● 摘要
大多数离心式压气机在实际运行时需要满足变工况要求，因此常采用进口可调导叶方法，通过改变导叶安装角调节流量。这种调节方式系统结构简单, 经济性好，可以在不停车的条件下进行调节，缺点是造成内部流动的非稳定性，产生大攻角损失。除了调节进口导叶角度来改变流量，优化叶轮出口扩压器设计也能很好地提高压气机效率与压比。
由于多部件耦合的相干性和流动复杂性，目前对于离心叶轮进出口静止元件的匹配研究较少，且以实验为主。为了深入分析流场，本文采用CFD软件NUMECA，针对现有带进口可调导叶与叶片扩压器的离心压气机，对进口通道、导叶叶型以及扩压器结构进行了改进设计，与原始结构对比。对多部件的耦合设计进行定常计算和流场分析，探讨可调机构对压气机性能的影响。
本文原设计导叶流道为圆柱形，改进流道为S型流道，分析面积比和当量半径比对流道气动参数的影响规律。当面积比为2.3、当量半径比为1.6时，叶轮进口气流均匀性增强，压气机效率提高1%。在改进流道的基础上对比计算三种不同导叶叶型，使用弯叶片在导叶大预旋角度时能有效减小气流分离，提高效率，而负预旋时性能下降；采用可变弯度叶片在正负预旋的情况下都能提高压气机性能。
本文还探讨了半高叶片扩压器对于改善压气机性能的作用。通过数值分析，在机匣一侧加装0.2-0.3叶高的扩压器能抑制叶轮出口的低速分离区，提高静压升与减小总压损失，改善压气机性能。对可调进口导叶与出口半高叶片扩压器进行耦合设计，随着导叶预旋角度增大至55°，半高叶片扩压器叶高0.1-0.2时性能较优。对于全叶高叶片扩压器，采用进出口叶片角度匹配调节能够增大流量范围，提高压气机性能。而对于半高叶片扩压器，匹配调节对压气机性能的改善作用较小。改进设计的带进出口可调元件的离心压气机在大预旋角情况下流量范围拓宽至140%，效率最高点提升3.7%，压比提高1.4%，显著改善压气机性能。