(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210636311.1 (22)申请日 2022.06.07 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号西安交通大 学 (72)发明人 侯予　周楷淼　杨潇翎　陈双涛　 陈良　张泽　 (74)专利代理 机构 北京市诚辉律师事务所 11430 专利代理师 刘婷　朱伟军 (51)Int.Cl. F04D 19/02(2006.01) F04D 29/38(2006.01) F04D 29/52(2006.01) F04D 29/54(2006.01)G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/06(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种风机制备工艺优化方法 (57)摘要 本申请属于材料加工技术领域， 特别是涉及 一种风机制备工艺优化方法。 目前尚无一种可以 实现功率匹配、 轴向力自平衡和密封气的功能需 求且复杂度低的制动风机设计方法。 本申请提供 了一种风机制备工艺优化方法， 所述方法包括预 测风机热力性能参数， 根据所述热力性能参数对 风机叶轮几何参数调节和优化， 根据所述几何参 数三维建模， 仿真模拟风机运行的性能表现得到 仿真结果， 对 所述仿真结果进行分析获得所述热 力性能参数与所述几何参数对优化目标的影响 程度， 选取影响参数构建目标函数， 根据所述目 标函数逆向优化并进行自适应求解得到最优工 艺。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 115163520 A 2022.10.11 CN 115163520 A 1.一种风机制备工艺优化方法， 其特征在于： 所述方法包括预测风机热力性能参数， 根 据所述热力性能参数对风机叶轮几何参数调节和优化， 根据所述几何参数三维建模， 仿真 模拟风机运行的性能表现得到仿真结果， 对所述仿 真结果进 行分析获得所述热力性能参数 与所述几何参数对优化 目标的影响程度， 选取影响参数构建目标函数， 根据所述 目标函数 逆向优化并进行自适应求 解得到最优工艺。 2.如权利要求1所述的方法， 其特征在于： 所述风机为双级串联风机， 所述双级串联风 机包括相互连接的一级风机和二级风机 。 3.如权利要求2所述的方法， 其特征在于： 所述热力性能参数根据膨胀机输入的制动功 率PT、 转速n、 轴向力FT、 膨胀叶轮外缘 直径DT和密封气压pT进行预测。 4.如权利要求3所述的方法， 其特征在于： 根据所述制动功率PT＝fpower(m， pB0， TB0， π1， π2， η1， η2)， 设置风机流量m， 一级风机进口压力pB0， 一级风机进口温度FB0， 一级风机压比π1， 一级风机效率 η1， 二级风机 压比π2和二级风机效率 η2。 5.如权利要 求4所述的方法， 其特征在于： 根据所述流量、 一级 风机压比π1和进口状态设 计一级风机 的第一叶轮、 第一扩压器和第一蜗壳； 根据所述二级风机压比π2和所述一级风 机的出口状态设计二级风机的第二叶轮、 第二扩压器和第二蜗壳。 6.如权利要求5所述的方法， 其特征在于： 所述第一叶轮包括三维扭曲叶片， 所述第二 叶轮包括三维扭曲叶片， 所述三维扭曲叶片的参数包括外缘直径、 出 口叶高、 叶片数、 进口 内径和进口外径， 所述 参数共同形成子 午面型线。 7.如权利要求6所述的方法， 其特征在于： 所述子午面型线能够通过型线控制点的坐标 (x1， y1)、 (x2， y2)、 ...(xn， yn)进行调节和优化。 8.如权利要求6所述的方法， 其特 征在于： 所述外缘 直径小于膨胀机叶轮外缘 直径。 9.如权利要 求2所述的方法， 其特征在于： 所述优化目标包括风机总制动功率PB、 风机侧 总轴向力FB和二级风机叶轮出口压力pB， 所述优化目标为PB＝PT， FB＝‑FT， pB≥pT。 10.如权利要求1～9中任一项所述的方法， 其特征在于： 根据所述目标函数逆向优化并 进行自适应求解得到最优工艺包括逆向回溯所述热力性能参数和所述几何参数， 调整和优 化后， 正向建模， 再通过计算流体动力学仿真软件模拟， 检验优化目标是否满足设计条件； 若尚未满足， 则将新的参数加入目标函数， 继续逆向回溯优化， 重复自适应求解过程， 直至 优化目标满足设计要求。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115163520 A 2一种风机制备工艺优化方 法 技术领域 [0001]本申请属于材 料加工技 术领域， 特别是 涉及一种风机制备工艺优化方法。 背景技术 [0002]透平膨胀机是空气分离设备、 天然气石油气液化分离设备和气体液化装置等获取 冷量所必需的关键部件， 是保证整套设备稳定运行 的心脏。 透平膨胀机的工作过程是一种 绝热膨胀过程， 获得低温是其最主要的效应， 同时膨胀过程也是对外做功的热力过程。 低温 透平膨胀机 输出的能量 一般由同轴的制动风机消耗。 [0003]传统的低温透平膨胀机中， 制动风机均可满足消耗膨胀侧输出功的功能。 但受限 于制动风机的压比小， 风机流道和轮背形成的轴向力往往无法平衡膨胀侧的轴向力， 止推 轴承的承载力需求大。 目前膨胀机的故障和维护往往因为止推轴承损坏导致。 有相关研究 优化制动风机设计以减小膨胀机整机的轴向力， 但在实际设计过程中， 往往需要调整膨胀 机侧的设计进行反复迭代和 修改， 极大地增加了设计工作的复杂程度。 膨胀机壳体内压力 控制对轴承的运行， 密封防泄漏等有重要影响， 受轮背压力， 密封气压力等因素的影响， 单 独设计各个部分也给设计工作增 加了难度和成本 。 发明内容 [0004]1.要解决的技 术问题 [0005]基于目前尚无一种可以实现上述多种功能需求且复杂度低的制动风机设计方法 的问题， 本申请提供了一种风机制备工艺优化方法。 [0006]2.技术方案 [0007]为了达到上述的目的， 本申请提供了一种风机制 备工艺优化方法， 所述方法包括 预测风机热力性能参数， 根据所述热力性能参数对风机叶轮几何参数调节和优化， 根据所 述几何参数三维建模， 仿真模拟风机运行 的性能表现得到仿真结果， 对所述仿真结果进行 分析获得所述热力性能参数与所述几何参数对优化目标的影响程度， 选取影响参数构建目 标函数， 根据所述目标函数逆向优化并进行自适应求 解得到最优工艺。 [0008]本申请提供的另一种 实施方式为： 所述风机为双级串联风机， 所述双级串联风机 包括相互连接的一级风机和二级风机 。 [0009]本申请提供的另一种实施方式为： 所述热力性能参数根据膨胀机输入的制动功率 PT、 转速n、 轴向力FT、 膨胀叶轮外缘 直径DT和密封气压pT进行预测。 [0010]本申请提供的另一种实施方式为： 根据所述制动功率PT＝fpower(m， pB0， FB0， π1， π2， η1， η2)， 设置风机流量m， 一级风机进口压力pB0， 一级风机进口温度TB0， 一级风机压比π1， 一 级风机效率 η1， 二级风机 压比π2和二级风机效率 η2。 [0011]本申请提供的另一种实施方式为： 根据所述流量、 一级风机压比π1和进口状态设 计一级风机 的第一叶轮、 第一扩压器和第一蜗壳； 根据所述二级风机压比π2和所述一级风 机的出口状态设计二级风机的第二叶轮、 第二扩压器和第二蜗壳。说　明　书 1/5 页 3 CN 115163520 A 3