Анализ проектирования и разработка параметрической трехмерной модели обратного направляющего аппарата центробежного компрессора
В.Ф. Кухаренко, И.С. Янин, А.Н. Веселов
Актуальность. Центробежные компрессоры (ЦК) применяются во многих областях промышленности и энергетики, особенно в больших количествах используются в нефтегазовой отрасли. Поэтому снижения затрат на работу ЦК является актуальной задачей. Для повышения эффективности ЦК в основном занимаются совершенствованием рабочего колеса, при этом статорным элементам проточной части обычно оказывается меньше внимания. Это связано с тем, что диффузоры, поворотные колена и обратные направляющие аппараты (ОНА) оказывают несущественное влияние на общую производительность центробежного компрессора по сравнению с рабочим колесом. Но уменьшение потерь на статорных элементах может значительно повысить эффективность ступени ЦК в целом [1,2]. Поэтому необходимо проводить оптимизацию статорных элементов.
Цель работы. Один из основных статорных элементов – обратный направляющий аппарат, в котором происходят значительные потери, поэтому необходимо провести его оптимизацию и выработать новые методы его проектирования. В данной работе целью было провести анализ проектирования и разработать параметрическую трехмерную модель ОНА в программном комплексе ANSYS.
После анализа методов проектирования элементов ЦК была выбрана методика НЗЛ (Невский завод) для создания параметрической модели ОНА [3,4]. Лопатки в данной методике схожи с лопатками телесного профиля.
Для построения параметрической модели обратно направляющего аппарата необходимо задаться определенным количеством параметров. Проанализировав выбранную методику, было принято 9 величин – параметров для построения обратно направляющего аппарата: D5 – диаметр входной кромки лопатки в сечении 5-5, D6 – диаметр выходной кромки лопатки в сечении 6-6, aл5 – угол установки лопатки на входе (данные параметры влияют на построение средней линии ОНА, которая выполнена по дуге окружности), d5 – толщина лопатки на входе, d6 – толщина лопатки на выходе, d’ – средняя толщина лопатки, b5 – ширина канала на входе, в сечении 5-5, b6 – ширина канала на выходе в сечении 6-6, Z – количество лопаток. Параметры d5 и d6 влияют на тип сечение канала (диффузорное или с постоянным поперечным сечением).
Этапы создания параметрической модели:
- Первый этап – построение параметрического профиля лопатки по выбранной методики в программе «SolidWorks».
- Второй этап – импорт готовой параметрической модели лопаток из «SolidWorks» в «Ansys Workbench» (Geometry), с учетом обновления файла при его изменении.
- Третий этап – построение меридионального сечения обратно направляющего аппарата в приложении «Design Modeler». Задание параметров и распознание проточной части.
- Четвертый этап – задание лопатки в проточной части при помощи инструментов приложения «Blade Editor» для построения сетки в «TurboGrid».
В результате была разработана параметрическая модель ОНА (рис. 1) и построен по заданным параметрам ОНА для ступени ЦК кафедрального экспериментального стенда ЭЦК-1 (рис 2).
![Рис.1. Параметрическая модель и профиль лопатки обратно направляющего аппарата](https://kviht.ru/wp-content/uploads/2018/12/1-3-300x129.png)
Рис.1. Параметрическая модель и профиль лопатки обратно направляющего аппарата
![Рис 2. Расчетная сетка ОНА](https://kviht.ru/wp-content/uploads/2018/12/2-2-300x215.png)
Рис 2. Расчетная сетка ОНА
Выводы. В результате проделанной работы был проведен анализ проектирования и разработана многопараметрическая модель обратного направляющего аппарата. А также построена трехмерная модель ОНА для экспериментального стенда, которую можно использовать для дальнейшей оптимизации обратного направляющего аппарата центробежного компрессора.
ЛИТЕРАТУРА
- De Bellis F., Guidotti E., Rubino D. T. Centrifugal Compressors Return Channel Optimization by Means of Advanced 3D CFD //ASME Turbo Expo 2015: Turbine Technical Conference and Exposition. – American Society of Mechanical Engineers, 2015. – С. 1-9.9.
- Морев П.М., Садовский Н.И., Данилишин А.М., Малев К.Г., Кожухов Ю.В.
Оценка изменения эффективности обратно-направляющего аппарата при изменении числа лопаток при численном моделировании в программе A В сборнике: Неделя науки СПбПУ. Материалы научного форума с международным участием. Институт энергетики и транспортных систем. 2015. С. 238-240. - Ваняшов А.Д., Кустиков Г.Г. Расчет и конструирование центробежных компрессорных машин: Учеб. пособие. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005. – 208 с.
- Косневич М.С., Садовский Н.И. Определение оптимального соотношения b5/b4 для поворотного колена центробежного компрессора. В сборнике: Неделя науки СПбПУ. Материалы научного форума с международным участием. Институт энергетики и транспортных систем. 2015. С. 249-251.