No abstract

The article presents results of applying the methods of computational fluid dynamics for model low-flow rate stages of centrifugal compressors with flow rate coefficient F = 0.028. The computational domain of a model centrifugal compressor for CFD-simulation consists of the following elements: inlet chamber, impeller, vaneless diffuser, return channel, outlet chamber, shaft seal labyrinth, front and back shroud leakage. Full-scale experimental studies were conducted to model stage 028 in air at an inlet pressure of p* = 1 atm. Numerical research for stage 028 held with flow rate coefficient F=(0.019-0.046) for three variants trailing edge of the impeller. According to the results of numerical research are constructed performances of stages centrifugal compressor and conducted verification of results. Estimated discrepancy between the results of numerical researches on the model with shaft seal labyrinth and without shaft seal labyrinth.

No abstract

The study presents the simulation results of the viscid gas flow in low flow coefficient centrifugal compressor stages. The problem is solved in a stationary formulation using the Ansys CFX software package. The numerical simulation is carried out on three ultrahigh-pressure model stages; two stages have blades of the classical type impeller and one stage is of the bodily type. The value of the conditional flow coefficient is 0.0063 to 0.015. As part of the study, block-structured design meshes are used for all gas channel elements, with their total number being equaled as 13–15 million. During the calculations a numerical characteristic was validated with the results of tests carried out at the Department of Compressor, Vacuum and Refrigeration Engineering of Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University. With an increase of inlet pressure as a result of a numerical study, it was found that for a given mathematical model the disk friction and leakage coefficient (1 + βfr + βlk) is overestimated. The analysis of flow in labyrinth seals has shown an increase of total temperature near the discs by 30–50 °С, nevertheless this fact did not influence gas parameters in the behind-the-rotor section. The calculation data obtained with finer design mesh (the first near-wall cell was 0.001 mm) is identical to those obtained with the first near-wall cell 0.01 mm mesh.

Приведены результаты численного исследования влияния эквивалентной песочной шероховатости на характеристики малорасходной ступени центробежного компрессора промежуточного типа. Малорасходные ступени нашли широкое применение в компрессорах высокого давления в качестве последних ступеней. Данные компрессоры применяются для закачки природного газа в пласт, а также в технологических процессах производства метанола, аммиака, полиэтилена высокого давления и пр. Эффективность работы малорасходных ступеней ниже, чем у средне-и высокорасходных ступеней центробежных компрессоров. Это обуславливается тем, что ступени работают при высоком давлении и имеют низкие объемные расходы газа, а, следовательно, обладают узкими каналами проточной части, значительными потерями на трение на ограничивающих поверхностях и протечками в лабиринтных уплотнениях. Математическая модель ступени представлена в виде секторов элементов проточной части. В первой части исследования проводится идентификация математической модели проточной части с результатами испытаний малорасходной ступени. Во второй части исследования проводится моделирование течения вязкого газа при различном задании эквивалентной песочной шероховатости k s всех внутренних поверхностей рабочего колеса. В качестве рабочей среды при моделировании используется совершенный газ N 2 . Рабочее давление на входе ступень 4 атм. В результате исследования получены характеристики ступени при четырех различных значениях k s , проведена оценка потерь в рабочем колесе. Установлено, что при увеличении значений k s не происходит одинакового снижения значений политропного напора и КПД по всей характеристике ступени. Характеристики значительно снижаются в областях больших расходов и слабо изменяются при минимальном расходе. Коэффициент внутреннего напора слабо изменяется, в зависимости от k s .Ключевые слова: математическая модель, центробежный компрессор, рабочее колесо, азот.