АНАЛІТИЧНИЙ МЕТОД ПРОФІЛЮВАННЯ РОБОЧИХ КОЛІС ОСЕРАДІАЛЬНИХ КОМПРЕСОРІВ

image_print

 

DOI https://doi.org/10.15407/pmach2018.04.004
Журнал Проблеми машинобудування
Видавець Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
ISSN 0131-2928 (print), 2411-0779 (online)
Випуск Том 21, № 4, 2018 (грудень)
Сторінки 4-13

 

Автори

А. В. Русанов, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: rusanov@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0002-9957-8974

Р. А. Русанов, Інститут проточних машин ім. Р. Шевальського Польської АН, (Польща, м. Гданськ 80-231, вул. Фішера, 14), e-mail: rrusanov@imp.gda.pl, ORCID: 0000-0003-2930-2574

Н. В. Пащенко, Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: nata.paschenko82@gmail.com, ORCID: 0000-0002-3936-7331

М. О. Чугай, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: mchugay@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0002-0696-4527

 

Анотація

Запропоновано новий аналітичний метод побудови осерадіальних робочих коліс компресорів зі складними навалами вхідних і вихідних кромок, який дозволяє описувати широкий клас проточних частин на основі обмеженої (невеликої) кількості параметризованих величин. За допомогою цього методу створено нову проточну частину типового осерадіального робочого колеса для компресорів турбодетандерних агрегатів із коефіцієнтами витрати в діапазоні від 0,03 до 0,06. Для апробації методу виконано чисельне дослідження просторових в’язких течій у існуючій та новій модифікації проточної частини типового осерадіального компресора низькотемпературного турбодетандерного агрегату з використанням програмного комплексу IPMFlow, що є розвитком програм FlowER і FlowER-U. Розрахункова сітка складалася з понад 600 тисяч комірок. Розроблене робоче колесо має істотно просторову форму зі складним коловим навалом вхідних кромок. Показано, що у новій конструкції спостерігається більш сприятлива структура течії, в якій майже відсутні відриви потоку. Це забезпечується за рахунок просторової форми нового робочого колеса, у тому числі складним коловим навалом вхідних кромок. Така форма сприяє «притисненню» потоку до периферійного обводу в області розвороту каналу від осьового до радіального напрямку, і, як наслідок, запобігає виникненню відривних вихорів. Завдяки відсутності відривних утворень на номінальному режимі і відносно незначним відривам на нерозрахованих режимах забезпечено високий рівень аеродинамічної досконалості (високий коефіцієнт корисної дії – ККД) нового типового компресора в усьому діапазоні режимів експлуатації турбодетандерного агрегату. Так, у розрахунковій точці ККД запропонованого компресора на 6% вище порівняно з прототипом. Розробку впроваджено у турбодетандерних агрегатах установок комплексної підготовки газу на видобувних підприємствах газоконденсатних родовищ Узбекистану.

 

Ключові слова: осерадіальний компресор, аналітичний метод профілювання, просторова течія, чисельне моделювання.

 

Повний текст:  завантажити PDF

 

Література

  1. Шаровский М. А., Ивченко А. В., Шелковский М. Ю. Расчетный и экспериментальный анализ характеристик ступеней компрессора, спроектированных методом специального профилирования. Вісн. двигунобудування. 2006. № 3. C. 26–31.
  2. Резник С. Б., Яишников В. И., Хомылев С. А., Пика Е. Л., Ершов С. В. Опыт модернизации рабочей лопатки высокоперепадной турбины с использованием расчетного и экспериментального методов. Вісн. двигунобудування. 2006. № 1. C. 37–41.
  3. Murari P. Singh, George M. Blade design and analysis for steam turbines. The McGraw-Hill Companies Inc. 2011. 384 p.
  4. Win Lai Htwe, Htay Htay Win, Nyein Aye San. Design and thermal analysis of gas turbine blade. Intern. J. Mech. and Production Eng. 2015. Vol. 3. Iss. 7. P. 62–66.
  5. Костенко Д. Возможно ли производство электроэнергии без сжигания топлива. Топливно-энерг. комплекс. 2006. № 11. С. 23–24.
  6. Козаченко А. Н. Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов. М.: Нефть и газ, 1999. 463 с.
  7. Кемпбел Д. М. Очистка и переработка природных газов: пер. с англ. (под ред. С. Ф. Гудкова). М.: Недра, 1977. 349 с.
  8. Rusanov A., Rusanov R., Lampart P. Designing and updating the flow part of axial and radial-axial turbines through mathematical modeling. Open Eng. 2015. No. 5. Р. 399–410. https://doi.org/10.1515/eng-2015-0047
  9. Бойко А. В., Усатий О. П., Бараннік В. С. Оптимізація турбінних решіток з використанням геометричних критеріїв якості обводів профілю і каналу. Вісн. НТУ «ХПІ». Сер. Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. 2017. № 9 (1231). С. 6–16.
  10. Luo J., Xiong J., Liu F., McBean I. Three-dimensional aerodynamic design optimization of a turbine blade by using an adjoint method. ASME.  J.  Turbomachinery. 2010. Vol. 133. No. 1: 011026-011026-11. https://doi.org/10.1115/1.4001166
  11. Arabnia M. Aerodynamic shape optimization of axial turbines in three dimensional flow. Concordia University Montréal, Québec, Canada, 2012. 128 p.
  12. Yuan X., Tanuma T., Zhu X., Lin Z., Nomura D. A CFD approach to fluid dynamic optimum design of steam turbine stages with stator and rotor blades. ASME. Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. 2010. Vol. 7: Turbomachinery, Parts A, B, and C. P. 2209–2218. https://doi.org/10.1115/GT2010-22477
  13. Yershov S., Rusanov A., Gardzilewicz A., Lampart P. Calculations of 3D viscous compressible turbomachinery flows. Proc. 2nd Symp. on Comp. Technologies for Fluid/Thermal/Chemical Systems with Industrial Applications, ASME PVP Division Conf., 1–5 August 1999, Boston, USA, PVP. 1999. Vol. 397 (2). P. 143–154.
  14. Lampart P., Gardzilewicz A., Yershov S., Rusanov A. Investigation of interaction of the Main flow with root and tip leakage flows in an axial turbine stage by means of a source/sink approach for a 3D Navier-Stokes Solver. J. Thermal Sci. 2001. Vol. 10. No. 3. P. 198–204. https://doi.org/10.1007/s11630-001-0019-4
  15. Lampart P., Rusanov A., Yershov S., Marcinkowski S., Gardzilewicz A. Validation of 3D RANS solver with a state equation of thermally perfect and calorically imperfect gas on a multi-stage low-pressure steam turbine flow. Transaction ASME. J. Fluids. Eng.  2005. Vol. 127. No. 1. P. 83–93. https://doi.org/10.1115/1.1852491.
  16. Rusanov A. V., Lampart P., Pashchenko N. V., Rusanov R. A. Modelling 3D steam turbine flow using thermodynamic properties of steam IAPWS-95. Polish Maritime Research. 2016. Vol. 23. No. 1. P. 61–67. https://doi.org/10.1515/pomr-2016-0009

 

Надійшла до редакції 03 вересня 2018 р.