ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА В ОСЕВОМ

Международный Научный Институт "Educatio" V (12), 2015
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
20
6
200
5,8
y = -0.18x + 6.18
R2 = 0.8248
5,6
Титруемая кислотность
250
Активная кислотность
6,2
150
100
5,4
50
5,2
5
0
0,5
1
1,5
2
Доза закваски
Активная кислотность, рН
Титруемая кислотность, 0Т
Линейная (Активная кислотность, рН)
Линейная (Титруемая кислотность, 0Т)
Рисунок 3. Физико-химические показатели сыра «Адыгейский в зависимости от дозы вносимой закваски
Таким образом, была выбрана количество закваски
на обезжиренном молоке в количестве 0,5-1,5%. В результате сыр по органолептическим свойствам имеет хорошо
выраженный кисломолочный вкус, плотную консистенцию и светло-бежевый цвет. Было выбрано количество закваски в количестве 0,5-1,5%, в результате активная и титруемая кислотность находятся в оптимальном соотношении.
Список литературы
1. Оноприйко А.В., Малашенко А.А. Подсырная сыворотка в качестве ферментно-бактериальной закваски // Сыроделие и маслоделие, 2001.-№5.-10 с.
2. Шингарева Т.И., Хотомцева М.А. Исследование
параметров термокислотной коагуляции при производстве сыра // Хранение и переработка сельхозсырья, 2001. -№9. - 22 с.
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА В ОСЕВОМ КОМПРЕССОРЕ ГТК-10-4
Винтер Михаил Юрьевич
студент Уральского Федерального университета
Седунин Вячеслав Алексеевич
канд. техн. наук, доцент Уральского Федерального Университета
RESEARCH OF THE WORKING FLUID FLOW IN THE AXIAL COMPRESSOR GTK-10-4
Vinter Mikhail, Student of the Ural Federal University, Sedunin Vyacheslav, Candidate of Science, associate professor of the
Ural Federal University, Yekaterinburg
АННОТАЦИЯ
В качестве объекта исследования был выбран высоконагруженный десятиступенчатый осевой компрессор с
входным направляющим аппаратом. Исходная модель компрессора, спроектированная в начале 1970-х годов, имеет
коэффициент нагрузки по среднему радиусу порядка 0,35, а для корневого сечения первых ступеней около 0,6.
ABSTRACT
As an object of an investigation we selected a 10-staged high-loaded axial compressor with an inlet guide vanes. The
initial model of the compressor designed in the early 1970s has a capacity factor of the middle radius of about 0,35, and of the
hub section of the first stages of about 0,6.
Ключевые слова: осевой компрессор, проектирование и расчёт компрессора.
Keywords: axial compressor, engineering and design of the compressor.
Осевые компрессоры являются многоступенчатыми лопаточными ступенями сжатия. В каждой ступени
воздуху (газу) сообщается энергия в виде скорости и давления, причём кинетическая энергия сразу преобразуется
в энергию давления. От центробежных компрессоров они
отличаются более высокими окружными скоростями и более узким диапазоном рабочих режимов.
Кроме газотурбинных установок (ГТУ), авиационных и судовых газотурбинных двигателей (ГТД), они широко применяются в качестве дутьевых машин в различ-
Международный Научный Институт "Educatio" V (12), 2015
ных производственных процессах, например, при выплавке чугуна, в производстве слабой азотной кислоты и
т.п. В нашей стране наибольшее распространение получили осевые компрессоры в составе газотурбинных перекачивающих агрегатов (ГПА) и энергетических ГТУ. Рабочим телом для них является воздух.
На компрессорных станциях российских газопроводов работает более трёх тысяч ГПА с газотурбинным
приводом стационарного или транспортного типа. Осевые
компрессоры (ОК) являются наиболее крупной составной
частью приводных ГТУ и конвертированных ГТД, применяемых для привода центробежных нагнетателей природного газа (ЦН). Потребляемая ОК мощность приблизительно в два раза превышает мощность для привода ЦН и
составляет около двух третей выполняемой турбиной работы суммарно в двух или трёх отсеках. Она зависит от
отношения давлений в цикле, КПД турбомашин, температуры газа перед турбиной и воздуха перед компрессором.
