УДОСОКНАЛЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК РОБОЧОГО КОЛЕСА ВИСОКОНАПІРНОГО ВІДЦЕНТРОВОГО КОМПРЕСОРА ПРОЕКТУВАННЯМ ЗА ДОПОМОГОЮ САПР
Бічна панель сторінки статті
Основний зміст сторінки статті
Анотація
Високонапірні компресори є одними з найрозповсюдженіших пневматичних машин у промисловості та транспорті. Класичні методи проектування таких машин основані на методиках моделювання течії у двовимірній та одновимірній постановці. Означені методи проектування приводять до створення достатньо досконалих конструкцій, але їх характеристики ще можуть бути покращені. Для моделювання течії у високонапірному компресорі, актуальним стає дослідження можливостей оптимізації конструкції за використання системи автоматизованого проектування Ansys Vista, що може дозволити значно підвищити ефективність компресора. Метою роботи є удосконалення характеристик робочого колеса високонапірного відцентрового компресора проектуванням за допомогою САПР. Дослідження проведено на основі проектування проточної частини робочого колеса високонапірного відцентрового компресора за допомогою системи автоматизованого проектування Ansys VistaCCD на основі параметрів роботи компресора, що серійно випускається. Отримано, що розташування максимумів ефективності спроектованого та серійного робочих коліс компресора приблизно співпадає, при цьому політропний ККД спроектованого робочого колеса на 6 % більший. При цьому знижується співвідношення повних тисків на 18 %. З іншої сторони, зона високої ефективності роботи колеса значно розширена для спроектованого колеса. Цей діапазон збільшився більше ніж в три рази. При цьому в зоні оптимального ККД витрачена потужність для спроектованого колеса зменшується на 20 % до 240 кВт. Спроектоване колесо має більш досконалий розподіл тиску для спліттера за приблизно однакових характеристик для основних лопатей робочих коліс. Аналізуючи вектори швидкості та розподіли можна прийти висновку, що у серійного компресора наявні дві відривні зони: у місті згинання лопаті та на виході, на відміну від спроектованого.
Блок інформації про статтю
Посилання
Van den Braembussche R. Design and analysis of centrifugal compressors. John Wiley & Sons Publ., 2019. 388 p.
Stewart M. Surface Production Operations: Volume IV: Pumps and Compressors. Gulf Professional Publ., 2018. 918 p.
Galerkin Y. B., Voinov I. B., Drozdov A. A. Comparison of CFD- calculations of centrifugal compressor stages by NUMECA Fine Turbo and ANSYS CFX programs. 10th International Conference on Compressors and their Systems. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Vol. 232 (11–13 September 2017, London, United Kingdom). IOP Publ., 2017, p. 012044.
Vanyeyev S. M., Miroshnychenko D. V., Zhurba V. O., Znamenshchykov Ya. V., Baha V. M., Rodymchenko T. S. Stend dlya doslidzhennya rozshyryuval'nykh turbomashyn maloyi potuzhnosti ta ahrehativ na yikh osnovi [Stand for investigation of low power expansion turbomashines and units on their basis]. Refrigeration Engineering and Technology. 2019, vol. 55, no. 1, pp. 15–21. doi: 10.15673/ret.v55i1.1348
Shevchenko N. H., Ivashchenko V. Yu., Rublevs'kyy Ye. Yu., Zakora O. O. Proektuvannya vidtsentrovoho nasosa za dopomohoyu prohramnoho zabezpechennya AxSTREAM® [Centrifugal pump design using AxSTREAM® software]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2022, no. 1, pp. 72–77. doi: 10.20998/2411-3441.2022.1.11
Jiang H., Dong S., Liu Z., He Y., Ai F. Performance prediction of the centrifugal compressor based on a limited number of sample data. Mathematical Problems in Engineering. 2019, pp. 1–13.
Bourabia L., Khalfallah S., Cerdoun M., Chettibi T. An efficient methodology to generate optimal inputs for the preliminary design of centrifugal compressor impellers. Proc. of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering. 2020, vol. 234, issue 4, pp. 353–366.
