Аналитический метод профилирования рабочих колес осерадиальних компрессоров
Ключевые слова:
осерадиальный компрессор, аналитический метод профилирования, пространственное течение, численное моделированиеАннотация
Предложен новый аналитический метод построения осерадиальних рабочих колес компрессоров со сложными навалами входных и выходных кромок, который позволяет описывать широкий класс проточных частей на основе ограниченного (небольшого) количества параметризованных величин. С помощью этого метода создана новая проточная часть типичного осерадиального рабочего колеса для компрессоров турбодетандерних агрегатов с коэффициентами расхода в диапазоне от 0,03 до 0,06. Для апробации метода выполнено численное исследование пространственных вязких течений в существующей и новой модификации проточной части типичного осерадиального компрессора низкотемпературного турбодетандерного агрегата с использованием программного комплекса IPMFlow, который является развитием программ FlowER и FlowER-U. Расчетная сетка состояла из более 600 000 ячеек. Разработанное рабочее колесо имеет существенно пространственную форму со сложным окружным навалом входных кромок. Показано, что в новой конструкции наблюдается более благоприятная структура течения, в которой почти отсутствуют отрывы потока. Это обеспечивается за счет пространственной формы нового рабочего колеса, в том числе сложным окружным навалом входных кромок. Такая форма способствует «прижатию» потока к периферийному обводу в области разворота канала от осевого к радиальному направлению и, как следствие, предотвращает возникновение отрывных вихрей. Благодаря отсутствию отрывных образований на номинальном режиме и относительно незначительным отрывам на нерасчетных режимах обеспечен высокий уровень аэродинамического совершенствования (высокий коэффициент полезного действия - КПД) нового типового компрессора во всем диапазоне режимов эксплуатации турбодетандерного агрегата. Так, в расчетной точке КПД предложенного компрессора на 6% выше по сравнению с прототипом. Разработка внедрена в турбодетандерных агрегатах установок комплексной подготовки газа на добывающих предприятиях газоконденсатных месторождений Узбекистана.
Библиографические ссылки
Sharovskiy, M. A., Ivchenko, A. V., & Shelkovskiy, M. Yu. (2006). Raschetnyy i eksperimentalnyy analiz kharakteristik stupeney kompressora, sproyektirovannykh metodom spetsialnogo profilirovaniya [Calculated and experimental analysis of the characteristics of compressor stages, designed by special profiling method.]. Vіsn. dvyhunobuduvannia − Herald of Aeroengine-building, no. 3, pp. 26–31 [in Russian].
Reznik, S. B., Yaishnikov, V. I., Khomylev, S. A., Pika, E. L., & Ershov, S. V. (2006). Opyt modernizatsii rabochey lopatki vysokoperepadnoy turbiny s ispolzovaniyem raschetnogo i eksperimentalnogo metodov [Experience in the modernization of a working blade of a high-gradient turbine using calculation and experimental methods]. Vіsn. dvyhunobuduvannia − Herald of Aeroengine-building, no. 1, pp. 37–41 [in Russian].
Singh, Murari P., Lucas, George M. (2011). Blade Design and Analysis for Steam Turbines. The McGraw-Hill Companies, Inc., 384 p. ISBN: 978-0-07-163573-8.
Htwe, Win Lai, Win, Htay Htay, & San, Nyein Aye (2015). Design and thermal analysis of gas turbine blade. Intern. J. Mech. and Production Eng., vol. 3, iss. 7, pp. 62–66.
Kostenko, D. A. (2006). Vozmozhno li proizvodstvo elektroenergii bez szhiganiya topliva [Whether it is possible to generate electricity without burning fuel]. Toplivno-energ. kompleks − Fuel and Energy Complex, no. 11, pp. 23–24 [in Russian].
Kozachenko, A. N. (1999). Ekspluatatsiya kompressornykh stantsiy magistralnykh gazoprovodov [Operation of compressor stations of main gas pipelines]. Moscow: Neft i gaz, 463 p. [in Russian].