Большая величина мощности, потребляемой ОК, определяет важность достижения и поддержания в эксплуатации
высокого КПД ОК, который в первую очередь зависит от
совершенства лопаточного аппарата, удельной быстроходности, конструкции статора и ротора компрессора в
целом, степени сжатия и др.[1]
Начальные параметры для компрессора:
№
ρ
№
ψ
φ
1
0,50
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
21
 Давление воздуха перед компрессором: Р0 = 99
кПа;
 Температура воздуха перед компрессором: Т0 =
288 К;
 Расход воздуха через компрессор: G = 86 кг/с;
 Частота вращения ротора: n = 5220 об/мин;
 Степень повышения давления: πК = 4,46;
 Показатель адиабаты для воздуха: k = 1,4;
 Газовая постоянная: R = 287 Дж⁄(кг ∙ К).
Также для расчета использованы меридиональные
обводы для каждого венца проточной части, которая состоит из входного направляющего аппарата (ВНА) и десяти ступеней, каждая из которых представляет собой совокупность рабочего колеса (РК) и направляющего аппарата (НА).
На первом этапе определены основные исходные
параметры: скорости потока и окружные скорости, коэффициенты потерь, коэффициент напора, коэффициент
расхода и распределение работ по ступеням (Табл. 1-2).
В первой ступени совершается работа: h1=20,19
кДж/кг; в средних ступенях: h2-9=18,35 кДж/кг; в последней ступени: h10=16,52 кДж/кг. А в качестве закона закрутки был выбран закон постоянства степени реактивности по высоте лопатки.
Распределение степени реактивности по ступеням
2
3-4
0,55
0,60
Таблица 1
5-9
0,75
Распределение коэффициентов напора и расхода по ступеням в среднем сечении
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0,398
0,363
0,355
0,349
0,341
0,339
0,342
0,345
0,349
0,510
0,472
0,463
0,454
0,456
0,450
0,441
0,436
0,426
Второй этап включает детальный расчет компрессора по среднему диаметру. На этом этапе произведен
расчет газодинамических, кинематических характеристик
и геометрических параметров.
На третьем этапе рассчитывается закрутка лопаток
компрессора и производится детальный расчет газодинамических, кинематических характеристик на специально
заданных семи сечениях по высоте пера лопатки.
Целью расчёта являлось получение углов входа и
выхода из РК в относительном и абсолютном движениях
(β1i, β2i, α1i, α2i) по высоте каждой ступени.
10
0,79
Таблица 2
10
0,317
0,428
Из таблицы видно, что первая ступень является
наиболее нагруженной, в связи с чем для неё была выбрана степень реактивности: ρ1=0,50. Последняя же ступень наоборот является разгруженной с выбором соответствующей высокой степени реактивности: ρ10=0,79.
По известным диаметрам и углам выхода и выхода
из РК потока рабочего тела осуществляется профилирование венцов по семи сечениям с помощью стандартного
распределения толщины NACA 65 (Рис. 1).
Рис. 1 – Цилиндрическое сечение проточной части.
Данные о геометрии венцов загружаются в
TurboGrid с помощью трех заранее созданных текстовых
файлов с расширением *.curve (Рис. 2):
hub.curve – содержит координаты, описывающие
втулочный меридиональный обвод; shroud.curve - содержит координаты, описывающие периферийный меридиональный обвод;
profile.curve - содержит координаты, описывающие
сечения лопатки в нескольких контрольных сечениях.
Для расчета количества лопаток для каждого венца
задана густота на среднем диаметре b/t=1,4 (Табл. 3).
После построения лопаток каждого венца в отдельности их координаты переносятся в раздел Setup программы CFX, в которой происходит построение модели
проточной части компрессора (Рис. 3).
