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涡轮分级机模型设计的三种方案

1.方案一(原初步设计)的模型设计

根据合作单位提供的XK-200型涡轮式气流分级机的结构原始尺寸,并按以上方式对分级机进行简化,设计出了方案一的几何模型。图中喷嘴和外筒体的壁厚均未绘出,只绘制了内腔尺寸(下同)。叶轮的长度较外筒体直段长,因此在叶轮下端与分级区锥形筒体间形成一狭窄环形过流断面,而在此环形过流断面前后的过流断面均比该断面大。因此,可定性分析该方案一模型设计的流道几何特点:这一狭窄环形过流断面是该模型分级区流道的突变过流断面,它使得分级区流道内的流线变得不光滑、不均匀,流体在流经该面后速度将会变得紊乱,进而造成流体在进入分级叶轮时的速度不均匀,影响分级精度和分级效率。为此,我们需对该模型的分级区流道作适当改进,消除突变过流断面。

2.方案二的模型设计

通过对方案一分析可知,分级区流道内不能存在突变过流断面,否则分级区内流线的分布将会不均匀,从而造成分级区内流场速度分布不均。因此,在方案一模型设计的基础上,本着消除突变过流断面的指导思想,对方案一作了适当改进,即是把叶轮长度从440削短为300mm,其余尺寸均未变动,这使得分级轮的长度比分级区外筒体直段尺寸314mm短14mm,消除了叶轮下端与分级区锥形筒体间的突变过流断面。因此,可定性分析方案二模型设计的流道几何特点:该模型消除了方案一模型下端的突变过流断面,分级区流道的流线分布趋一于均匀,流体在进入分级叶轮前的速度趋于平稳、均匀,分级机的性能必将大大改进。

3.方案三的模型设计

方案二的模型是在改变了叶轮长度的基础上消除了分级流道内的突变过流断面,这种方法减短了叶轮的长度,削弱了叶轮对分级区流场的作用,为此我们在不改变叶轮长度的基础上,通过加长分级区外筒体尺寸来消除分级流道内的突变过流断面。这样,不仅可以消除分级区流道内的突变过流断面,而且没有改变叶一轮对分级区流场的作用,同时还可比较叶轮长度对分级区流场的影响。故在方案一模型设计的基础上,借助于方案二的模型设计思想,保持方案一中叶轮长度(440mm)不变,把外筒体直段尺寸加长为550mm,即外筒体直段比叶轮长110mm,其余尺寸均不变,于是便得到了方案三的模型设计图。由定性分析可知:方案三设计的模型分级区流道流线分布比方案一、二的模型分级区流道流线都好,流线分布变得更平滑、均匀,故流体在进入分级叶轮时的速度分布更均匀。因此,方案三的模型流道设计从定性分析角度上讲是三种方案中 的。