Проблема эрозионного износа в турбомашинах

Рассмотрено влияние эрозионного изнашивания на детали и узлы проточной части турбомашины, в частности центробежных компрессоров на газодожимных станциях. Установлено, что наибольшее влияние эрозия оказывает на рабочие колеса центробежного компрессора. Определено, что постепенное изнашивание рабочих колес приводит к ухудшению характеристик компрессора, а также к снижению долговечности и надежности системы в целом. Дан обзор развития математических моделей процесса эрозионного изнашивания, приведены основные зависимости. Рассмотрены публикации на тему эрозионного изнашивания турбокомпрессоров. Предложена методика моделирования эрозионного изнашивания проточной части центробежного компрессора. Исследованы рабочие колеса центробежных компрессоров, подверженных эрозионному износу. По полученным результатам выявлены зоны наибольшего повреждения эрозионными частицами стенок лопаток рабочих колес. Показано, для правильной оценки ресурса и надежности центробежного компрессора, необходимо учитывать влияние эрозии механическими частицами на рабочие колеса.
EDN: VSBANF, https://elibrary/vsbanf

Литература

[1] СТО Газпром 2-3.5-138–2007. Типовые технические требования к газотурбинным гпа и их системам. Москва, Газпром, 2007. 35 с.

[2] Бердник А.Н., Исянов А.Д. Повышение эффективности очистки природного газа от механических примесей и жидкости на компрессорной станции магистрального газопровода. Ученые заметки ТОГУ, 2024, т. 15, № 4. URL: https://togudv.ru/ejournal/pub/articles/3379/

[3] Harris P.K. Erosion in centrifugal compressor impellers. Ph.D. thesis. Cranfield university school of mechanical engineering, 1996. URL: http://dspace.lib.cranfield.ac.uk/handle/1826/10622

[4] Finnie I. Erosion of surfaces by solid particles. Wear, 1960, vol. 3, no. 2, pp. 87–103, doi: https://doi.org/10.1016/0043-1648(60)90055-7

[5] Bitter J.G.A. A study of erosion phenomena part I. Wear, 1963, vol. 6, no. 1, pp. 5–21, doi: https://doi.org/10.1016/0043-1648(63)90003-6

[6] Bitter J.G.A. A study of erosion phenomena part II. Wear, 1963, vol. 6, no. 3, pp. 169–190, doi: https://doi.org/10.1016/0043-1648(63)90073-5

[7] Tilly G.P. A two stage mechanism of ductile erosion. Wear, 1973, vol. 23, no. 1, pp. 87–96, doi: https://doi.org/10.1016/0043-1648(73)90044-6

[8] Hutchings I.M. A model for the erosion of metals by spherical particles at normal incidence. Wear, 1981, vol. 70, no. 3, pp. 269–281, doi: https://doi.org/10.1016/0043-1648(81)90347-1

[9] Oka Y.I., Okamura K., Yoshida T. Practical estimation of erosion damage caused by solid particle impact. Part 1: Effects of impact parameters on a predictive equation. Wear, 2005, vol. 259, no. 1–6, pp. 95–101, doi: https://doi.org/10.1016/j.wear.2005.01.039

[10] Oka Y.I., Yoshida T. Practical estimation of erosion damage caused by solid particle impact. Part 2: Mechanical properties of materials directly associated with erosion damage. Wear, 2005, pp. 102–109, doi: https://doi.org/10.1016/j.wear.2005.01.040

[11] McLaury B.S., Shirazi S., Shadley J.R. et al. Modeling erosion in chokes. In: Proceeding of ASME fluids engineering division summer meeting. ASME, 1996, vol. 236, pp. 773–781.

[12] Grant G., Tabakoff W. Erosion prediction in turbomachinery resulting from environmental solid particles. J. Aircraft, 1975, vol. 12, no. 5, pp. 471–478, doi: https://doi.org/10.2514/3.59826

[13] Калашников Д.А., Борисов Ю.А., Чернышев А.В. Комбинированный метод расчета среднерасходной центробежной компрессорной ступени. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2022, № 2, с. 53–64, doi: https://doi.org/10.18698/0536-1044-2022-2-53-64

[14] Ибрагимов В.Е., Чернышев А.В. Моделирование процесса эрозии рабочего колеса центробежного компрессора. Будущее машиностроения России. Сб. док. XVII Всерос. конф. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2025, с. 390–394.

[15] Elfeki S., Tabakoff W. Erosion study of radial flow compressor with splitters. ASME J. Turbomach., 1987, vol. 109, no. 1, pp. 62–69, doi: https://doi.org/10.1115/1.3262071