司的要求，压缩机采用了单缸2段3级离心式，分段中间冷却器，降低气体的温度，节省
功率。
压缩机气体组分（mol%）为CO2：
58.3247%；
N2：
40.8743%；
水蒸汽H2O：
0.7859%；
CO：
0.0023%；
H2：
0.0002%，CH4：
0.0054%；
甲醇ME：
0.0072%，分子量为37.2642。
TSA再生气压缩机的具体设计指标如表1所示。
表1TSA再生气压缩机设计指标
参数
量 值
吸气量（Nm3/h）
8050
工质
58.3247%CO2；
40.8743%
N2；
0.7859%H2O；
0.0023%
CO；
0.0002%H2；
0.0054%
CH4；
0.0072%ME
进口压力（MPa）
0.105
进口温度（℃）
22
出口压力（MPa）
0.42
设计转速（rpm）
12600
轴功率（kW）
540.0
旋转方向
顺气流看，逆时针旋转
利用损失模型，借助ConceptsNREC软件的COMPAL模块，在给定的限制条件下以效率最大化为目标对离心压缩机各个截面的主要几何参数进行筛选，确定初步得出满足设计要求的离心压缩机各关键截面上的气动参数和几何尺寸。
在TSA再生气压缩机设计中遵守了以下主要原则
ü
压缩机为单缸两段3级离心式，第I段由2级组成，第II段由1级组成，主要包括了进口段、闭式叶离心叶轮、无叶扩压器、弯道以及回流器等部件组成；
以正常工况点为设计点，为了兼顾最小工况点性能，采用了提高压比设计，提高量为6%
叶轮线速度264.0m/s，叶轮直径400.0mm；
叶轮进口轮盘直径170.0mm，轴最小直径140.0mm
两段之间带中冷，中间冷却器损失20000Pa
三级离心叶轮为三元轮，
TSA再生气压缩机总体结构布局如图1所示。
图1TSA再生气压缩机总体结构布局
如图2～图3分别给出2段3级离心压缩机的子午流道，第I段由2级组成，主要包括了进口段、闭式叶离心叶轮、无叶扩压器、弯道、回流器和蜗壳等部件组成；
第II段由单级组成，主要包括进口段、闭式叶离心叶轮和蜗壳等部件组成。
图1第I段2级离心压缩机子午流道
图2第II段1级离心压缩机子午流道
表1给出了该离心压缩机各级主要几何参数，其中各结构参数示意图如图4所示。
表1压缩机各级几何参数
级编号
1
2
3
叶轮叶片数Z
17
盖处进口直径DTmm）
250.0
232.0
216.0
盘处进口直径Dh（mm）
170.0
叶片出口叶片角b2A（°
）
40
30
叶轮外径D2（mm）
400.0
叶轮进口宽度
B1（mm）
23.0
17.9
13.3
叶轮出口宽度
B2（mm）
24.0
16.5
12.0
叶片进口厚度
δ1（mm）
叶片出口厚度
δ2（mm）
扩压器进口直径
D3（mm）
450.0
440.0
扩压器进口宽度
B3（mm）
20.4
14.0
10.8
扩压器出口直径
D4（mm）
680.0
扩压器出口宽度
B4（mm）
回流器进口直径
D5（mm）
-
回流器进口宽度
B5（mm）
回流器进口角α5（°
23.5
回流器出口直径
D6（mm）
272.0
回流器出口宽度
B6（mm）
40.0
回流器出口α6（°
95
回流器叶片数Z5
15
图4压缩机结构参数示意图表2给出了该离心压缩机各级主要热力参数。
表1压缩机各级热力参数
进口总压（kPa）
105
180.76
277.0
进口总温（K）
295
343.6
313.0
叶轮进口叶尖相对Ma
0.64
0.54
0.52
叶轮出口线速度
（m/s）
264.0
出口压力（kPa）
297.32
471.6
出口温度（k）
395.6
366.0
叶轮效率
0.893
0.892
0.888
标准比转速
0.739
0.582
0.475
内功率（kW）
173.0
184.0
182.0
整机内功率（kW）
三、多级离心压缩机详细设计
根据一维方案计算结果，利用ConceptsNREC软件的AxCent模块进一步给出离心压缩机详细的子午流道，完成离心压缩机叶片造型，同时计算内部准三维流场并进行诊断，反复修改叶片流道、叶片角和叶片厚度的分布来获得合理的叶片表面载荷，完成离心压缩机的通流（包括叶片和流道）设计和造型，在此过程中对离心压缩机内部流场进行了详细的分析，经反复迭代最终完成了多级离心压缩机的详细设计。
离心叶轮采用了闭式全三元叶片，为保证加工精度高和加工效率，降低加工成本，采用能用线接触的方法进行加工直纹叶片；
在综合考虑最大负荷位置、叶片包角、叶片倾斜角等因素后确定了离心叶轮叶片角分布规律，离心叶轮采用了出口后弯角50度的S型叶片，这种负荷分布能够保证离心叶轮内的扩压比较均匀，经验表明，气动性能明显优于其它类型叶片；
叶片倾角从进口0度变化到出口
25度，叶轮出口采用较大的倾角以控制其内部的二次流动。
为了减小加工成本，回流器采用了二元叶片；
180度转弯段内流道转弯半径与弯道进口宽度一样，外流道半径按照流通面积平缓的原则选取。
如图5～图6分别给出了各段压缩机的三维渲染图。
图5第I段2级离心压缩机三维渲染图
图6第II段1级离心压缩机三维渲染图
四、多级离心压缩机一维气动性能计算
如图7～图9给出了利用一维性能方案计算软件计算获得的
70%～105%转速下TSA再生气离心压缩机的出口压力、等熵效率、功率特性，可以看出，各项性能指标均超过了设计要求。
（a）出口压力
（b）等熵效率特性
（c）功率特性
图8TSA再生气压缩机性能特性
五、主要结论
利用离心压缩机气动设计系统完成了重庆通用工业（集团）有限责任公司2段3级TSA再生气压缩机设计，并利用一维性能预测软件预测对离心压缩机的气动性能进行了计算，离心压缩机的各项气动性能指标均满足设计要求。
以上气动及总体结构设计技术方案，已经具备交由委托方项目初审的条件。
六、项目分工、进度及预算
项目委托方要求承接方完成该机组的压缩机部分的完整设计图纸，主要有转子、密封（除碳环密封外的所有密封）、隔板、壳体、轴承等。
制造工艺图纸由委托方完成校图、审核，所有制造任务也由委托方完成。
项目承接方人员初步安排：
项目负责人：
张学锋；
项目技术总负责人：
卢新根博士
气动设计：
卢新根博士、陶林（浙江大学硕士毕业，1年行业工作经验）配合。
如预算允许，可以请CN专家提供设计评审。
结构设计：
何洪钧（多年行业工作经验）、黄洪磊（硕士毕业，
3年行业工作经验）。
轴承设计及转子动力学：
宾光富博士，美国ETI公司陈文政博士帮忙指导。
进度计划表：
待双方讨论
项目预算费用：
待定
势加透博（北京）科技有限公司
2012年11月8日
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