1、合同号：密级：内部TSA 再生气压缩机初步方案设计报告委托方：重庆通用工业（集团）有限责任公司承接方：势加透博（北京）科技有限公司项目负责人： 张 学 锋项目实施人： 卢新根 等2012 年 11 月TSA 再生气压缩机初步方案设计报告Page No. 14目录一、引言3二、TSA 再生气离心压缩机气动方案设计3三、多级离心压缩机详细设计8四、多级离心压缩机一维气动性能计算10五、主要结论12六、项目分工、进度及预算13一、引言根据重庆通用工业（集团）有限责任公司（项目委托方）与有限公司签订的“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
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
3、1 TSA 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 Concepts NREC 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
4、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 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 264.0 m/s，叶轮直径 400.0mm； 叶轮进口轮盘直径 170.0mm，轴最小直径 140.0 mm 两段之间带中冷，中间冷却器损失 20000 Pa 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 1 TSA 再生气压缩机总体结构布局如图 2图
5、 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123叶轮叶片数 Z171717盖处进口直径 DTmm）250.0232.0216.0盘处进口直径 Dh（mm）170.0170.0170.0叶片出口叶片角b2 A （）40
6、4030叶轮外径 D2（mm）400.0400.0400.0叶轮进口宽度B1（mm）23.017.913.3叶轮出口宽度B2（mm）24.016.512.0叶片进口厚度1（mm）222叶片出口厚度2（mm）222扩压器进口直径D3（mm）450.0440.0440.0扩压器进口宽度B3（mm）20.414.010.8扩压器出口直径D4（mm）680.0680.0680.0扩压器出口宽度B4（mm）20.414.010.8回流器进口直径D5（mm）680.0-回流器进口宽度20.4-B5（mm）回流器进口角 5（）23.5回流器出口直径D6（mm）272.0-回流器出口宽度B6（mm）40.0-
7、回流器出口 6（）95-回流器叶片数 Z515-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级编号123进口总压 （kPa）105180.76277.0进口总温 （K）295343.6313.0叶轮进口叶尖相对 Ma0.640.540.52叶轮出口线速度（m/s）264.0264.0264.0出口压力 （kPa）180.76297.32471.6出口温度（k）343.6395.6366.0叶轮效率0.8930.8920.888标准比转速0.7390.5820.475内功率 （kW）173.0184.0182.0整机内功率（kW）540.0三、
8、多级离心压缩机详细设计根据一维方案计算结果，利用 Concepts NREC 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
9、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
10、%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 8 TSA 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
