Введение к работе
Актуальность темы. Холодильная техішка играет важную роль в современной экономике, науке и оборонной технике. Имеется устойчивая потребность в новых типах компрессорных установок, в частности, в связи с внедрением озонобсзопасных хладагентов. Развитие газовой динамики центробежных компрессоров - основного элемента крупных холодильных установок - позволяет повысить общие показатели этих установок. Сказанное вьпне говорит о необходимости создания инструмента для оптимизации центробежных компрессоров указнного типа и отдельных ступеней как составляющих элементов компрессора.
На газодинамическое совершенство проточной части при заданных параметрах рабочего тела на входе влияет его конкретная форма, определяемая достаточно большим количеством геометрических соотношений. К ним относятся густота и удлинение лопаточных решеток, форма профилей в различных по высоте лопатки сечениях и их взаимное расположение, очертания ограничивающих поверхностей осесимметричных лопаточных и безлопаточных элементов в меридиональной плоскости, форма неосеоимметричных входных и выходных патрубков. Если учесть, что формы аэродинамических профилей могут быть бесконечно многообразны, и в некоторых случаях (трапе- и сверхзвуковые потоки) даже небольшое изменение формы влечет сильное изменение газодинамического качества то следует признать, что при оптимизации проточной части приходится иметь дело с очень большим количеством независимых переменных - параметров оптимизации. Цель работы состояла в создании методики оптимального проектирования центробежного компрессора применительно к холодильной технике, позволяющем значительно ускорить процесс проектирования и оптимизации компрессоров, указанного типа и отдельных его ступеней, т.к. общепризнанным способом оптимизации турбомашин является сопоставление различных вариантов их. исполнения. Если речь идет об оптимизации проточной части по. количеству геометрических соотношений, равному n , то строго говоря, необходимо сопоставить от 10" до 100" вариантов. Для этого была создана новая математическая модель потерь в ступени центробежного компрессора, базирующаяся на обобщении экспериментальных данных и методика проектирования центробежного компрессора холодильной установки, базирующаяся на созданных ранее на кафедре КВиХТ СПбГТУ,
2 при активном участии автора, программах оптимального проектирования центробежных компрессоров. Научная новизна Основные положения которые выносятся на защиту.
1. Разработана принципиально новая математическая модель потерь в ступени
центробежного компрессора, позволяющая определить с достаточной степенью
точности потери в ступени центробежного компрессора, использующего в качестве
рабочего тела хладоагент, имеющий чрезвычайно низкое значение показателя
адиабаты, и работающего при достаточно высоких, иногда больших единицы числах
Маха.
2. Разработана оригинальная методика определения коэффициента теоретического
напора на нерасчетных режимах и соответственно новый метод расчета характеристики
ступени центробежной ступени.
-
Проведена идентификация новых моделей потерь и теоретического напора по большому количеству ступеней, экспериментально исследованных разработанных организациями занимающимися разработкой холодильных ЦК.
-
Разработана программа оптимального проектирования центробежного компрессора, входящего в состав холодильной установки.
Практическая значимость работы состоит в создании комплекса программ оптимизации центробежных компрессоров холодильных установок и в разработке ряда алгоритмов, пригодных к использованию в имеющихся программах оптимального проектирования центробежных компрессоров, применительно не только к холодильной, но и к прочим областям применения центробежной компрессорной техники. Модель может быть перестроена под решение практически любых задач оптимизации центробежных компрессорных ступеней, путем идентификации по результатам испытаний ступеней того или иного типа, которая в данном случае была проведена по большому количеству ступеней, испытанных на различных хладоагентах во ВНИИХолодМаше и на кафедре холодильных машин и низкопотенциальной энергетики Санкт-Петербургской Академии холода и пищевых технологий.
В настоящее время комплекс программ передан во ВНИИХолодМаш, для использования в практике проектирования центробежных компрессоров холодильных установок.
В результате работы сделан ряд изменений, связанных с расчетом безлопаточных диффузоров и концевых элементов в имеющихся на кафедре КВиХТ СПбГТУ программы, которые используются в проектной практике и учебном процессе. Апробация работы Основные результаты работы, связанные с особенностями моделирования холодильных центробежных компрессоров докладывались на
конференции "Научно-технические и производственные проблемы холодильного компрессоростроения", проходившей в СПбГТУ в октябре 1997 года. Публикации Непосредственно по теме работы выпущен хоздоговорный отчет и тезисы доклада на конференции "Научно-технические и производственные проблемы холодильного компрессоростроения", проходившей в СПбГТУ в октябре 1997 года. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из восьми глав и списка литературы из 56 наименований. Работа изложена на 176 страницах печатного текста, содержит 43 рисунка и 2 таблицы.