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, a_л5 – 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:

1. Первый этап – построение параметрического профиля лопатки по выбранной методики в программе «SolidWorks».
2. Второй этап – импорт готовой параметрической модели лопаток из «SolidWorks» в «Ansys Workbench» (Geometry), с учетом обновления файла при его изменении.
3. Третий этап – построение меридионального сечения обратно направляющего аппарата в приложении «Design Modeler». Задание параметров и распознание проточной части.
4. 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

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

1. 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.
2. 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.
3. Ваняшов А.Д., Кустиков Г.Г. Расчет и конструирование центробежных компрессорных машин: Учеб. пособие. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005. – 208 с.
4. 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.