Kempbel, D. M. (1977). Ochistka i pererabotka prirodnykh gazov [Gas conditioning and processing (Russ. ed.: S. F. Gudkova)]. Moscow: Nedra, 349 p. [in Russian].
Rusanov, A., Rusanov, R., & Lampart, P. (2015). Designing and updating the flow part of axial and radial-axial turbines through mathematical modeling. Open Eng. (formerly Central European J. Eng.), no. 5, pp. 399–410. DOI: 10.1515/eng-2015-0047.
Boiko, A. V., Usatyi, O. P., & Barannik, V. S. (2017). Optymizatsiia turbinnykh reshitok z vykorystanniam heometrychnykh kryteriiv yakosti obvodiv profiliu i kanalu [Optimization of turbine lattices using geometric quality criteria for profiles and channel channels]. Visnyk NTU «KhPI». Ser.: Enerhetychni ta Teplotekhnichni Protsesy i Ustatkuvannya − Bulletin of the NTU 'KhPI'. Series: Power and Heat Engineering Processes and Equipment, no. 9 (1231), pp. 6–16 [in Ukrainian].
Luo, J., Xiong, J., Liu, F., & McBean, I. (2010). Three-dimensional aerodynamic design optimization of a turbine blade by using an adjoint method. ASME. J. Turbomachinery, vol. 133, no. 1: 011026-011026-11. DOI: 10.1115/1.4001166.
Arabnia, M. (2012). Aerodynamic Shape Optimization of Axial Turbines in Three Dimensional Flow. Diss. Concordia University Montréal, Québec, Canada, 128 p.
Yuan, X., Tanuma, T., Zhu, X., Lin, Z., & Nomura, D. (2010). 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, vol. 7: Turbomachinery, Parts A, B, and C, pp. 2209–2218. DOI: 10.1115/GT2010-22477.
Yershov, S., Rusanov, A., Gardzilewicz, A., & Lampart, P. (1999). 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, vol. 397 (2), pp. 143–154.
Lampart, P., Gardzilewicz, A., Yershov, S., & Rusanov, A. (2001). 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., Intern. J. Thermal and Fluid Sci., vol. 10, no. 3, pp. 198–204.
Lampart, P., Rusanov, A., Yershov, S., Marcinkowski, S., & Gardzilewicz A. (2005). 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., vol. 127, no. 1, pp. 83–93. DOI: 10.1115/1.1852491.
Rusanov, A. V., Lampart P., Pashchenko N. V., & Rusanov R. A. (2016). Modelling 3D steam turbine flow using thermodynamic properties of steam IAPWS-95. Polish Maritime Research, vol. 23, no. 1, pp. 61–67. DOI: 10.1515/pomr-2016-0009.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2019 A. V. Rusanov, R. A. Rusanov, N. V. Pashchenko, M. O. Chuhai
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NoDerivatives» («Атрибуция — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
Авторы, публикующиеся в этом журнале, соглашаются со следующими условиями:
- Авторы оставляют за собой право на авторство своей работы и передают журналу право первой публикации этой работы на условиях лицензионного договора (соглашения).
- Авторы имеют право заключать самостоятельно дополнительные договора (соглашения) о неэксклюзивном распространении работы в том виде, в котором она была опубликована этим журналом (например, размещать работу в электронном хранилище учреждения или публиковать в составе монографии), при условии сохранения ссылки на первую публикацию работы в этом журнале.
- Политика журнала позволяет размещение авторами в сети Интернет (например, в хранилищах учреждения или на персональных веб-сайтах) рукописи работы, как до подачи этой рукописи в редакцию, так и во время ее редакционной обработки, поскольку это способствует возникновению продуктивной научной дискуссии и позитивно отражается на оперативности и динамике цитирования опубликованной работы (см. The Effect of Open Access).
