Разработка типоряда высокоэффективных проточных частей центробежных компрессоров для турбохолодильных машин

Обложка


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Обоснование. В настоящее время растет потребность в центробежных компрессорах с высоким отношением давлений в ступенях. Такие требования побуждают использовать высоконапорные ступени с большими окружными скоростями u2>300 м/c, что ведет к повышенным уровням условного числа Маха и, как следствие, потерям напора. Работы по повышению эффективности таких ступеней ведут к снижению энергопотребления и повышению холодопроизводительности холодильных машин.

Цель – разработать типоряд из десяти высокоэффективных высоконапорных модельных центробежных компрессоров с отношением давлений Пк=2,0.

Методы. Используется разработанная авторами комплексная расчетная методика для повышения эффективности ступеней центробежных компрессоров. Методика состоит из последовательного выполнения 4 этапов: газодинамический расчет, профилирование, трехмерный вязкий расчет, многопараметрическая оптимизация.

Результаты. Спроектирован типоряд модельных центробежных компрессоров для следующего диапазона параметров расчетного режима: условный коэффициент расхода 0,035<Фр<0,12; коэффициент теоретического напора ψт.р.=0,74; условное число Маха 0,93u<0,96. Оценочный изоэнтропный КПД разработанных центробежных компрессоров составляет от 77% до 84% в зависимости от расходности ступени.

Заключение. Разработан ряд из десяти высокоэффективных проточных частей одноступенчатых центробежных компрессоров, который может использоваться в газодинамических проектах при проектировании современных центробежных компрессоров.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Алексей Михайлович Данилишин

Университет ИТМО

Email: Danilishin_am@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1213-7114
SPIN-код: 1162-5118
Россия, Санкт-Петербург

Юрий Владимирович Кожухов

Университет ИТМО

Автор, ответственный за переписку.
Email: kozhukhov_yv@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7679-9419
SPIN-код: 5756-4994

к.т.н., доцент

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. НОВАТЭК запустил малотоннажный СПГ-завод в Челябинской области. [internet] Дата обращения 04.12.2022. Режим доступа: https://neftegaz.ru/news/gas-stations/627753-novatek-zapustil-malotonnazhnyy-spg-zavod-v-chelyabinskoy-oblasti/
  2. Хетагуров В.А., Слугин П.П., Воронцов М.А. и др. Опыт и перспективы применения турбодетандерных агрегатов на промысловых технологических объектах газовой промышленности России // Газовая промышленность. 2018. № 11(777). P. 14–22.
  3. Данилишин А.М., Кожухов Ю.В., Симонов А.М. Комплексный метод автоматизированного проектирования двухзвенных ступеней с осерадиальным рабочим колесом центробежных компрессоров // Вестник Международной академии холода. 2020. № 1. С. 3-11. doi: 10.17586/1606-4313-2020-19-1-3-11
  4. Bonaiuti D., Zangeneh M. On the coupling of inverse design and optimization techniques for the multiobjective, multipoint design of turbomachinery blades // J. Turbomach. 2009. Vol. 131, N 2. P. 021014. doi: 10.1115/1.2950065
  5. Симонов А.М. Исследование эффективности и оптимальное проектирование высоконапорных центробежных компрессорных ступеней // Труды научной школы компрессоростроения СПбГПУ. Под ред. проф. Галеркина Ю.Б. Санкт-Петербург: СПбГПУ, 2010. С. 164 – 188.
  6. Hildebrandt A., Ceyrowsky T. One-dimensional and three- dimensional design strategies for pressure slope optimization of high-flow transonic centrifugal compressor impellers // J. Turbomach. 2019. Vol. 141, N 5. P. 051002. doi: 10.1115/1.4041907
  7. Stuart C., Spence S., Filsinger D., et al. Characterizing the influence of impeller exit recirculation on centrifugal compressor work input // J. Turbomach. 2018. Vol. 140, N 1. P. 011005. doi: 10.1115/1.4038120
  8. Cousins W.T., Yu L., Sishtla V., et al. Analytical and experimental results of a novel single-stage centrifugal compressor with economizer injection // Proceedings of the ASME Turbo Expo. June 11–15, 2018. Oslo, Norway. Vol. 2B: Turbomachinery. Oslo: ASME, 2018. doi: 10.1115/GT2018-76967
  9. Andersen M.R., Gu F., MacLeod P.D. Application and validation of CFD in a turbomachinery design system // American Society of Mechanical Engineers, Process Industries Division (Publication) PID. 2003. November 15–21, 2003 Washington, DC, USA. Washington: ASME, 2003. doi: 10.1115/IMECE2003-55217
  10. Rinaldi E., Pecnik R., Colonna P. Steady State CFD Investigation of a Radial Compressor Operating With Supercritical CO2 // Volume 8: Supercritical CO2 Power Cycles; Wind Energy; Honors and Awards. American Society of Mechanical Engineers. June 3–7, 2013 San Antonio, Texas, USA. San Antonio: ASME, 2013. doi: 10.1115/GT2013-94580
  11. Li X., Liu Z., Lin Y. Multipoint and Multiobjective Optimization of a Centrifugal Compressor Impeller Based on Genetic Algorithm // Math. Probl. Eng. 2017. Vol. 2017. doi: 10.1155/2017/6263274
  12. Guo S., Duan F, Tanget H., et al. Multi-objective optimization for centrifugal compressor of mini turbojet engine // Aerosp. Sci. Technol. 2014. Vol. 39. P. 414-425. doi: 10.1016/j.ast.2014.04.014
  13. Kang H.S., Kim Y.J. A study on the multi-objective optimization of impeller for high-power centrifugal compressor // Int. J. Fluid Mach. Syst. 2016. Vol. 9, N 2. P. 143-149 doi: 10.5293/IJFMS.2016.9.2.143
  14. Guo Z., Song L., Zhou Z., et al. Multi-Objective Aerodynamic Optimization Design and Data Mining of a High Pressure Ratio Centrifugal Impeller // J. Eng. Gas Turbines Power. 2015. Vol. 137, N 9. P. 092602. doi: 10.1115/1.4029882
  15. Kim J.H., Choi J.H., Kim K.Y. Design optimization of a centrifugal compressor impeller using radial basis neural network method // Proceedings of the ASME Turbo Expo. June 8–12, 2009. Orlando, Florida, USA. Orlando: ASME, 2009. P. 443–451. doi: 10.1115/GT2009-59666
  16. Данилишин А.М., Кожухов Ю.В. Численное моделирование турбулентного течения в высоконапорном осерадиальном рабочем колесе центробежного компрессора холодильных машин // Омский научный вестник. Серия «Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение» 2022. C. 59–70. doi: 10.25206/2588-0373-2022-6-2-59-70

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема модельной высоконапорной центробежной компрессорной ступени для разработки типоряда компрессоров.

Скачать (68KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема проектирования высокоэффективных центробежных компрессорных ступеней по комплексной расчетной методике.

Скачать (149KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Распределение относительной скорости по средней высоте лопаток рабочего колеса при различных значениях расчетной диффузорности.

Скачать (388KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Характеристики коэффициента полезного действия и теоретического напора центробежных компрессоров холодильных машин при различных значениях расчетной диффузорности.

Скачать (205KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Газодинамические характеристики типоряда модельных одноступенчатых центробежных компрессоров холодильных машин.

Скачать (677KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Газодинамические характеристики типоряда одноступенчатых центробежных компрессоров для турбодетандерных агрегатов.

Скачать (371KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2022

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.