Авторы

Комплексный метод автоматизированного проектирования двухзвенных ступеней с осерадиальным рабочим колесом центробежных компрессоров

DOI: 10.17586/1606‑4313‑2020‑19‑1-3-11
УДК 621.515

Комплексный метод автоматизированного проектирования двухзвенных ступеней с осерадиальным рабочим колесом центробежных компрессоров

Данилишин А.М., Кожухов Ю.В., Симонов А.М.

Ссылка для цитирования: Данилишин А. М., Кожухов Ю. В., Симонов А. М. Комплексный метод автоматизированного проектирования двухзвенных ступеней с осерадиальным рабочим колесом центробежных компрессоров // Вестник Международной академии холода. 2020. № 1. С. 3–11.

Аннотация
В условии современной тенденции сокращения экспериментальных работ в области компрессоростроения, для проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ разработан комплексный метод автоматизированного газодинамического проектирования и профилирования двухзвенной ступени центробежного компрессора с осерадиальным рабочим колесом. Метод состоит из синтеза традиционных подходов к проектированию с использованием невязких квазитрехмерных и современных вязких трехмерных расчетов c проведением многокритериальной и многопараметрической оптимизации. Проектирование представляет собой поочередный процесс решения обратной и прямой задачи газодинамического расчета. Обратная задача производится по устоявшимся методикам проектирования и профилирования ЛПИ-СПбПУ. Прямая задача состоит в вариантном перепрофилировании проточной части с достижением рационального распределения относительных скоростей невязкого потока на лопатках рабочего колеса. Оценочно определяются коэффициенты потерь в рабочем колесе и безлопаточном диффузоре на основе приближенных методов. Для уточнения потерь и напора производится вязкий трехмерный расчет с получением оценочной газодинамической характеристики. В случае необходимости процесс проектирования повторяется сначала с новыми коэффициентами потерь. На конечном этапе для достижения совершенства проточной части производится многокритериальная и многопараметрическая оптимизация. В статье приводится пример проведения успешной оптимизации модельной двухзвенной ступени с осерадиальным рабочим колесом. Продемонстрированы результаты оценочного расчета потерь в проточной части в сравнении с экспериментальными данными. Показаны распределения скоростей на трех линиях тока и рассчитанная характеристика теоретического напора тестовой решетки осерадиального рабочего колеса.

Ключевые слова: автоматизированное проектирование, двухзвенная ступень, осерадиальное рабочее колесо, центробежный компрессор, вязкий расчет, оптимизация.

Список литературы

1. Васин О.Е., Минигулов Р.М., Боднарук В.В., Ибрагимов Е.Р., Пашинкин Д.В., Ситас В.И.Кинематические схемы компрессоров хладагента установок по производству СПГ // Компрессорные технологии. 2019. № 1. С. 9-11.

2. Селезнев К.П., Галеркин Ю.Б.Центробежные компрессоры. Л: Машиностроение, 1982, 271 с.

3. Wu C.H.A general theory of three-dimensional flow in subsonic, and supersonic turbomachines of axial, radial and mixed-flow types. Trans. ASME, Nov. 1952. p. 1363-1380.

4. Сальников B.C.К расчету осесимметричного потока газа в турбомашинах. В кн.: Лопаточные машины и струйные аппараты. М.: Машиностроение, 1972, с. 25-48.

5. Валландер С.В.О применении метода особенностей к расчету течений жидкости в радиально-осевых турбинах. //ДАН СССР. 1958. Т. 123. № 3. с. 413-416.

6. Раухман Б.С.Расчет обтекания несжимаемой жидкостью решеток профилей на осесимметричной поверхности тока в слое переменной толщины. // Известия АН СССР, МЖГ. 1971. № 1. с. 83-89.

7. Дорфман Л.А.Численные методы в газодинамике турбомашин. Л.: Энергия, 1974. 270 с.

8. Савин Б.Н.Исследование течений в -проточной части центробежных компрессорных ступеней общепромышленного назначения с осерадиальными колесами и безлопаточными диффузорами: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. Л.: ЛПИ им. М.И. Калинина, 1980. 16 с.

9. Данилишин А.М., Кожухов Ю.В., Симонов А.М.Комплекс газодинамического проектирования и профилирования двухзвенной ступени центробежного компрессора с осерадиальным рабочим колесом // Техника и технология нефтехимического и нефтегазового производства: материалы 9 МНТК. Омск, Изд-во ОмГТУ, 2019. с. 116-117.

10. Симонов. А.М. Исследование эффективности и оптимальное проектирование высоконапорных центробежных компрессорных ступеней. В кн: Труды научной школы компрессоростроения СПбГПУ. Под ред. Ю.Б. Галеркина. СПб: СПбГПУ, 2010. С. 164-188.

11. Сидоров А.А., Симонов А.М. Агрегаты наддува ДВС. Расчет турбокомпрессора для наддува ДВС. СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2015. 66 с.

12. Данилишин А.М., Кожухов Ю.В.Разработка параметрической модели проточной части двухзвенной ступени с осерадиальным рабочим колесом центробежного компрессора. // Территория НЕФТЕГАЗ. 2019. № 1(1-2). С. 12-18.

13. Danilishin A M, Kozhukov Y V. Yun V K. Multi-objective optimization for impeller shroud contour, the width of vane diffuser and the number of blades of the centrifugal compressor stage based on the CFD calculation. IOP Conference Series Materials Science and Engineering 08 / 2015; Vol. 90(1). Р. 012047. doi:10.1088/1757-899X/90/1/012046

14. Биба Ю.И.Повышение эффективности двухзвенных ступеней центробежного компрессора с осерадиальными рабочими колесами и безлопаточными диффузорами на основе расчетно-теоретического анализа вязкого потока: Автореф. дисс. канд. техн. наук. Л.: ЛПИ им. М.И. Калинина, 1987. 16 с.

15. Aksenov A., Danilishin A.M., Kozhukhov Y.V., Simonov A.M.Numerical simulation of gas-dynamic characteristics 3D semi-open impellers of two-stages of centrifugal compressors. AIP Conference Proceedings 2007, 030025 (2018).doi: 10.1063/1.5051886

16. Рахманина Л.А., Аксенов А.А.Исследование влияния неравномерного распределения абсолютной скорости потока на входе в осерадиальное рабочее колесо центробежного компрессора с применением методов численного моделирования в AnsysCFX. // Компрессорные технологии. 2019. № 2. С. 18-28.

17. Elfert M.M., Weber A.A., Wittrock D.D., Peters A.A., Voss C.C., Nicke E.E.Experimental and Numerical Verification of an Optimization of a Fast Rotating High-Performance Radial Compressor Impeller. ASME. // J. Turbomach. 2017;139(10):101007-101007-9. doi:10.1115/1.4036357.

18. Javed A.A., Pecnik R.R., Van Buijtenen J.P.Optimization of a Centrifugal Compressor Impeller for Robustness to Manufacturing Uncertainties. ASME. // J. Eng. Gas Turbines Power. 2016;138(11):112101-112101-11. doi:10.1115/1.4033185.

Читать статью полностью