Модернизация учебного стенда двухзвенной центробежной компрессорной ступени с осерадиальным рабочим колесом

Одной из главных отраслей промышленности является энергетическое машиностроение, которое включает в себя такие энергетические установки как центробежные компрессоры. В связи с ростом требований [2], предъявляемых к  современным центробежным компрессорам, как по требуемому напору, так и по энергоэффективности возрастает необходимость в производстве высокоэффективных осерадиальных рабочих колес (ОРК). Применение центробежных компрессоров с осерадиальными рабочими колесами в настоящее время очень актуально на линейных компрессорных станциях магистральных трубопроводов сжатого природного газа. Также такие компрессоры широко востребованы в агрегатах турбонаддува  двигателей внутреннего сгорания [3].

Целью работы является модернизация учебного стенда двухзвенной центробежной компрессорной ступени с осерадиальным рабочим колесом для возможности проведения экспериментальных исследований серии различных модельных ступеней с различными осерадиальными колесами.

Объектом модернизации является учебного экспериментального стенда (УЭЦК) кафедры «Компрессорная, вакуумнаяя и холодильная техника» двухзвенной центробежной ступени с осерадиальным полуоткрытым рабочим колесом, показан на рис. 1. [1]

Рис.1 Схема установки.[1] 1– Электродвигатель постоянного тока; 2– Соединительная муфта; 3– Повышающий редуктор (мультипликатор); 4– Дроссельная заслонка; 5– Термометр для замера температуры на всасывании; 6– Всасывающий патрубок; 7– Нагнетательный патрубок; 8– Рабочее колесо мм; 9– Безлопаточпый диффузор;10– Спиральная камера (улитка); 11– Вращающийся направляющий аппарат; 12– Обтекатель; 13– Фильтр на всасывании; 14– Термометр для замера температуры на нагнетании

Рис.1 Схема установки.[1]
1– Электродвигатель постоянного тока; 2– Соединительная муфта; 3– Повышающий редуктор (мультипликатор); 4– Дроссельная заслонка; 5– Термометр для замера температуры на всасывании; 6– Всасывающий патрубок; 7– Нагнетательный патрубок; 8– Рабочее колесо мм; 9– Безлопаточпый диффузор;10– Спиральная камера (улитка); 11– Вращающийся направляющий аппарат; 12– Обтекатель; 13– Фильтр на всасывании; 14– Термометр для замера температуры на нагнетании

Компрессор одноступенчатый: ступень состоит из осерадиального рабочего колоса , безлопаточного диффузора (БЛД), сборной камеры (типа свернутой набок улитки) и нагнетательного патрубка. ОРК консольно насажено на вал с помощью специальной шлицевой втулки. Безлопаточный диффузор и улитка отлиты заодно с корпусом. Всасывание в компрессор производится из машинного зала через фильтр, установленный в начале всасывающего патрубка, нагнетание за пределы машинного зала в атмосферу.

Приводом служит электродвигатель постоянного тока мощностью 75 кВт. Между компрессором и двигателем установлен повышающий редуктор (мультипликатор) с передаточным числом i=9,8.  Для получения характеристик компрессора и элементов его проточной части должны быть замерены в различных сечениях полное давление, статическое давление, направление (углы) потока. 

В ходе работы на на передней стенке БЛД стенда были установлены дополнительные  пневмометрические приборы – трубки полного давления и отводы для измерений полного и статического давления по новой дренажной схеме рис.2, позволяющей проводить полноценные экспериментальные исследования двухзвенных ступеней центробежного компрессора с осерадиальным колесом.

Рис.2. Схема расположения пневмометрических приборов в радиальном сечении рабочего колеса и безлопаточного диффузора

Рис.2. Схема расположения пневмометрических приборов в радиальном сечении рабочего колеса и безлопаточного диффузора

0-0 – сечение на входе в ступень, расположенное во всасывающем трубопроводе на расстоянии примерно 500мм от входа в рабочее колесо;

2-2 – сечение на выходе из рабочего колеса в безлопаточном диффузоре на диаметре 1,06D2 ;

4-4 – сечение на выходе из безлопаточного диффузора на диаметре 1,46D2 ;

К-К – сечение на выходе из ступени, расположенное в нагнетательном патрубке на расстоянии примерно 2150 мм от поворота нагнетательного патрубка.

Таким образом в дальнейшем планируется проведение серии испытаний осерадиального рабочего колеса  и сравнение с численным расчетам модели методами вычислительной гидрогазодинамики.

Также на стенде могут испытываться полуоткрытые рабочие колеса с различными углами входа βл1, выхода βл2 и формы средней линии, оптимизированные при помощи разработанных методик многопараметрической оптимизации [4,5]

Авторы выражают глубокую признательность В.И. Зараеву за помощь при проведении модернизации стенда.

 

ЛИТЕРАТУРА:

  1. Садовский Н.И., В.П.Митрофанов, А.В Коршунов, В.В Огнев., И.А. Тучина. Теория, расчет и конструирование компрессоров динамического действия: Испытание одноступенчатого центробежного компрессора: Методические указания к лаб. работе № 4/ Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. Кафедра компрессорной, вакуумной и холодильной техники; Санкт-Петербург: Изд-во СПбГПУ, 2003.- 59 с. : ил.
  2. В. К. Юн Использование передовых технологий для повышения экономической эффективности центробежного компрессора. Газовая промышленность №9, 2014 с 68-71.
  3. А.М. Симонов. Исследование эффективности и оптимальное проектирование высоконапорных центробежных компрессорных ступеней. С. 164 – 188. / Труды научной школы компрессоростроения СПбГПУ. Под ред. проф. Ю.Б. Галеркина. – Изд. СПбГПУ, СПб., 2010 — 670 с.
  4. Данилишин А.М., Кожухов Ю.В., Разработка и оценка эффективности параметрической модели проточной части осерадиального рабочего колеса центробежного компрессора. Неделя науки СПбПУ Материалы научного форума с международным участием. Институт энергетики и транспортных систем. Санкт-Петербург, 2015. С. 293-295.
  5. Danilishin A., Kozhukhov Y., Yun V, Multi-objective optimization for impeller shroud contour, the width of vane diffuser and the number of blades of the centrifugal compressor stage based on the CFD calculation. IOP Conference Series Materials Science and Engineering 08/2015;Volume 90(1):012047. DOI:10.1088/1757-899X/90/1/012046