Основы совершенствования методов проектирования и унификации центробежных компрессоров различного назначения

• Автор: Юн, Владимир Климентьевич
• Шифр специальности: 05.04.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 448 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Условные обозначения

Введение
Глава 1 Систематические исследования аэродинамики в элементах проточных частей центробежных компрессоров

1.1 Обзор исследовательских работ на НЗЛ

1.2 Классификация аэродинамических схем проточных частей центробежных компрессоров

1.3 Одноступенчатые аэродинамические схемы

1.4 Двухступенчатые аэродинамические схемы

1.5 Многоступенчатые аэродинамические схемы

Заключение к Главе

Г лава 2 Основные уравнения термогазодинамического процесса сжатия в проточных частях центробежных компрессоров
2.1 Характерные области в зоне газообразного состояния на тепловых диаграммах
2.1.1 Обобщенные тепловые диаграммы рабочих веществ
2.1.2 Тепловые диаграммы рабочих веществ углеводородной группы
2.1.3 Тепловые диаграммы холодильных рабочих веществ
2.1.4 Тепловые диаграммы воздуха и его компонентов
2.2 Методы расчета термогазодинамического процесса сжатия реальных газов в проточных частях
2.2.1 Основные уравнения расчёта термодинамических и калорических параметров реального газа
2.2.2 Определение показателя степени при степенной аппроксимации процесса сжатия в проточной части
2.2.3 Термогазодинамический расчёт проточных частей,
сжимающих реальные газы и газовые смеси
2.3 Теплообмен в неохлаждаемых проточных частях центробежных
компрессоров
Заключение к Главе
Глава 3 Методика проектирования центробежных компрессоров на основе аэродинамических и конструктивных схем
3.1 Основы методов проектирования проточных частей центробежных компрессоров
3.2 Проектирование одноступенчатых центробежных
компрессоров
3.3 Проектирование двухступенчатых неохлаждаемых проточных частей или секций
3.4 Проектирование многоступенчатых проточных частей
Заключение к Главе

Глава 4 Повышение эффективности проточной части центробежных компрессоров
4.1 Исследования полнорасходных и низконапорных рабочих
колес
4.2 Повышение эффективности проточной части путем
совершенствования неподвижных элементов
Заключение к Главе
Глава 5 Анализ газодинамических характеристик подобных и одинаковых проточных частей центробежных компрессоров
5.1 Основные отступления от критериев подобия
5.2 Влияние числа Рейнольдса
5.3 Влияние числа Маха
5.4 Влияние различных методик расчета на результат определения
политропного КПД
Заключение к Главе
Глава 6 Основы метода унификации центробежных компрессоров
6.1 Унификация проточных частей
6.2 Унификация узлов и деталей
Заключение к Главе
Глава 7 Опыт эксплуатации центробежных компрессоров различного назначения
7.1 Эксплуатация нагнетателей природного газа
7.2 Эксплуатация воздушных центробежных компрессоров
7.3 Эксплуатация центробежных компрессоров для сжатия
попутного нефтяного газа
Заключение к Главе
Заключение
Список литературы
Приложение
Условные обозначения
а — скорость звука, м/с;
Ъ— ширина канала проточной части, м;
ср - удельная теплоемкость при постоянном давлении, Дж/(кг-К); с- абсолютная скорость газа, м/с; и - окружная скорость вращения, м/с; ут — относительная скорость потока газа, м/с;
О- диаметры контрольных сечений проточной части, м;
£>о - внутренний диаметр расточки покрывающего диска, м;
показатель адиабаты;
/V,-, N — внутренняя мощность и мощность на валу компрессора, Вт; п - число оборотов ротора компрессора, об/мин; т - показатель степени политропного процесса;
X- количество ступеней в компрессоре; у - номер ступени;
/ - угол атаки, удельная энтальпия, Дж/кг;
/г,- - удельная работа сжатия ступени, Дж/кг;
я,„=2>« - удельная затраченная работа компрессора, Дж/кг;

И„ - удельная политропная работа сжатия ступени, Дж/кг;
р - давление газа в проточной части, Па;
рн,рк - начальное и конечное давление компрессора, Па;
Т- температура газа в проточной части, К;
^ - начальная и конечная температуры компрессора, К;
Z - коэффициент сжимаемости; г- число лопаток;
гл - число гребней лабиринтного уплотнения;
5Г — радиальный зазор в лабиринтном уплотнении, м;
а- угол потока в абсолютном движении в соответствующих сечениях, град;

в) Канальные диффузоры.
Канальные диффузоры (КД) распространены в центробежных насосах. Первые попытки использовать их в компрессорных машинах, изготовленных более 50 лет назад, оказались успешными. Недостатком КД являлись их радиальные габариты (Д,/Д = 1.8ч-2.2), существенно большие, чем в ступенях с ЛД обычного типа. После того, как на НЗЛ были отработаны конструкции ЛД с Д4/Д3 = 1.56, не уступающие по экономичности канальным, КД стали вытесняться лопаточными, особенно после того, как было показано, что и при малых углах выхода лопаток колеса КД не позволяют получить более высокие КПД ступени, чем лопаточные. Результаты исследования течения и потерь в КД содержатся в нескольких работах завода, в которых приведены поля скоростей и давлений в нескольких сечениях такого диффузора. Исследование течения газа в КД позволило выяснить поведение потока в канале и установить зависимости потерь на отдельных участках канала от режима работы ступени. Полученные данные способствовали построению теории расчёта течения на участке косого среза КД. Однако, развитие и применение КД в проточных частях ЦКМ не нашло широкого применения ввиду трудоемкости их изготовления и небольшого выигрыша эффективности по сравнению с ЛД.
Исследование обратных направляющих аппаратов.
Обратные направляющие аппараты располагаются за диффузорами, следовательно, скорости потока перед ОНА невелики, в 1,5 *2,5 раза меньше, чем перед диффузором. Поэтому прежде считалось, что потери в ОНА не могут быть существенными. Хотя скорости потока перед ОНА действительно невелики, коэффициенты потерь ОНА оказываются высокими, их значения достигают 0,6 + 0,9 ив 4-г-6 раз превосходят коэффициенты потерь диффузоров. Поэтому потери энергии в ОНА соизмеримы с потерями энергии в диффузорах или рабочих колёсах. Около 40% потерь в ОНА составляют потери в кольцевом колене, расположенном между диффузором и лопатками ОНА. Пути снижения этих потерь пока не ясны, хотя некоторые соображения по уменьшению зоны