Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие общего и энергетического машиностроения, химической, нефтехимической и других отраслей промышленности привело к необходимости создания компрессорных машин общего назначения, сжимающих воздух от атмосферного давления до давлений 1...1,5 МПа. Среди различных типов компрессоров, используемых для этой цели, в настоящее время наибольшее применение получили многовальные мультишш-каторные центробежные компрессоры (МЦК). Свыше 26 зарубежных фирм изготавливают н поставляют такие компрессоры производительностью от 30 до 5000 м /мин на давление нагнетания до 5 МПа. В России и странах СНГ производство многовальных мультипликатор-ных центробежных компрессоров в полной мере освоено лишь на ОАО "Казанькомпрессормаш", что объясняется главным образом технологическими причинами.
Компрессоры мультипликаториой схемы имеют ряд неоспоримых преимуществ - возможность применения осевого входа газа для всех ступеней и выполнения оптимальных геометрических соотношений в каждой ступени, а также выбора оптимальной частоты вращения рабочих колес, что, наряду с охлаждением газа после каждой ступени, позволяет достичь достаточно высокого уровня КПД
В силу принимаемых проектных решений, определяемых стремлением получить заданное давление нагнетания меньшим числом ступеней, и, как следствие, применением высоконапорных рабочих колес, МЦК имеют достаточно крутую газодинамическую характеристик}' и относительно невысокий запас устойчивой работы. Поддержание заданного конечного давления при расходах меньших расчетного и постоянных частотах вращения роторов производится в основном дросселированием газа на линии всасывания и байпасным сбросом с линии нагнетания, что является весьма неэкономными способами регулирования.
Применение эффективных способов расширения диапазона регулирования и повышения КПД на нерасчетных режимах работы существенно уменьшает расход потребляемой электрической энергии, т.к. значительную часть времени (не менее 50%) эти машины работают на этих режимах. Поэтому научно-исследовательские и конструкторские работы, направленные на решение этой задачи, являются весьма актуальными.
Настоящая работа выполнена в соответствии с приоритетными направлениями фундаментальных и прикладных исследований по реализации федеральной целевой программы "Энергосбережение России", утвержденной постановлением Правительства Российской федерации от 24 января 1998 года, а также с решениями VI 1-Х 11 Международных конференций по компрессоростроению.
Цель работы. Исследование влияния' углов установки лопаток входного направляющего аппарата (ВНА) и лопаточного диффузора (ЛД) на газодинамические характеристики ступени МЦК и повышение ее эффективности при работе на нерасчетных режимах регулированием производительности поворотом лопаток ВНА и ЛД. Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
проведен анализ конструкций и способов регулирования характеристик ЦК и МЦК;
создан экспериментальный стенд, разработаны программа и методика исследования газодинамических характеристик центробежной ступени МЦК;
получены газодинамические характеристики ступени МЦК при различных сочетаниях углов установки лопаток ВНА и ЛД;
проведен анализ результатов экспериментальных исследований и определен
графически закон оптимального регулирования ступени МЦК одновременным поворотом
лопаток ВНА и ДД;
і РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ
БИБЛИОТЕКА
СПетервуаггУл \
\ 09 ЮО^ак^Г^'
усовершенствована математическая модель центробежного компрессора применительно к ступеням МЦК;
выполнена идентификация математической модели и произведено обобщение результатов экспериментальных исследований;
получен с применением усовершенствованной математической модели закон оптимального регулирования ступени МЦК при одновременном повороте лопаток ВНА и ЛД
разработаны рекомендации по проектированию и оптимальному регулированию ступеней МЦК.
Научная новизна. В процессе исследования получены новые научные результаты по вопросам регулирования мульгипликаторных центробежных компрессоров. Основные положения диссертации, научная новизна которых защищается:
результаты экспериментальных исследований влияния углов установки лопаток ВНА и ЛД на газодина мические характеристики ступени МЦК и условия оптимального регулирования производительности ступени при одновременном повороте лопаток ВНА и
ДЦ;
усовершенствованная математическая модель центробежного компрессора, учитывающая особенности рабочего процесса регулируемого МЦК, идентифицированная по полученным экспериментальным данным;
закон регулирования ступени с ВНА и ЛД, определяющий взаимную зависимость положения лопаток ВНА и ЛД при оптимальном регулировании, полученный на основе обобщения результатов экспериментальных исследований с использованием усовершенствованной математической модели;
методика проведения сравнительного анализа и обоснованного выбора способа регулирования для работы в заданном диапазоне производительностей с применением коэффициента использования сжатого газа.
При проведении исследований использованы с целью расширения области эффективной работы ступени МЦК технические решения по патенту автора №2194125 от 17.10.2001г.
Достоверность полученных результатов обеспечивается:
-
Применением аттестованных измерительных средств, апробированных методов измерений с оценкой их погрешностей и воспроизводимостью результатов при проведении экспериментальных исследований;
-
Применением при разработке и совершенствовании математической модели фундаментальных законов сохранения массы вещества, количества движения, энергии, а также строгостью используемого математического аппарата;
-
Идентификацией математической модели по результатам экспериментальных исследований центробежной ступени;
-
Сравнением результатов расчетных и экспериментальных данных.
Практическая ценность. Доработанная и идентифицированная математическая модель, а также полученный на основе анализа характеристик закон оптимального регулирования поворотом лопаток ВНА и ЛД, рекомендации по проектированию обеспечивают создание новых эффективных конструкций МЦК. и позволяют провести их оптимизацию.
Результаты работы используются:
в ЗАО "НИИТурбокомпрессор" и ОАО ''Казанькомпрессормаш" в виде расчетно-исследоватсльских программ при создании новых и типовых конструкций мультипликатор-ных центробежных компрессоров;
в учебном процессе кафедры компрессоров и пневмоагрегатов Казанского государст-
венного технологического университета, что подтверждается соответствующими актами.
Апробации работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на VII Всесоюзной научно-технической конференции по компрессоро-строеиию (Казань, 1985); X и XI1 Международных научно-технических конференциях по компрессоросгроению (Казань, 1995, 2001), отчетных научно-технических конференциях Казанского государственного технологического университета (Казань, 2000-2002).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 2 патента РФ, 2 свидетельства на промышленный образец и одна монография.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем диссертации составляет 197 страниц, в том числе 119 рисунков, 9 таблиц, расположенных по тексту. Список литературы включает 106 наименований.
