Аналітичний метод профілювання робочих коліс осерадіальних компресорів
Ключові слова:
осерадіальний компресор, аналітичний метод профілювання, просторова течія, чисельне моделюванняАнотація
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.Посилання
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.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2019 A. V. Rusanov, R. A. Rusanov, N. V. Pashchenko, M. O. Chuhai
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International License.
Автори, які публікуються в цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи і передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензійного договору (угоди).
- Автори мають право самостійно укладати додаткові договори (угоди) з неексклюзивного поширення роботи в тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати в складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи в цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установи або на персональних веб-сайтах) рукопису роботи як до подачі цього рукопису в редакцію, так і під час її редакційної обробки, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії і позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
