Выбор размеров безлопаточного диффузора центробежной компрессорной ступени на стадии первичного проектирования

Развитие методики первичного проектирования центробежных компрессоров Метода универсального моделирования привело к необходимости анализа и пересмотра рекомендаций по выбору оптимальных размеров и формы безлопаточных диффузоров центробежных компрессорных ступеней. Для выработки новых рекомендаций использованы результаты CFD-расчетов семейства безлопаточных диффузоров с различными относительной шириной, радиальной протяженностью, скоростными коэффициентами и углами потока на входе. Выбор оптимальной ширины безлопаточного диффузора основан на обеспечении безотрывного течения потока в нем на границе помпажа. Оптимальное значение относительной радиальной протяженности диффузора лежит в пределах 1,65…2,00. На основании этого предложена формула выбора наружного диаметра безлопаточного диффузора в зависимости от расчетного условного коэффициента расхода. Разработанная методика первичного проектирования безлопаточных диффузоров включена в состав программ Метода универсального моделирования и используется в проектной и исследовательской практике.

Литература

[1] Hazby H., Casey M., Robinson C., Spataro R., Lunacek O. The design of a family of process compressor stages. Proceedings of 12th European Conference on Turbomachinery Fluid dynamics & Thermodynamics ETC12, 3–7 April 2017, Stockholm, Sweden, paper ID ETC2017-134.

[2] Rossbach T., Rube C., Wedeking M., Franz H., Jeschke P. Performance measurements of a full-stage centrifugal process gas compressor test rig. Proceedings of 11th European Conference on Turbomachinery Fluid dynamics & Thermodynamics ETC11, 23–27 March, 2015, Madrid, Spain, code 112514.

[3] Галеркин Ю.Б., Рекстин А.Ф., Солдатова К.В., Дроздов А.А., Попов Ю.А. Развитие научной школы турбокомпрессоростроения ЛПИ-СПбПУ Петра Великого, результаты сотрудничества с компрессоростроителями. 17-й Междунар. науч.-техн. конф. по компрессорной технике, Казань, 23–24 мая 2017, с. 19–29.

[4] Васильев Ю.С., Родионов П.И., Соколовский М.И. Высокоэффективные центробежные компрессоры нового поколения. Научные основы расчета, разработка методов оптимального проектирования и освоение производства. Наука и промышленность России, 2000, № 10–11, с. 78–85.

[5] Galerkin Y., Drozdov A. New generation of Universal modeling for centrifugal compressors calculation. International Conference on Compressors and their Systems, City University, UK, 2015, vol. 90, conference 1, doi: 10.1088/1757-899X/90/1/012040

[6] Солдатова К.В. Верификация новой версии модели потерь напора Метода универсального моделирования по результатам заводских испытаний центробежных компрессоров. Компрессорная техника и пневматика, 2016, № 7, с. 1–25.

[7] Galerkin Y., Soldatova K., Drozdov A. Modern state of the universal modeling for centrifugal compressors. International Conference on Numerical Methods in Industrial Processes. World Academy of science, engineering and technology, Paris, 2015, vol. 9, no. 01, no. 242.

[8] Galerkin Y., Soldatova K., Drozdov A. New version of the universal modelling for centrifugal compressor gas dynamic design. 22nd International Compressor Engineering Conference at Purdue, 14–17 July, 2014, Purdue University. URL: https://docs.lib.purdue.edu/icec/2275/ (дата обращения 14 декабря 2018).

[9] Лунев А.Т. Структура метода проектирования и испытания проточной части нагнетателей для перекачивания природного газа. Компрессорная техника и пневматика, 2001, № 10, с. 4–7.

[10] Лунев А.Т., Вячкилев О.А., Дроздов Ю.В. Проектирование центробежных компрессорных ступеней на основе математической модели. Проектирование и исследование компрессорных машин: сб. статей, 1997, вып. 3, с. 53–64.

[11] Лунев А.Т. Разработка высокоэффективных сменных проточных частей центробежных компрессоров газоперекачивающих агрегатов. Дис. … канд. техн. наук. Казань, 2005, 123 с.

