Центр Национальной технологической инициативы «Новые производственные технологии» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого: Разработка методики цифрового проектирования проточных частей промышленных центробежных компрессоров (часть 2)

Объект разработки – математические модели первичного проектированя центробежных компрессоров, модели расчета газодинамических характеристик центробежных компрессоров и компрессорных ступеней. Цель работы. Разработка методики цифрового проектирования проточных частей промышленных центробежных компрессоров, Усовершенствование математической модели первичного проектирования центробежных компрессорных ступеней и определения их основных размеров. Усовершенствование модели расчета параметров потока в центробежной компрессорной ступени, объединение всех разработанных программ в единый комплекс. Методология работы. Численные исследования выполнены при помощи CFD-расчетов, невязких квахитрехмерных расчетов, расчетов математическими моделями. Результаты расчетов были обобщены при помощи метода регрессивного анализа, апроксимированы с целью получения соответсвующих зависимостей. При создании математических моделей использованы квазитрехмерный подход и применен метод газодинамических функций. 4 Результат работы и ее новизна. Результаты работы – разработанная методиа цифрового проектирования промышленных центробежных компрессоров, компьютерные программы «Рабочее колесо 3D», «Чертеж центробежной компрессорной ступени», собранные в единую методику цифрового проектирования. Новозна заключается в применении современных совешренных математических моделей расчета и проектирования центробежных компрессоров и в том, что впервые отдельные программы, решающие различные задачи проектирования нового компрессора собраны в единый комплекс. Основные конструктивные, технико-эксплуатационные характеристики. Компьютерные программы предназначены для предварительного проектирования многоступенчатых дозвуковых центробежных компрессоров и компрессорных ступеней и расчета их газодинамических характеристик. РХЦК позволяет так же рассчитывать параметры опорных и упорных подшипников, размеры думмиса. Имеется возможность пересчитывать характеристики компрессора при различных условиях эсплуатации (изменении параметров газа, частоты вращения ротора и т.д.) Степень внедрения. Компьютерные программы разработаны, прошли тестовую проверку на отсутствие ошибок. Математичевские модели, лежащие в их основе, прошли идентификацию и верификацию. В результате идентификации математической модели получен единый набор эмпирических коэффициентов, позволяющие рассчитывать характеристики КПД со средней погрешностью 1,0 %. Для расчетного режима средняя погрешность равна 0,513 %. Средняя погрешность расчета характеристики КПД модельных ступеней с БЛД и ОРК по пяти точкам равна 1,55 %, для расчетного режима средняя погрешность равна 0,89 %. Программы были использованы при проектировании серии модельных ступеней, одна из которых была испытана на экспериментальном стенде ЭЦК-55. Программы применены при 5 газодинамическом проектировании двух центробежных компрессоров для турбодетандерных агрегатов, которые изготовлены и испытаны. Рекомендации по внедрению или итоги внедрения результатов НИР. Разработанная единая методика цифрового проектирования успешно применяется при выполнении газодинамических проектов новых компрессоров в интересах Заказчиков (АО «Турбохолод», АО «НПО «Турботехника» и т.д.). Результаты примемо-сдаточных испытаний подтвердили проектные характеристики компрессоров. Эти результаты внедрены СПбПУ и могут быть так же использованы при создания цифровых двойников центробежных компрессоров. Область применения. Разработаные программы предназначены для расчета и проектирования центробежных компрессоров и компрессорных ступеней на заданные параметры проектирования. Решается весь комплекс задач, от предварительного проектирования и сопоставления различных вариантов исполнения компрессоров до расчета семейства газодинамических характеристики компрессора при различных условиях эксплуатации и построения 3Д модели рабочего колеса и чертежей проточной части. Экономическая эффективность или значимость работы. Работа является частью комплексного проекта и является необходимой частью для обеспечения эффективности проекта в целом. Применение разработанных программ позволит удешевить и ускорить создание новых компрессоров. Прогнозные предложения о развитии объекта исследования. Лежащие в основе разработанных программ математическме модели будут верифицированы по результатам испытаний серии модельных ступеней на стенде ЭЦК-55 и, при необходимости, будту откорректированы. Рассмотрены походы к призодству промышленных центробежных компрессоров и их элементов при помощи 3Д печати. Проанализированы варианты расположения элементов проточной части центробежного компрессора на платформе 3Д принтера при их изготовлении. Выработаны 6 рекомендации по изготовлению центробежных компрессоров с использованием 3Д печати.