Выбор высоты лопаток рабочего колеса центробежного компрессора при первичном проектировании

При первичном проектировании промышленных центробежных компрессоров Методом универсального моделирования относительную высоту лопаток на выходе из рабочего колеса центробежного компрессора определяет только безразмерный параметр производительности компрессора — условный коэффициент расхода в расчетном режиме. Второй основной параметр проектирования — коэффициент теоретического напора — не принимается во внимание. Это правило сформулировано на основании того, что относительная высота лопаток сравнительно мало влияет на замедление потока на их задней поверхности, где может возникнуть отрыв. Рассмотрен другой негативный аспект большой высоты лопаток. Увеличение высоты лопаток уменьшает их выходной угол при заданном коэффициенте теоретического напора. Поворот потока лопатками уменьшается (что способствует снижению потерь), но увеличивается их длина, и, соответственно, площадь, вследствие чего растут потери трения. Выполнено расчетное исследование для рабочих колес с условным коэффициентом расхода, равным 0,0518 и коэффициентом теоретического напора 0,475…0,700. В качестве инструмента исследования выбраны математические модели Метода универсального моделирования и расчеты невязкого квазитрехмерного течения. Результаты исследования показали, что существующая методика первичного проектирования может быть уточнена.

Литература

[1] Эккерт Б. Осевые и центробежные компрессоры. Применение, теория, расчет. Москва, Машгиз, 1959. 680 с.

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

[3] Tuliszka E. Sprezarki, dmuchawy i wentylatory. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1969. 784 s.

[4] Japikse D. Centrifugal compressor design and performance. Concepts ETI, 1996. 387 p.

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

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

[7] Подобуев Ю.С., Селезнев К.П. Теория и расчет осевых и центробежных компрессоров. Москва-Ленинград, Машгиз, 1957. 392 с.

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

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

[10] Ден Г.Н. Проектирование проточной части центробежных компрессоров. Ленинград, Машиностроение, 1980. 230 с.

[11] Шнепп В.Б. Конструкция и расчет центробежных компрессорных машин. Москва, Машиностроение, 1995. 240 с.

[12] Хисамеев И.Г., ред. Проектирование и эксплуатация промышленных центробежных компрессоров. Казань, Фэн, 2012. 671 с.

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

[14] Селезнев К.П., Галеркин Ю.Б., Анисимов С.А. и др. Теория и расчет турбокомпрессоров. Ленинград, Машиностроение, 1986. 392 с.

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

[16] Галеркин Ю.Б., Рекстин А.Ф., Дроздов А.А. и др. Сквозная система оптимального газодинамического проектирования промышленных центробежных компрессоров. Научные основы, практика применения. XVIII Межд. научн.-тех. конф. Казань, 2019, с. 15–46.

[17] Боровков А.И., Воинов И.Б., Галеркин Ю.Б. и др. Вопросы моделирования газодинамических характеристик на примере модельной ступени центробежного компрессора. Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки, 2018, т. 24, № 2, с. 44–57, doi: https://doi.org/10.18721/JEST.240204

[18] Боровков А.И., Воинов И.Б., Рекстин А.Ф. и др. Моделирование характеристик двухступенчатого центробежного компрессора газоперекачивающего агрегата. Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки, 2019, т. 25, № 2, с. 87–104, doi: https://doi.org/10.18721/JEST.25207

[19] Боровков А.И., Воинов И.Б., Никитин М.А. и др. Моделирование характеристик одноступенчатого центробежного компрессора газоперекачивающего агрегата. Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки, 2018, т. 24, № 3, с. 153–175, doi: https://doi.org/10.18721/JEST.240313

[20] Kabalyk K., Kryllowicz W. Numerical modeling of the performance of a centrifugal compressor impeller with low inlet flow coefficient. Trans. Inst. Fluid-Flow Mach., 2016, no. 131, pp. 97–109.