[12] Japikse D. Design system development for turbomachinery (turbopump) designs and a decade beyond. JANNAF Conference, Cleveland, Ohio, 15 –17 July 1998, pp. 263–275.

[13] Japikse D. Agile design system in the age of concurrent engineering. JANNAF Conference, Albuquerque, December, 1996, pp. 331–345.

[14] Japikse D., Bitter J. Effective two-zone modeling of diffusers and return channel systems for radial and mixed-flow pumps and compressors. Proceedings of the 11th International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery, 2006, vol. 2, pp. 511–520.

[15] Селезнев К.П., Галеркин Ю.Б. Центробежные компрессоры. Ленинград, Машиностроение, 1982. 271 с.

[16] Галеркин Ю.Б. Турбокомпрессоры. Рабочий процесс, расчет и проектирование проточной части. Москва, КХТ, 2010. 596 с.

[17] Рекстин А.Ф., Попова Е.Ю., Уцеховский А.А. Анализ эффективности центробежных компрессорных ступеней с помощью приближенных алгебраических уравнений. Компрессорная техника и пневматика, 2018, № 1, с. 33–40.

[18] Лившиц С.П. Аэродинамика центробежных компрессорных машин. Москва, Ленинград, Машиностроение, 1966. 340 с.

[19] Солдатова К.В. Создание новой математической модели проточной части центробежных компрессоров и базы данных модельных ступеней. Дис. … д-ра техн. наук. Санкт-Петербург, 2017. 357 с.

[20] Галеркин Ю.Б., Дроздов А.А. Оптимизация неподвижных элементов высокорасходной центробежной компрессорной ступени с осерадиальным рабочим колесом методом вычислительной газовой динамики. Научно-технические ведомости СПбГПУ, 2015, № 4(231), с. 179–188, doi: 10.5862/JEST.231.19

[21] Галеркин Ю.Б., Соловьева О.А. Совершенствование методов расчета безлопаточных диффузоров центробежных компрессорных ступеней на основе вычислительных экспериментов. Ч. 1. Компрессорная техника и пневматика, 2014, № 3, с. 35–41.

[22] Галеркин Ю.Б., Соловьева О.А. Совершенствование методов расчета безлопаточных диффузоров центробежных компрессорных ступеней на основе вычислительных экспериментов. Ч. 2. Компрессорная техника и пневматика, 2014, № 4, с. 15–21.

[23] Галеркин Ю.Б. Вопросы проектирования проточной части центробежных компрессоров природного газа. Компрессорная техника и пневматика в XXI веке. Тр. Междунар. науч.-техн. конф. по компрессоростроению, 15–17 сентября 2004, Украина, Сумы, Издательство СумГУ, т. 2, с. 166–188.

[24] Sorokes J.M., Nye D.A., D’Orsi N., Broberg R. Sidestream optimization through the use of computational fluid dynamics and model testing. Texas A&M University, Turbomachinery Laboratories. Available at: http://hdl.handle.net/1969.1/163350, doi: https://doi.org/ 10.21423/R1QS8R

[25] Галеркин Ю.Б., Солдатова К.В. Принципы моделирования напорной характеристики центробежного рабочего колеса. Компрессорная техника и пневматика, 2016, № 1, с. 24–34.

[26] Галеркин Ю.Б., Рекстин А.Ф., Солдатова К.В., Дроздов А.А. Альтернативный способ расчета характеристики коэффициента теоретического напора центробежного компрессорного колеса. Компрессорная техника и пневматика, 2016, № 6, с. 11–19.

[27] Рис В.Ф. Центробежные компрессорные машины. Ленинград, Машиностроение, 1981. 351 с.

[28] Rekstin A.F., Drozdov A.A., Solovyeva O.A., Galerkin Y.B. Two mathematical models centrifugal compressor stage vaneless diffuser comparison. AIP Conference Proceedings, 2018, vol. 2007, art. no. 030035, doi: https://doi.org/10.1063/1.5051896