Повышение эффективности ступеней многовальных мультипликаторных центробежных компрессоров путем регулирования поворотом лопаток входного направляющего аппарата и диффузора

• Автор: Сафиуллин, Анас Гадулович
• Шифр специальности: 05.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 200 с. : ил.

АННОТАЦИЯ
В работе излагаются результаты исследования газодинамических характеристик ступени многовального мультипликаторного центробежного компрессора (МЦК) при регулировании поворотом лопаток входного направляющего аппарата и диффузора.
Проведены экспериментальные исследования центробежной ступени МЦК с поворотными лопатками входного направляющего аппарата (ВНА) и диффузора (ЛД). Определены основные газодинамические характеристики ступени и на основе анализа результатов экспериментальных исследований выявлено, что наибольшая эффективность регулирования может быть достигнута одновременным изменением положения лопаток ВНА и ЛД.
Дальнейшее обобщение экспериментальных данных осуществлено на основе метода математического моделирования. В качестве базового принят программный комплекс, разработанный в Казанском государственном техническом • университете им.А.Н.Туполева. Математическая модель, используемая в этом комплексе, существенно доработана применительно к центробежной ступени МЦК с поворотными лопатками ВНА и ЛД. На основе экспериментальных исследований выполнена идентификация математической модели.
С использованием уточненной математической модели и программного комплекса методом численного эксперимента проведен параметрический анализ основных газодинамических характеристик исследованной центробежной ступени МЦК. Определены области значений углов установки лопаток ВНА и ЛД, обеспечивающие одинаковые значения коэффициента расхода для определенного коэффициента напора, оптимальные законы регулирования, обеспечивающие максимальные КПД ступени для различных режимов её работы.
Даны рекомендации по проектированию и оптимальному регулированию газодинамических характеристик ступеней многовальных центробежных компрессоров.
Результаты работы внедрены в ЗАО "НИИтурбокомпрессор им. В.Б. Шнеппа”, ОАО “Казанькомпрессормаш” и используются в учебном процессе на кафедре "Компрессоры и пневмоагрегаты" Казанского государственного технологического университета. •

ОГЛАВЛЕНИЕ

Основные обозначения
Введение
1. МІЮГОВАЛЫ1МЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ КОМПРЕССОРЫ
1.1 Обзор конструкций многовальных центробежных компрессоров
1.1.1 Схемы МЦК
1.1.2 Давления нагнетания и производительности
1.1.3 Ступени компрессора
1.1.4 Газоохладители
1.1.5 Регулирование МЦК
1.2 Современные способы регулирования
центробежных компрессоров
1.2.1 Регулирование изменением характеристики сети
1.2.2 Регулирование параллельным или последовательным подключением нескольких потоков или компрессоров
1.2.3 Регулирование изменением характеристики компрессора . .
1.2.4 Комбинированные способы регулирования
1.3 Моделирование характеристик центробежных компрессоров при различных способах регулирования
1.4 Выводы. Постановка задачи
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЦЕНТРОБЕЖНОЙ СТУПЕНИ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ УГЛОВ УСТАНОВКИ ЛОПАТОК ВНА И ЛД
2.1 Описание экспериментального стенда для исследования ступени
2.2 Методы измерения основных параметров ступени и контрольно-измерительная аппаратура
2.3 Программа, методика проведения и обработки результатов экспериментальных исследований
2.4 Оценка погрешности измеряемых величин и результатов эксперимен-
тальных исследований ...:
2.5 Результаты экспериментальных исследований и их анализ
2.5.1 Влияние изменения угла установки лопаток ВНА на газодинамические характеристики ступени
2.5.2 Влияние изменения угла установки лопаток ЛД на газодинамические характеристики ступени
2.5.3 Влияние одновременного изменения углов установки лопаток ВНА и ЛД на изменение границ устойчивой работы ступени
2.5.4 Построение изолиний напорно-расходных характеристик и КПД при различных комбинациях углов установки лопаток
ВНАиЛД
2.6 Выводы
3. ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА ОСНОВЕ МЕТОДА МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
3.1 Программный комплекс. Принципы построения и общая организация программного комплекса
3.2 Расчетные модули
3.3 Функции и структура диалоговой оболочки
3.4 Математическая модель центробежного компрессора
3.4.1 Основные допущения и схема расчета элементов
3.4.2 Входное устройство
3.4.3 Рабочее колесо
3.4.4 Безлопаточный диффузор
3.4.5 Лопаточный диффузор
3.4.6 Выходное устройство
3.5 Доработки математической модели и программного комплекса
3.5.1 Входной направляющий аппарат
3.5.2 Переходный кольцевой канал

дует отметить также сложность создания компрессора с переменной частотой вращения ротора из-за необходимости отстройки ротора от резонансов во всем диапазоне частот вращения, а не только при расчетной частоте.
Регулирование характеристики изменением геометрии проточной части предоставляет (п.3.2, табл.1.3) достаточно большой выбор способов его осуществления. Сюда можно отнести установку подвижных цилиндрических колец, дисков, ирисовых многолепестковых диафрагм на входе в РК, лопаточных ВРА, поворотных лопаток в РК, поворотных лопаточных диффузоров (ПЛД), лопаточных диффузоров с регулируемой шириной безлопаточного уча-• стка, а также комбинации этих способов. Сущность регулирования изменением
геометрии проточной части заключается [7] в поддержании оптимальных величин углов натекания на входе в лопаточные решетки рабочих колес и неподвижных элементов ступеней при изменениях режима работы компрессора.
Регулирование изменением площади проходных сечений проточной части ступени часто используется [7] для поддержания неизменным угла нате-

кания на входе в лопаточные решетки. Этот принцип, по-видимому, впервые осуществлен заводом "Эрлнкоп" (Цюрих) [86] для регулирования расхода центробежного компрессора. На входе в рабочее колесо установлено регулирующее кольцо, осевым перемещением которого достигается необходимая величина проходного сечения (рис. 1.16а). В этом случае компрессор работает, как будто бы рабочее колесо его выполнено с меньшей высотой лопаток. Кольцо может быть придвинуто к диску рабочего колеса настолько близко, чтобы оставалась небольшая щель, определяемая условиями безопасной эксплуатации компрессора. При этом производительность компрессора может быть снижена [86] до нескольких процентов от номинального без наступления помпажных явлений.
Аналогичного эффекта можно достичь при использовании в качестве регулирующего устройства передвижного диска (рис. 1.166) [7].Отличие заключается в том, что в случае применения кольца (рис. 1.16а) поток газа проходит между кольцом и основным диском колеса, а в случае применения диска (рис. 1.166)