Уточнение рекомендаций по оптимальному проектированию центробежных компрессорных ступеней на основе экспериментального исследования

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Сравнение результатов расчета потока по коммерческим программам расчета вязких течений с результатами экспериментальной визуализации течения показывает, что результаты расчета оказываются близкими к действительности для неподвижных элементов, но противоречат экспериментальным данным по рабочему колесу. Данное обстоятельство ограничивает применение коммерческих программ при проектировании проточных частей центробежных компрессоров. Таким образом, проектирование центробежных компрессорных ступеней по-прежнему должно базироваться на экспериментальных данных.

2. Для тщательно спроектированных РК с относительно небольшим изменением условий обтекания по высоте лопаток минимуму коэффициента потерь соответствует коэффициент расхода, при котором обтекание лопаточного аппарата близко к безударному на средней поверхности тока.

Для менее тщательно спроектированных РК с заметным изменением условий обтекания по высоте лопаток минимуму коэффициента потерь соответствует коэффициент расхода, при котором обтекание лопаточного аппарата соответствует значительному отрицательному углу атаки на периферии, и положительному углу атаки у основного диска. То есть, условие безударного входа выполняется в среднем по высоте лопаток.

Высоконапорные рабочие колеса имеют очень незначительную нагрузку на начальном участке. У низконапорных рабочих колес нагрузка на входном участке существенно больше, но при этом угол атаки остается нулевым.

3. Для рабочих колес различной напорности и расходности определена оптимальная форма выходной кромки лопатки РК. Показано, что наибольший КПД дает кромка, заостренная с передней стороны. В этом случае КПД ступени повышается на 1^-2%.

Для исследованных ступеней, имеющих разную форму выходной кромки РК, рассчитаны коэффициенты Км, учитывающие уменьшение подводимого напора за счет вязкости газа. Полученные результаты можно будет использовать при проектировании ступеней с близкими параметрами путем выбора тещ или иной формы выходной кромки РК.

4. У ступеней с низконапорными РК при хут ^ 0.5 -г- 0.55 применение БЛД не является препятствием для получения максимального КПД, не уступающего КПД ступеней с ЛД, даже при малых радиальных размерах проточной части. Преимущества ступеней с БЛД в «запасе по помпажу» делает их использование в низконапорных ЦБН и СПЧ предпочтительным. Применение низконапорных ступеней с ЛД с целью повышения КПД может быть целесообразным для концевых ступеней, коэффициент потерь в выходном устройстве которых больше, чем в ОНА (сужение зоны работы неизбежно). В данном случае целесообразно применение решеток с малой густотой ЬЛСр «0.70.

У ступеней с высоконапорными РК при ц/т ^ 0−65 + 0.75 применение БЛД препятствует получению максимального КПД, не обеспечивая преимуществ в зоне работы. Преимущества ступеней с ЛД в максимальном КПД делает их использование в высоконапорных ЦБН и СПЧ предпочтительным, так как не ведет к практически значимому сужению зоны работы. Сравнение характеристик ступени с разным числом лопаток ЛД подтвердило правильность рекомендуемых значений оптимальной густоты решеток, однако, в случае необходимости, могут применяться и значительно более редкие решетки (L/tcp = 1.0), без заметного отрицательного влияния на эффективность ступени.

5. С учетом полученных рекомендаций выполнена доводка ступени П028/575/37. КПД в расчетной точке повышен на 3% при снижении напора на 2%.

1. Галеркин Ю. Б. и др. Труды научной школы компрессоростроения СПбГТУ. Под редакцией проф. Ю. Б. Галеркина. СПб, 2000. — 443 с.

2. Галеркин Ю. Б., Данилов К. А., Митрофанов В. П., Попова Е. Ю. К использованию численных методов при проектировании проточной части центробежных компрессоров. СПб.: СПбГТУ, 1996. — 68 с.

3. Галеркин Ю. Б., Попова Е. Ю. Промышленные центробежные компрессоры, физические основы рабочего процесса, применение численных методов для решения задач оптимального проектирования и оптимальной эксплуатации. — СПб., 1994. — 79 с.

