Чисельне моделювання та оптимізація газодинамічних і вібраційних характеристик турбокомпресорів газоперекачувальних агрегатів та їх вузлів

Abstract

Об’єкт дослідження: газодинамічні і вібраційні характеристики турбокомпресорів та їх вузлів. Предмет дослідження: чисельні (розрахункові) моделі газодинамічних процесів у проточній частині турбокомпресорів та їх вузлів і вібраційного стану агрегату, визначення причин динамічної нестійкості. Мета роботи – підвищення ефективності роботи турбокомпресорів газоперекачувальних агрегатів за рахунок чисельного аналізу та оптимізації їх газодинамічних та вібраційних характеристик. Методи дослідження – обчислювальний експеримент за допомогою методів скінченних елементів і об’ємів, методи оптимізації газодинамічних та вібраційних характеристик турбокомпресорів та їх вузлів. Компресорна техніка застосовується для стиснення газів в хімічній, нафтовій, газовій, машинобудівній промисловості, а також на транспорті, в металургії, геології, геодезії, будівництві, агропромисловому комплексі. Залежно від області застосування істотно розрізняються робочі характеристики і конструкція компресорів. Турбокомпресори використовуються при здобичі газу, для його транспортування, підготовки до транспортування і при зберіганні. Виробництво турбокомпресорів в розвинених промислових країнах росте на 8–10% щорічно. Застосування компресорів в сучасній економіці - це могутній засіб інтенсифікації технологічних і енергетичних процесів. Турбокомпресори споживають дуже велику кількість енергії. Наприклад, перекачуючи величезну кількість газу, відцентрові компресори Газпрому вимагають для їх приводу палива на 3,5 млрд. доларів на рік. Прямий шлях зниження цих витрат - підвищення к.к.д. компресорів, який визначається 4 технічним рівнем газодинамічного проекту, тобто вибором оптимальної форми проточної частини. Трудність газодинамічного проектування турбокомпресорів пов'язана з виключно складним характером руху газу в проточній частині. Звичайна практика - експерименти з моделями, випробовуваними на спеціальних дослідницьких стендах, що дуже дорого і при недостатньо продуманій програмі експериментів не гарантує отримання найкращого рішення. Тому створення нових і вдосконалення існуючих ступенів відцентрових турбокомпресорів на даному етапі можливе тільки при використанні сучасних розрахункових методів обчислювальної газодинаміки, які дозволяють моделювати течію з достатньо високою точністю, надійністю і ступенем адекватності відображення реальної картини течії. Застосування методів обчислювальної газодинаміки дозволяє виконати чисельну оптимізацію проточної частини турбокомпресора, форми зазору і конструкцій підшипників, розвантажувальних пристроїв, шпаринних, торцевих та лабіринтних ущільнень, та підвищити газодинамічну ефективність та вібраційні характеристики турбокомпресора у цілому. Крім того, виникає необхідність розробки принципово нових конструкцій проточних частин та вузлів, що забезпечать економію енергії та перекачуваних продуктів, а також екологічну безпеку компресорного обладнання. В даній роботі вирішуються наступні практичні задачі: покращення газодинамічних характеристик проточної частини, герметичності та вібронадійності; розв’язання задачі газотермопружності для вихлопного тракту газоперекачувального агрегату; розв’язання задачі «ротор-статор» для течії газу у проточній частині ступені відцентрового компресора; розв’язання задачі течії рідини та газу у каналах підшипників ковзання, ущільнень та розвантажувальних пристроїв з урахуванням прецесійного руху, радіальних і осьових коливань валу, визначення жорсткостей та демпфірувань, та аналіз їх впливу на динаміку ротора; 5 розробка методик та комп’ютерних програм інженерного розрахунку вузлів турбокомпресора. Рекомендації по використанню результатів роботи і галузь застосування - методики чисельного розрахунку газодинамічних та вібраційних характеристик турбокомпресорів та їх вузлів можуть використовуватися підприємствами насосного і компресорного машинобудування при розробці нових та модернізації існуючих конструкцій відцентрових машин, що використовуються на енергетичних блоках ТЕС і АЕС, системах видобудування і транспортування енергоносіїв для підвищення їх надійності, економічності та екологічної безпеки. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/27224