Первичное проектирование безлопаточных диффузоров центробежных компрессорных ступеней Методом универсального моделирования

Безлопаточные диффузоры промышленных центробежных компрессоров чаще всего состоят из начального сужающегося участка и основной части с параллельными стенками. Предложено выбрать такую ширину основной части, при которой поток в диффузоре остается безотрывным на границе помпажа. Для реализации метода первичного проектирования получена эмпирическая формула для определения минимального безотрывного угла потока в зависимости от относительной ширины диффузора. Выполнено первичное проектирование восемнадцати ступеней, охватывающих практически важный диапазон параметров. Методом универсального моделирования рассчитаны соответствующие газодинамические характеристики, проанализированы размеры и углы потока. Предложенный метод первичного проектирования интегрирован в Метод универсального моделирования и используется в проектной практике.

Литература

[1] Рис В.Ф. Центробежные компрессорные машины. Ленинград, Машиностроение, 1964. 336 с.

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

[3] Ден Г.Н. Механика потока в центробежных компрессорах. Ленинград, Машиностроение, 1973. 269 с.

[4] Ден Г.Н. Проектирование проточной части центробежных компрессоров. Ленинград, Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1980. 230 с.

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

[6] Галеркин Ю.Б., ред. Труды научной школы компрессоростроения СПбГТУ. Москва, Изд-во КХТ, 2000. 443 с.

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

[8] Jansen W. Steady fluid flow in a radial vaneless diffuser. Transactions ASME. Journal of basic engineering, 1964, Sept, pp. 607–619.

[9] Johnston J.P., Dean R.C. Losses in vaneless diffusers of centrifugal compressors and pumps. Transactions ASME, Journal of Engineering for Power, 1966, vol. 88, pp. 49–60.

[10] Соловьева О.А., Галеркин Ю.Б. Выбор оптимальных соотношений размеров безлопаточного диффузора малорасходной центробежной компрессорной ступени. Компрессорная техника и пневматика, 2017, № 5, c. 11–15.

[11] Соловьева О.А., Галеркин Ю.Б. Расчетный анализ безлопаточного диффузора малорасходной центробежной компрессорной ступени. Компрессорная техника и пневматика, 2017, № 3, с. 10–13.

[12] Лившиц С.П. Аэродинамика центробежных компрессорных машин. Москва, Ленинград, Машиностроение, 1966, с. 335–337.

[13] Кампсти Н. Аэродинамика компрессоров. Москва, Мир, 2000. 688 с.

[14] Aungier R.H. Centrifugal compressors: a stragedy for aerodynamic design and analysis. New York, ASME Press, 2000. 320 p.

[15] Нуждин А.С. Исследование течения в безлопаточных диффузорах. Автореф. дис. … канд. техн. наук. Ленинград, ЛПИ, 1969. 19 с.

[16] Селезнев К.П., Галеркин Ю.Б., Нуждин А.С., Стрижак Л.Я., Суслина И.П. Повышение эффективности центробежных компрессорных ступеней с безлопаточными диффузорами. Компрессорные и вакуумные машины. Сб., ЦИНТИ-ХИМНЕФТЕМаш, 1968, № 2.

[17] Галеркин Ю.Б., Нуждин А.С., Селезнев К.П. Влияние форм профиля безлопаточного диффузора на эффективность работы центробежной компрессорной ступени. Исследования в области компрессорных машин. Тр. II конф. по компрессоростроению, Киев, Будивельник, 1970, с. 203–214.

[18] Галеркин Ю.Б., Рекстин А.Ф., Соловьева О.А. Выбор размеров безлопаточного диффузора центробежной компрессорной ступени на стадии первичного проектирования. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2019, № 10, с. 43–57, doi: 10.18698/0536-1044-2019-10-43-57

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

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

[21] Rekstin A.F., Drozdov A.A., Solovyeva O.A., Galerkin Yu.B. Two mathematical models centrifugal compressor stage vaneless diffuser comparison. Oil and Gas Engineering, AIP Conf. Proc., 2007, Omsk, Russia, 2018, pp. 030035-1–030035-12, doi: https://doi.org/10.1063/1.5051896

[22] 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, Изд-во СумГУ, 2004, т. 2, с. 166–188.

[23] Sorokes J.M., Hutchinson B.R. The Practical Application of CFD in the Design of Industrial Centrifugal Compressors. Challenges and Goals in Pipeline Compressors, 2000, PID, vol. 5, pp. 47–54.

[24] Sorokes J.M., Nye D.A., D’Orsi N., Broberg R. Sidestream optimization through the use of computational fluid dynamics and model testing. Proceedings of the 29th Turbomachinery symposium, Texas, A&M, 2000, pp. 21–30, doi: 10.21423/R1QS8R

[25] 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.

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

[27] Drozdov A., Rekstin A. Analysis of the velocity diagrams of impellers of centrifugal compressor stages after the preliminary design. International Scientific Conference on Energy, Environmental and Construction Engineering, MATEC Web Conf., 2018, vol. 245, doi: 10.1051/matecconf/201824504004

[28] Rekstin A.F., Galerkin Yu.B. The primary design method development of centrifugal compressor impellers based on the analysis of the geometrical parameters. Oil and Gas Engineering. AIP Conf. Proc., Omsk, Russia, 2019, vol. 2141, pp. 030052–030052-10, doi: https://doi.org/10.1063/1.5122102

[29] Rekstin A.F., Galerkin Yu.B., Soldatova K.V. Computer programs application for development a primary design recommendations of low-flow rate centrifugal compressor stages. Oil and Gas Engineering. AIP Conf. Proc., Omsk, Russia, 2019, vol. 2141, pp. 030032–030032-10, doi: https://doi.org/10.1063/1.5122082

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