Chernetskaya-Beletskaya N., Rogovyi A., Baranov I., Krut A., Miroshnikova M., Bragin N. Increasing the efficiency of highly concentrated coal-water fuel based on the simulation of non- Newtonian fluid flow. MATEC Web of Conferences. 2019, vol. 294, p. 01009.
Syomin D. O., Rogovyi A. S. Vplyv umov vkhodu seredovyshcha, shcho perekachuyet'sya, na enerhetychni kharakterystyky vykhrekamernykh nasosiv [The influence of the inlet conditions of the pumped medium on the energy characteristics of vortex chamber pumps]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2015, no. 3 (1112), pp. 130–136.
Rogovyi A., Korohodskyi V., Neskorozhenyi A., Hrechka I., Khovanskyi S. Reduction of Granular Material Losses in a Vortex Chamber Supercharger Drainage Channel. Advances in Design, Simulation and Manufacturing V: Proc. of the 5th Int. Conf. on Design, Simulation, Manufacturing: The Innovation Exchange, DSMIE-2022. Vol. 2: Mechanical and Chemical Engineering (7–10 June 2022, Poznan, Poland). Springer Publ., 2022, pp. 218–226.
Wan H., Patnaik S. S., Heltzel A. Study of centrifugal compressor off-design performance based on cfd simulations. 2018 AIAA Aerospace Sciences Meeting (8–12 January 2018, Kissimmee, Florida). 2018, pp. 0246.
Salviano L. O., Gasparin E. E., Mattos V. C. N., Barbizan B., Saltara F., Mello P. E. B., Dezan D. J., Yanagihara J. I. Sensitivity analysis and optimization of a CO2 centrifugal compressor impeller with a vaneless diffuser. Structural and Multidisciplinary Optimization. 2021, vol. 64, pp. 1607–1627.
He X., Zhu M., Xia K., Fabian K. S., Teng J., Vahdati M. Validation and verification of rans solvers for tuda-glr-openstage transonic axial compressor. Journal of the Global Power and Propulsion Society. 2023, vol. 7, pp. 13–29.
Rogovyi A. S., Azarov A. S., Tolstyi P. V. Chyslove modelyuvannya kartyn techiyi hazu ta kharakterystyky vidtsentrovoho kompresora. [Numerical modeling of gas flow patterns and characteristics of a centrifugal compressor]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2022, no. 2, pp. 18–23.
Rogovyi A., Azarov A., Ovcharov Ye., Shudryk O., Tolstyi P. Kartyny techiyi hazu u vysokonapirnomu vidtsentrovomu kompresori [Gas flow patterns in a high-pressure centrifugal compressor]. Visnyk Nats. tekhn. un-tu "KhPI". Seriya: Mashynoznavstvo ta SAPR [Bulletin of the National Technical University «KhPI». Series: Engineering and CAD]. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2023, no. 1, pp. 82–91.
ANSYS, C. R22. 1 Help manual. ANSYS Inc. 2022.
Starodubtsev Y. V., Gogolev I. G., Solodov V. G. Numerical 3D model of viscous turbulent flow in one stage gas turbine and its experimental validation. Journal of Thermal Science. 2005, vol. 14, issue 2, pp. 136–141.
Agarwal A., Mthembu L. CFD analysis of conical diffuser under swirl flow inlet conditions using turbulence models. Materials Today: Proceedings. 2020, vol. 27, pp. 1350–1355.
Jiao K., Sun H., Li X., Wu H., Krivitzky E., Schram T., Larosiliere L. M. Numerical investigation of the influence of variable diffuser vane angles on the performance of a centrifugal compressor. Proc. of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering. 2009, vol. 223, issue 8, pp. 1061–1070.
Besagni G., Inzoli F. Computational fluid-dynamics modeling of supersonic ejectors: screening of turbulence modeling approaches. Applied Thermal Engineering. 2017, vol. 117, pp. 122–144.
Du Y., Dou H. S., Lu F. Counter-propagating rotating stall of vaned diffuser in a centrifugal compressor near design condition. Journal of Turbomachinery. 2020, vol. 142, issue 11, pp. 111007.