1. 北京太阳宫燃气热电有限公司 北京 100020;2. 锦州新锦化机械制造有限公司 辽宁锦州 121000
摘要：针对美国阿特拉斯公司生产的单机悬臂式天然气离心压缩机叶轮的磨损问题，通过逆向设计和三维再造技术对叶轮缺失部位进行补修，重构了叶轮三维模型，并对其进行了气动特性分析。依据该重构模型实现了叶轮的国产化设计与制造，试验测试分析表明，使用国产化叶轮的增压机的各项气动参数达到标准要求。
关键词：离心式叶轮；逆向设计；三维重构
Nationalization and Performance Test of Turbocharger Impeller
in Taiyanggong Power Plant
Gu Chonglian1, Yang Baoxuan1, Wu Kui2, Zhang Ruhua2
1. Beijing Taiyanggong Gas-fired Thermal Power Co., Ltd. Beijing 100020
2. Jinzhou Xinjinhua Machinery Manufacturing Co., Ltd. Liaoning Jinzhou 121000
Abstract: Aiming at the wear problem of impeller of single-machine cantilever natural gas centrifugal compressor produced by Atlas Company, the missing parts of the impeller were repaired through reverse design and three-dimensional reconstruction technology, the three-dimensional model of the impeller was reconstructed, and its aerodynamic characteristics were analyzed. The design and manufacture of impeller based on the reconstructed model have been localized. The analysis of test results shows that the aerodynamic parameters of turbocharger with domestic impeller meet the standard requirements.
Keyword: Centrifugal Impeller, Reverse design; Three-dimensional reconstruction
引言
叶轮是压缩机的核心部件，服役中叶轮一直处于高速的旋转状态，其运行安全也是影响压缩机能否稳定运行的关键因素。
逆向设计与仿真分析在叶轮修复工作中广泛采用的技术手段[1-3]。顾崇廉等[4]通过逆向设计构建某型增压机离心式叶轮几何模型，并利用SAFT图法对叶轮进行分析。顾世堂等[5]采用有限元法进行了叶轮强度分析，分析结果显示最大应力值位于叶轮出口与轮盘前缘端面交接处。孙蛟[6]研究了离心式压缩机叶轮内部三维流场特性，分析了多种介质成分在叶轮内部流场中的分布情况。
本文以磨损的美国阿特拉斯公司生产的单机悬臂式天然气离心压缩机叶轮为研究对象，通过逆向设计实现叶轮的国产化。
1、叶轮逆向建模
该压缩机为齿轮箱式悬臂结构，叶轮前端设有入口导叶调节装置，通过调节入口导叶的角度，可以使压缩机在不同的工况条件下更好的工作，同时得到理想的工艺参数；叶轮为半开式结构，配有有叶扩压器，末端连结有圆形蜗室，叶轮和轴承之间设有单端面干气密封。
2、气动分析
为了保证逆向的叶轮与原始的叶轮具有相同的气动特性，同时也检验逆向过程中的偏差对气动所产生的影响，我们根据数据表中的参数和叶轮3D模型进行了叶轮的气动分析。气动分析结果如表1-1所示。
2017年5月20日，该压缩机停机检修，更换国产化叶轮，首先进行了闭路空负荷机械运转试验，轴振动、轴瓦温度等均满足设计要求；随后又接工艺气开车，开车一次成功；压缩机入口压力1.95MPa，入口温度48.9℃；出口压力3.3MPa，出口温度58.3℃；级压比1.69，满足燃机FG1点设计压力3.2385MPa要求，压缩机满负荷时最大流量为800kg/h，满足燃机满负荷运行最大燃料消耗量（每台燃机）500kg/h的需求；叶轮侧轴振动0.44mils，自由端轴振动0.25mils；两侧轴承温度均为70℃；各项气动参数均达到停机前的标准值。
4、结论
通过这个过程使得三维激光扫描在逆向工程领域的又一次得到了成功的应用，激光扫描对大面积缺失或仅有少部分残存时数据的采集具有非常大的意义，可以直接消除探球半径的补偿，又能最大限度的采集到可供分析的有效数据，本次采用逆向和气动计算相结合的方式进行，使两者相互补充，相互验证，为逆向能形成准确的闭环数据提供保证。
参考文献:
[1] 王浩, 赵世伟, 王立文, 王涛, 丁华鹏, 陈董燕. 离心压缩机受损叶轮再制造方法[J]. 农业机械学报, 2016, 47(05): 407-412.
[2] 李浩. 离心压缩机再制造闭式叶轮强度分析及寿命预估[D]. 重庆大学, 2015.
[3] 舒林森. 离心压缩机再制造叶轮服役寿命预测模型及数值仿真研究[D]. 重庆大学, 2013.
[4] 顾崇廉, 张帅, 吴奎, 窦磊. 离心压缩机叶轮防共振逆向设计方法研究[J]. 新技术新工艺, 2018(03): 9-14.
[5] 顾世堂, 侯文英, 刘宏伟. 离心压缩机叶轮应力分析及优化[J]. 内蒙古科技大学学报, 2017, 36(02): 141-143.
[6] 孙蛟. 离心压缩机叶轮应力腐蚀行为和机理的研究[D]. 山东大学, 2016.
论文作者:顾崇廉1,杨宝轩1,吴奎2,张如画2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/16
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