涡旋增压设备作为一种新型的气体增压设备,属于叶轮机械的一种,由于其增压原理独特,使其同时具有吸吹气功能,既能产生高压升,又能产生一定真空,其结构简单、易损件少、维护少、成本低,可在一定工况下取代压缩机。基于涡旋增压设备的诸多优点,结合实际工况需求,本文决定采用涡旋增压的形式来设计一套用于天然气增压的设备。由于涡旋增压原理缺少完整的理论支撑,故本文采用经验公式与数值模拟相结合的方式来确定设备的主体结构。另外,考虑到工作介质是易燃易爆的天然气,设备采用双端面机械密封和O圈密封这两种密封形式对设备进行密封,保证设备的密封性。本文采用三维软件Pro/E建立涡旋增压器流场区域所对应的三维几何模型,分为流道区域和转动的叶道区域,使用Gambit对实体进行网格划分,选用雷诺平均法中的Realize k-ε模型和MRF转动模型进行迭代计算。本文通过数值模拟得到了流道内部流场的流动状况,从设备入口到出口呈现明显的压力梯度,通过模拟获得的迹线发现流体在流道与叶道之间多次进出,呈螺旋状前进,从流道径向横截面的速度矢量图可以发现明显的双侧对称纵向旋涡的存在,与涡旋增压原理图一致。本文通过模拟定压下转速与流量的关系及定流量下转速与压升的关系,得到转速对设备性能的影响,可用于指导设备性能的调节；本文通过对工况下的甲烷与常压下的空气进行模拟,对比发现二者的质量流量比较接近,与二者的密度成正比,可为空气代替甲烷来进行性能实验提供依据；此外,本文针对进出口管径和环形流道宽度对设备性能的影响进行模拟,通过对比可用于设备结构的优化。本文搭建了一套的实验平台用于设备的性能实验,采取测量排气端参数的实验方式,进行不同工况下的实验数据采集,生成了设备在不同频率下的压升与效率两条性能曲线,得到设备的性能趋势,发现在45Hz、压升15kPa时,设备的效率最高,在压升不变时,设备的效率随着频率的下降而降低；最后,本文将实验结果与模拟结果进行对比,来验证数值模型的可行性,发现模拟结果略好于实验结果。综上所述,本文设计的天然气涡旋增压器的性能较好,能够满足工艺要求,同时,本文建立的数值模型可用于预测设备的性能,为设备设计提供参考。