Совершенствование методов расчёта газодинамических сил и динамических напряжений, действующих на рабочие колеса центробежных компрессоров

Диссертационная работа посвящена научной проблеме исследования и расчета осевых, радиальных и циркуляционных сил, переменных газодинамических нагрузок, напряжений и их частот, действующих на рабочие колеса (РК) и ротор центробежных компрессоров (ЦК) высокого давления и определяющих их надежность и экономичность. На основе анализа конструкций ЦК определены четыре характерные формы боковых зазоров между дисками закрытых РК и корпусом, соответствующие расходности ступени, в которых выполнено исследование течения численными методами в широком диапазоне изменения относительной закрутки потока за РК. Результаты исследования позволяют определить распределение давлений и скоростей по радиусу в боковых зазорах и далее осевые силы, действующие на закрытые и полуоткрытые РК. Получены граничные распределения давлений и скоростей по окружности за РК, необходимых для расчета радиальных сил, и на входе в межсекционные лабиринтные уплотнения, необходимые для расчета циркуляционных сил, действующих на ротор. С использованием результатов проведенных исследований усовершенствованы методы и разработаны компьютерные программы расчета осевых, радиальных и циркуляционных сил в ЦК. Разработан комплексный метод оценки динамических напряжений, действующих на РК, включающий в себя определение: переменных давлений, действующих на диски РК; изменения расхода и давлений в канале РК за один оборот; номеров гармоник и частот возмущающих газодинамических нагрузок на периферии РК; собственных частот и форм колебаний РК; статических и динамических напряжений в РК по методу конечных элементов; запаса прочности по статическим и динамическим напряжениям. Усовершенствованные методы и разработанные программы расчета позволяют конструктору рассчитать осевые, радиальные и циркуляционные силы, переменные газодинамические нагрузки, напряжения и их частоты, действующие на РК и роторы ЦК, на этапах проектирования и эксплуатации.