Расчет течения в лабиринтном уплотнении покрывного диска рабочего колеса центробежного компрессора
Н.М. Тузова, М.И. Соколов, А.А. Аксенов, Е.С. Фатеева
Актуальность. В ходе написания бакалаврской выпускной работы был рассчитан и спроектирован центробежный компрессор для попутного нефтяного газа. В данной работе будет рассмотрено влияние величины зазора в лабиринтном уплотнении покрывного диска рабочего колеса и межступенчатого лабиринтного уплотнения на интенсивность перетечек в рабочем колесе на примере вышеуказанного агрегата. Также в работе будет рассмотрено влияние перетечек в рабочем колесе на входные термодинамические параметры данного рабочего колеса. Все это позволит учитывать влияние перетечек в центробежных компрессорах в зависимости от ширины зазора в лабиринтных уплотнениях в будущих расчетах [1],[2].
Цели и задачи. Основной целью данной работы является выявление зависимости величины перетечек в лабиринтных уплотнениях ступеней центробежных компрессоров от вылечены зазора в вышеуказанных уплотнениях.
Также в данной работе необходимо провести анализ влияния величины вышеуказанных перетечек на изменение термодинамических параметров на входе в рабочее колесо центробежного компрессора.
Перетечки через лабиринтное уплотнение радиального типа определяются по следующему уравнению:
,
где μ – коэффициент, характеризующий тип применяемого уплотнения; – давление перед уплотнением; – давление за уплотнением; – плотность перед уплотнением; z – количество зубьев лабиринтного уплотнения.
Площадь сечения, через которое утекает газ рассчитывается по следующему уравнению:
,
где – диаметр, на котором расположено лабиринтное уплотнение, δупл – ширина зазора в уплотнении.
Далее представлен расчет перетечек через лабиринтные уплотнения покрывного диска. Данные взяты из бакалаврской выпускной работы.
Результаты расчета перетечек представлены в таблице 1.
Таблица 1
Расчет перетечек через лабиринтное уплотнение покрывного диска
| Ступень | Dупл, м | δупл, м | Fупл, м2 | μ | p1, МПа | p2, МПа | ρ1, кг/м3 | z, шт | , кг/c |
| 1 | 0,4 | 0,0003 | 0,000377 | 0,6 | 2,59 | 3,74 | 22,24 | 4 | 0,7452 |
| 2 | 0,4 | 0,0003 | 0,000377 | 0,6 | 3,67 | 5,09 | 28,17 | 4 | 0,9381 |
| 3 | 0,4 | 0,0003 | 0,000377 | 0,6 | 5,01 | 6,71 | 34,77 | 4 | 1,1492 |
| 4 | 0,4 | 0,0003 | 0,000377 | 0,6 | 6,62 | 8,62 | 42,02 | 4 | 1,3786 |
| 5 | 0,4 | 0,0003 | 0,000377 | 0,6 | 8,51 | 10,81 | 49,89 | 4 | 1,6196 |
Ниже проведено сравнение среднего значения перетечек по ступеням при различных значениях ширины зазора в уплотнении δупл, а также значение относительных перетечек.
Относительные перетечки X, % определяются как:
,
где – массовый расход газа в компрессоре, .
Результаты расчета относительных перетечек представлены в таблице 2.
Таблица 2
Расчет относительных перетечек в лабиринтном уплотнении покрывного диска
| δупл, мм | , кг/c | X, % |
| 0,3 | 0,3078 | 0,9947 |
| 0,5 | 0,5130 | 1,6579 |
| 0,8 | 0,8207 | 2,6527 |
| 1,0 | 1,0259 | 3,3158 |
| 1,2 | 1,2311 | 3,9790 |
| 1,5 | 1,5389 | 4,9737 |
На рисунке 1 показан график зависимости относительных перетечек X от ширины зазор в лабиринтом уплотнении δупл.
Рис.1. График зависимости относительных перетечек X от ширины зазор в лабиринтом уплотнении δупл
Определив величину перетечек в лабиринтом уплотнении, а также зависимость этой величины от ширины зазора в уплотнении, можно найти влияние данного явления на термодинамические параметры на входе в рабочее колесо центробежного компрессора. Рассчитаем изоэнтальпийный процесс движения газа в лабиринтном уплотнении с помощью алгоритма расчета реального газа [3],[4].
Результаты расчета представлены в таблице 3.
Таблица 3
Расчет температуры газа после прохождения лабиринтного уплотнения
| Ступень | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Давление перед уплотнением, МПа | 3,74 | 5,09 | 6,71 | 8,62 | 10,81 |
| Температура перед уплотнением, К | 306,29 | 336,27 | 365,42 | 393,76 | 421,28 |
| Давление после уплотнения, МПа | 2,59 | 3,67 | 5,01 | 6,62 | 8,51 |
| Температура после уплотнения, К | 301,07 | 331,26 | 360,71 | 389,39 | 417,33 |
Зная температуру газа после лабиринтного уплотнения и температуру на входе в ступень можно рассчитать действительную температуру на входе в рабочее колесо центробежного компрессора.
Таким образом, для первой ступени при величине зазора δупл=0,3 мм значение температуры будет равно:
Результаты. В данной работе была получена зависимость величины перетечек через лабиринтные уплотнения покрывного диска рабочего колеса в зависимости от ширины зазора данного уплотнения. А также была рассчитана температура газа на выходе из уплотнения и ее влияние на термодинамические параметры на входе в рабочее колесо.
ЛИТЕРАТУРА:
- Данилишин А.М., Кожухов Ю.В. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ КОМПРЕССОРНОЙ СТУПЕНИ ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ В ANSYS CFX В сборнике: Неделя Науки СПбГПу. Материалы научно-практической конференции с международным участием. Институт энергетики и транспортных систем. 2014. С. 186-189.
- Данилишин А.М., Кожухов Ю.В., Гилева Л.В., Лебедев А.А.ВЕРИФИКАЦИЯ CFD-РАСЧЕТА НА СУПЕРКОМПЬЮТЕРЕ СРЕДНЕРАСХОДНЫХ МОДЕЛЬНЫХ СТУПЕНЕЙ В сборнике: Суперкомпьютерные дни в России. Труды международной конференции. 2016. С. 816-828.
- Загорученко В.А. Исследование термодинамических свойств и составление диаграмм состояния природных газов и их основных компонентов применительно к задачам компрессорного машиностроения, 1965, 44 с.
- Юн В.К. Основы совершенствования методов проектирования и унификации центробежных компрессоров различного назначения, 2012, 448 с.