[21] Kryllowicz W., Swider P., Kozanecki Z., et al. Technical and aerodynamical aspects of a high pressure synthesis gas turbocompressor modernization. Proc. ETC12, 2017, paper ETC2017-171, doi: https://doi.org/10.29008/ETC2017-171

[22] Marechale R., Ji M., Cave M. Experimental and numerical investigation of labyrinth seal clearance impact on centrifugal impeller performance. Proc. ASME Turbo Expo, 2015, paper GT2015-43778, doi: https://doi.org/10.1115/GT2015-43778

[23] Matas R., Syka T., Lunacek O. Numerical and experimental modelling of the centrifugal compressor stage — setting the model of impellers with 2D blades. EPJ Web Conf., 2017, vol. 143, art. 02073, doi: https://doi.org/10.1051/epjconf/201714302073

[24] Hazby H., Casey M., Robinson C., et al. The design of a family of process compressor stages. Proc. 12th ETC12, 2017, paper ETC2017-134, doi: https://doi.org/10.29008/ETC2017-134

[25] Matas R., Syka T., Hurda L. Experimental investigation and numerical modelling of 3D radial compressor stage and influence of the technological holes on the working characteristics. EPJ Web Conf., 2018, vol. 180, art. 02060, doi: https://doi.org/10.1051/epjconf/201818002060

[26] Syka T., Matas R., Lunacek O. Numerical and experimental modelling of the radial compressor stage. AIP Conf. Proc., 2016, vol. 1745, no. 1, art. 020059, doi: https://doi.org/10.1063/1.4953753

[27] Галеркин Ю.Б., ред. Труды научной школы компрессоростроения СПбГПУ. Москва, КХТ, 2000. 443 с.

[28] Галеркин Ю.Б., ред. Труды научной школы компрессоростроения СПбГПУ. Москва, КХТ, 2005. 496 с.

[29] Галеркин Ю.Б., ред. Труды научной школы компрессоростроения СПбГПУ. Москва, СПбГПУ, 2010. 670 с.

[30] Галеркин Ю.Б., Солдатова К.В. Моделирование рабочего процесса промышленных центробежных компрессоров. Санкт-Петербург, Изд-во Политехнического ун-та, 2011. 327 с.

[31] Галеркин Ю.Б., Рекстин А.Ф., Солдатова К.В. и др. Развитие научной школы турбокомпрессоростроения ЛПИ-СПбПУ Петра Великого, результаты сотрудничества с компрессоростроителями. 17 Межд. науч.-тех. конф. Казань, 2017, с. 19–29.

[32] Галеркин Ю.Б., Рекстин А.Ф., Солдатова К.В. и др. Верификация новых версий Метода универсального моделирования центробежных компрессоров по результатам экспериментов. Компрессорная техника и пневматика, 2015, № 4, с. 21–31.

[33] Галеркин Ю.Б., Солдатова К.В., Дроздов А.А. Совершенствование методов расчета газодинамических характеристик промышленных центробежных компрессоров. Компрессорная техника и пневматика, 2013, № 8, с. 24–32.

[34] Галеркин Ю.Б., Дроздов А.А. Моделирование газодинамических характеристик центробежных компрессорных ступеней с осерадиальными рабочими колесами. Научно-технические ведомости СПбГПУ. Наука и образование, 2014, № 3, с. 45–53.

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

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

[37] Дроздов А.А. Метод проектирования центробежных компрессоров с осерадиальными рабочими колесами. Дисс… канд. тех. наук. Санкт-Петербург, СПбПУ, 2016. 236 с.

[38] Galerkin Y., Rekstin A., Soldatova K., et al. Universal modeling method — the instrument for centrifugal compressor gas dynamic design. ASME Gas Turbine India Conf., 2015, paper GTINDIA2015-1202, doi: https://doi.org/10.1115/GTINDIA2015-1202

[39] Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. Москва, Наука, 1978. 736 с.

[40] Лысякова А.А. Совершенствование программ расчета характеристик центробежных компрессорных ступеней с помощью обобщенных диаграмм скоростей обтекания лопаток. Санкт-Петербург, СПбГПУ, 2010. 141 с.

[41] Рекстин А.Ф., Бакаев Б.В. Вариантные расчеты промышленных центробежных компрессоров на основе упрощенной математической модели. Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки, 2018, т. 24, № 4, с. 24–38, doi: https://doi.org/10.18721/JEST.24403

[42] Рекстин А.Ф., Галеркин Ю.Б. Особенности первичного проектирования малорасходных центробежных компрессорных ступеней. Вестник ПНИПУ, 2018, т, 20, № 2, с. 43–54, doi: https://doi.org/10.15593/2224-9877/2018.2.06

[43] Рекстин А.Ф., Галеркин Ю.Б. Совершенствование метода первичного проектирования рабочих колес центробежных компрессоров. Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки, 2019, т. 25, № 2, с. 105–117, doi: https://doi.org/10.18721/JEST.25208