В меню Component Definition необходимо определить из каких частей состоит исследуемая турбомашина,
в какой последовательности они располагаются, и указать
предварительно созданные файлы, содержащие конечноэлементные модели. Здесь также определяются основные
параметры расчетных моделей.
Международный Научный Институт "Educatio" V (12), 2015
Расчетная модель ступени осевого компрессора состоит из следующих компонентов: неподвижного ВНА,
вращающегося РК, неподвижного НА.
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
22
После этого начнется выполнение расчета. Внешний вид окна программы CFX-SolverManager в процессе
расчета показан на рис. 4. В левой части отображается график изменения невязок в процессе расчета.
Рис. 2 – Результат построения профиля и генерации сетки лопатки ВНА
№
РК
НА
ВНА
1
28
36
2
33
38
Распределение числа лопаток по венцам компрессора
3
4
5
6
7
32
31
27
27
26
39
43
46
45
45
50
Рис. 3 – Проточная часть компрессора
Рис. 4 – График сходимости погрешностей расчёта
8
26
45
Таблица 3
9
25
45
10
24
46
Международный Научный Институт "Educatio" V (12), 2015
Обработка результатов расчета, полученных с помощью расчетной модели течения газа в ступени осевого
компрессора, созданной по рекомендациям в предыдущих
разделах, осуществляется в программе ANSYS CFX–Post.
Данная программа позволяет визуализировать полученные результаты в виде полей распределения параметров в
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
23
произвольных сечениях, полей векторов, линий тока, графиков, числовых значений интегральных параметров.[2]
Для оценки решения поставленной задачи будут
рассмотрены сцены отображения чисел Маха и статического давления в различных сечениях ОК (Рис. 5-12).
Рис. 5 – Распределение давления в корневом сечении проточной части
Рис. 6 – Распределение давления в среднем сечении проточной части
Рис. 7 – Распределение давления в периферийном сечении проточной части
Рис. 8 – Распределения давления в меридиональном сечении проточной части
Международный Научный Институт "Educatio" V (12), 2015
Из рисунков видно, что каждая следующая по ходу
потока ступень компрессора повышает давление рабочего
тела, что свидетельствует об их нормальной работе.
Также достигнуто равномерное распределение давления
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
24
по высоте лопаток, что видно из практически идентичных
сцен распределения давления в корневом, среднем и периферийном сечениях.
Рис. 9 – Распределение числа Маха в корневом сечении проточной части
Рис. 10 – Распределение числа Маха в среднем сечении проточной части
Рис. 11 – Распределение числа Маха в периферийном сечении рабочей части
Рис.12–Распределение числа Маха в меридиональном сечении проточной части
Международный Научный Институт "Educatio" V (12), 2015
Наибольший интерес в распределении числа Маха
по проточной части представляют последние ступени (9-я
и 10-я). Начиная с НА 9-ой ступени, скорость потока резко
падает из-за срывных явлений по всей высоте межлопаточного канала, что не дает возможности для продолжения нормального течения рабочего тела.
Также можно отметить, что на спинках лопаток РК
средних ступеней наблюдаются срывы, препятствующие
нормальному течению потока в НА.
По завершении расчёта также получаем реальные
величины расхода рабочего тела и степени повышения
полного давления в цикле компрессора.
 Расход воздуха: G = 65,15 кг/с;
 Степень повышения давления: πК = 3,105.
Полученная степень повышения давления (3,105)
значительно отличается от заданной (4,46). Разницу
можно объяснить недостатками профилирования и рассогласованием ступеней. Нужно сказать, что в расчёте был
сделан ряд упрощений, например, отсутствие радиальных
зазоров, предусмотренных в реальной конструкции компрессора. Также стоит отметить неточность измерений
меридиональных обводов проточной части с чертежа.
25
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Выводы
В работе проведено аэродинамическое проектирование осевого компрессора ГТК-10-4, затем проведено
профилирование лопаточного аппарата и расчётное исследование течения воздуха в компрессоре. В результате
исследования выявлены отклонения от теоретического
расчета. Все недостатки будут дорабатываться, и основной упор будет сделан на совершенствование лопаточного аппарата и проверку других законов закрутки для
минимизации возможности возникновения срывных явлений при протекании рабочего тела на проточной части.
