ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОЭЛЕМЕНТНОГО РАСЧЕТА ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА

Газодинамические характеристики компрессора позволяют оценить его энергетические и экономические свойства, прогнозировать значения производительности, создаваемого давления газа, потребляемой мощности в процессе регулирования компрессора во время его эксплуатации. Для более углубленного рассмотрения работы компрессора желательно иметь также характеристики его отдельных ступеней. Поэлементный анализ характеристик каждой ступени позволяет улучшить согласование работы отдельных элементов между собой и за счет этого достичь улучшения газодинамических характеристик компрессора.

Величинами, характеризующими свойства отдельных элементов ступени, могут служить коэффициент потерь и коэффициент восстановления. Коэффициенты и пригодны для оценки энергетических свойств любого элемента проточной части. Для оценки влияния рассматриваемого элемента на экономичность ступени необходимо установить, какую долю работы, затрачиваемой на сжатие, составляют “потери” энергии в данном элементе, т.е. найти величину снижения к.п.д. ступени вследствие диссипации энергии в тепло в рассматриваемом элементе. Несмотря на некоторую условность в определении собственных качеств того или иного элемента проточной части вне его связи с характеристиками ступени, в которой используется данный элемент, поэлементный анализ работы компрессора может быть мощным средством для совершенствования его проточной части. Создание программного обеспечения поэлементного расчета газодинамических характеристик центробежного компрессора, несомненно, является актуальным.

Для рабочего колеса, лопаточного диффузора и обратно-направляющего аппарата в качестве характеристики приняты зависимости коэффициентов потерь от угла атаки. Для безлопаточного диффузора и выходного устройства – зависимость коэффициента потерь от угла потока в абсолютном движении в сечении 3-3 и 4-4 соответственно.

Расчет газодинамических характеристик компрессора выполняется последовательно от входного патрубка до выходного с использованием уравнений состояния, процесса, неразрывности и сохранения энергии. Исходными данными являются геометрические параметры компрессора, состав и начальные параметры сжимаемого газа, частота вращения ротора, задается количество расчетных режимов работы компрессора по расходу (обычно не более10). Программа предоставляет пользователю возможность выбора способа определения характеристик элементов ступени:

- используются обобщенные характеристики;

- характеристики задаются по усмотрению пользователя (например, из собственного банка данных).

Ниже приведены значения коэффициентов потерь элементов проточной части центробежного компрессора, которые получены путем обобщения литературных данных [1, 2, 3, 4] (обобщенные характеристики). Коэффициент потерь на начальном участке безлопаточного диффузора определяется согласно рекомендациям профессора Галеркина Ю.Б.[1].

Обобщенные характеристики элементов ступени:

Потери на начальном участке диффузора (участок 2-3), и для лопаточного диффузора (в исходных данных задается кодом - 1), и для безлопаточного диффузора (в исходных данных задается кодом - 2), определяются по одной и той же зависимости. В случае безлопаточного диффузора разделение диффузора на начальный и основной участок производится условно. Значение D3/D2 следует задавать в этом случае из диапазона величин 1,1 – 1,15.

С помощью программы Microsoft Excel обработаны приведенные в таблицах данные и получены аппроксимирующие функции. Графики зависимостей коэффициентов потерь от расходного параметра для рабочего колеса, безлопаточного и лопаточного диффузора, обратно-направляющего аппарата и сборной камеры показаны на рисунках 1 – 6. Полученные аппроксимирующие функции используются при выполнении расчетов, когда пользователь программного обеспечения выбирает вариант – «обобщенные характеристики элементов ступени».

Был выполнен расчет компрессора 16ГЦ2-340/60-85М, при работе на природном газе с угловой скоростью 534 р/с. Компрессор двухступенчатый с углом лопаток рабочего колеса, диффузоры – лопаточные, выходное устройство – сборная камера.

Экспериментальные и расчетные характеристики компрессора представлены на рисунке 7. Можно видеть их хорошее совпадение.

Программа написана на языке Turbo Pascal (версия 7). Программа включает в себя: файл исходных данных ISX.txt.; exe - файл ; файл результатов OUT.txt.

Был выполнен расчет газодинамических характеристик компрессора 16ГЦ2-340/60-85М. Компрессор двухступенчатый, рабочие колеса имеют выходной угол, диффузоры – лопаточные. Расчетные и экспериментальные характе-ристики компрессора показаны на рис.7. Можно видеть хорошее их совпадение за исключением режима работы компрессора с наибольшей производительностью.

Для любого расчетного режима работы компрессора по указанию пользователя предоставляется информация о работе каждого элемента ступени. Эта информация может быть использована для улучшения согласования работы отдельных элементов между собой.

По результатам расчета можно определить, что элементы проточной части компрессора 16ГЦ2-340/60-85М работают наиболее согласованно на 4-ом режиме ( ). На рис.8 представлены данные, позволяющие определить насколько согласованы между собой режимы работы элементов ступеней компрессора, режимы работы элементов указаны. Коэффициенты потерь элементов 1-ой ступени компрессора близки к минимальным, а для елементов 2-ой ступени имеется возможность снижения значений коэффициентов потерь (увеличения к.п.д.). Для этого нужно уменьшить угол атаки на входе в рабочее колесо на 3-40, увеличить угол потока до 200, уменьшить угол атаки на входе в лопаточный диффузор на 4-50. Корректировка размеров проточной части, которая обеспечивает требуемые изменения параметров потока, может быть выполнена различными способами. Например, можно достичь этого за счет уменьшения ширины проточной части.

Очевидно, что использование программного обеспечения поэлементного расчета центробежного компрессора позволяет улучшать его газодинамические характеристики, т.е. повышать экономичность.

Труды XIII международной научно-технической конференции по компрессоростроению. Сумы 2004