ДОСВІД ПРОЄКТУВАННЯ ПРОТОЧНИХ ЧАСТИН ВІДЦЕНТРОВИХ КОМПРЕСОРІВ ТУРБОДЕТАНДЕРНИХ АГРЕГАТІВ

Анотація

Представлено авторську комплексну методологію проєктування проточних частин відцентрових компресорів, які є важливою складовою турбодетандерних агрегатів. Методологія включає математичні методи і моделі різних рівнів складності – від одновимірних до просторових, а також експериментальні дослідження. На першому етапі проводиться попередній розрахунок геометричних характеристик проточної частини за допомогою достатньо простих методик, заснованих на вирішенні одновимірних або квазіосесиметричних рівнянь. Розрахунок основних геометричних характеристик проточної частини за одномірною методикою здійснюється на основі розв'язання одномірних рівнянь збереження маси, збереження ротальпії (наслідок закону збереження енергії), втрат кінетичної енергії. Як функцію цілі вибираємо максимальну потужність. Пошук геометричних характеристик ступеня ведеться серед великої кількості варіантів параметрів, що варіюються, з урахуванням основних конструктивних і режимних обмежень. На базі отриманих геометричних характеристик будується повна тривимірна геометрія, для чого використовуються методи аналітичного профілювання лопаток проточних частин, які дозволяють створювати турбінні ступені як осьового, радіально-осьового та осе-радіального типів. Розрахунок тривимірної в’язкої течії виконується за допомогою методу чисельного інтегрування осереднених рівнянь Нав’є-Стокса і диференційної моделі турбулентності Ментера. Опис просторової форми компресора здійснюється з використанням методу вихідних даних, для якого є обмежена кількість параметризованих величин. Наведено приклад розробленої проточної частини компресора, який має високу газодинамічну ефективність у широкому діапазоні режимів роботи і за своїми характеристиками відповідає кращим світовим аналогам. Показано, що розрахункові газодинамічні характеристики компресорів задовільно співпадають з експериментальними даними. Створено унікальну базу даних високоефективних проточних компресорів, які використовуються як прототипи при створенні нових сучасних турбодетандерних агрегатів.

Ключові слова: турбодетандер; газопровід; природній газ; турбокомпресор; проточна частина турбомашини