Это позволит значительно увеличить КПД компрессора и
повысить его рабочие показатели.
Список литературы
1. Ревзин Б.С. Осевые компрессоры газотурбинных
газоперекачивающих агрегатов: учеб. пособие.
Екатеринбург: УГТУ, 2000. - 90 с.
2. Батурин О.В. и др. Расчётное изучение рабочего
процесса в ступени компрессора, спроектированной при курсовом проектировании по курсу «Теория и расчёт лопаточных машин»: учеб. пособие.
Самара: СГАУ, 2011. - 94 с.
ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ
НА ИХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ
Рамазанова Эльмира Эмин кызы,
профессор, д-р техн. наук, НИИ «Геотехнологические проблемы нефти, газа и химия»
Алиев Васиф Иззет оглы,
профессор, д-р техн. наук, НИИ «Геотехнологические проблемы нефти, газа и химия»
Габибов Ибрагим Абульфаз,
профессор, д-р техн. наук, Азербайджанская государственная нефтяная академия
АННОТАЦИЯ
При транспортировке природного и попутного нефтяного газ, в результате изменения внутренней энергии формировавшегося в пласте, за счет изменения межмолекулярного взаимодействия углеводородных компонентов происходит изменения технологических параметров. Существующая уравнения для оценки энергетического состояния потока нефтяного газа не позволяют полного и адекватного описания процесса. В работе с этой целью впервые предлагается на ряду с основными величинами: давление(𝑃), температуру (𝑇), объем(𝜐), плотность(𝜌), скорость движения
потока газа(𝑤), сжимаемость (𝑧), газовую постоянную(𝑅) учитывать относительную вязкость газа(∆отн.вяз ), как
восьмой параметр функционально связанного с ними
Ключевые слова: энергетическое состояние потока газа, относительная вязкость газа, движения потока газа,
добыча, сбор, подготовка и транспортировка газа, влияния силы трения, молекулярно-кинетической теории газов,
турбулентный режим.
Энергия является главным ключевым моментом
жизни в XXI веке. В этом аспекте нефтегазодобыча играет
важную роль в энергетической системе. Особенно система
«добычи, сбора, подготовки и транспортировки газа» является конкретным технологическим процессом, заключенный в конечной области «нефтегазовый пласт-бурение-эксплуатация нефтегазовых скважин-устья скважин»
с определенными границами. Поэтому в этих условиях
природный или попутный нефтяной газ постоянно находится в замкнутой изолированной системе, и все изменения технологических параметров осуществляются в результате изменения внутренней энергии формировавшегося в пласте, за счет изменения межмолекулярного взаимодействия углеводородных компонентов.
Известно, что тепло-физико-химическое свойство
составляет основу агрегатного состояния природного или
попутного нефтяного газа, непрерывно находящегося в
турбулентном движении в пути следования от пласта к потребителю. В то же время практически технологические
параметры т.е., физико-химического состояния или внутренняя энергия, так называемым общим энергетическим
состоянием потока природного или попутного нефтяного
газа, состоит из восемь основных величин: давление(𝑃),
температуру (𝑇), объем(𝜐), плотность(𝜌), скорость движения потока газа(𝑤), сжимаемость (𝑧), газовую постоянную(𝑅) решение их даны в работе [1] и относительную
вязкость газа(∆отн.вяз ), как восьмой параметр функционально связанного с ними. Требуется решить такую
крайне актуальную проблему влияния силы трения, т.е.
вязкости о внутренние стенки газопровода, оборудования,
установки и другие, приводящей к снижению технологических параметров газа в процессе преодоления силы сопротивления. В этом направлении попытки многих ученых, а именно: Ван-дер-Ваальс, Бенедикт-Вебба-Рубин,
Редлих-Квант, Пенга-Робинсон, Старлинг-Сана, Майер-