4. Галеркин Ю. Б., Рекстин Ф. С. Методы исследования центробежных компрессорных машин. Л.: Машиностроение, 1969. — 303 с.

5. Герасимов. A.B. Структура потока и потери в центробежных компрессорных колёсах, спрофилированных по методу ЛПИ: Дис. канд. техн. наук / ЛПИ. Л., 1982. — 308 с.

6. Данилов К. А. Создание математической модели и программных комплексов для оптимального газодинамического проектирования холодильных центробежных компрессоров: Дис. канд. техн. наук / СПбГТУ. СПб., 1999. — 176 с.

7. Ден Г. Н. Механика потока в центробежных компрессорах. Л.: Машиностроение, 1973. 272 с.

8. Ломакин A.A. Центробежные и пропеллерные насосы. М. Л., Машгиз, 1950.

9. Лившиц С. П. Аэродинамика центробежных компрессорных машин. М.: Машиностроение, 1966. 340 с.

10. Митрофанов В. П. Исследование течения газа в центробежных компрессорных колесах с различным характером распределения скоростей и нагрузки по лопаткам // Автореф.. к. т. н. Л., ЛПИ, 1977. 20 с.

11. Примак А. Н., Авдеев Н. П., Тучина И. А., Шкарбуль С. Н. Теоретическое и экспериментальное исследование потока во вращающихся центробежных колесах // В кн.: Исследования в области компрессоростроения. Труды III ВНТК по компрессоростроению. Казань, 1974.

12. Примак А. Н., Селезнев К. П., Шкарбуль С. Н. Визуальное исследование течения в рабочем колесе центробежного компрессора // Тр. ОмПИ: Вопросы машиностроения. Омск, 1972.

13. Пфляйдерер К. Лопаточные машины для жидкостей и газов. М.: Машгиз, 1960. 683 с.

14. Рекстин А. Ф. Оптимизация проточной части промежуточных ступеней центробежного компрессора с применением математической модели потерь и элементов САПР: Автореф. дис. канд. техн. наук / ЛПИ. -Л., 1990. 16 с.

15. Рис В. Ф. Центробежные компрессорные машины. Л.: Машиностроение, 1981. — 351 с.

16. Селезнев К. П. и др. Теория и расчет турбокомпрессоров. Л.: Машиностроение, 1986.-389 с.

17. Селезнев К. П., Галеркин Ю. Б. Центробежные компрессоры.-Л.: Машиностроение, 1982. 271 с.

18. Селезнев К. П., Галеркин Ю. Б., Митрофанов В. П., Зараев В. И. Визуализация характерных зон течения в элементах проточной части ц.к. с помощью напыления мелкодисперсного твердого красителя // «Энергомашиностроение». М., 1980, N5, с.2−4.

19. Циткин С. И. Центробежные вентиляторы и дымососы. МоскваКиев, Машгиз, 1953.

20. Эккерт Б. Осевые и центробежные компрессоры (пер. с нем.) М. Машгиз, 1959.

21. Flaszynski P., Galerkin Yu. В., Puzyrewski R. Experimental and numerical identification of separation zones ion the centrifugal compressor// Proceedings of International Conference SYMKOM 2002 Compressor & Turbine.

22. Stage Flow Path Theory. Experiment & User verification. Poland, Lodz, 2002, pp. 47−54.

23. Galerkin Y., Mitrofanov V., Geller M., Toews A. Experimental and numerical investigation of flow in industrial centrifugal impeller//Inernational Conference on Compressors and their Systems. London: City University, UK., 2001. — p.251−259.

24. Gallus H.E. Recent Research Work on Turbomachinery Flow//Yokohama International Gas Turbine Congress. Yokohama, 1995.

25. Wood Hause H. Inlet Conditions of Centrifugalcompressors for Aircraft Engine Superchargers and Gas Turbines.-" Journal Aeronautical Sciences", 1948, N7.