Центробежный компрессор | Изучение конструкции рабочего колеса центробежного компрессора 

На приведенном выше рисунке показан детальный процесс проектирования рабочего колеса. Проектирование выполняется в следующем порядке:

1.Задание меридиональной формы (см. рис. a),

2.Распределение угла установки лопаток (рис. b),

3.Распределение толщины лопаток (рис. c),

4.Задание геометрии диска (рис. d).

При этом меридиональная форма и распределение угла лопаток тесно связаны с ключевыми параметрами производительности: расходом, степенью сжатия, КПД и запасом по помпажу. Поэтому для их оптимизации критически важны опыт и интуиция конструктора, а также корректировка геометрии на основе наблюдения за паттернами течения. Для аэродинамической оценки используется CFD-анализ, однако он требует значительного времени и экспертной проверки сходимости, устойчивости и областей, требующих улучшения.

С другой стороны, распределение толщины лопаток и форма диска связаны с прочностными характеристиками (напряжения, собственные частоты) и могут быть частично автоматизированы. Для их оценки применяется FEM-анализ, который выполняется значительно быстрее CFD и обеспечивает стабильные результаты.

Таким образом:

A.Основные аэродинамические параметры проектируются традиционными методами на основе опыта и решений инженеров;

B.Прочностные характеристики автоматически оптимизируются с использованием инструментов (например, Isight).

Критерии оптимизации:

Максимальное напряжение,

Диапазон расстройки частот,

Максимальная толщина лопатки.

Примечание:

Диапазон расстройки — это отношение диапазона рабочих скоростей (диапазон оборотов), в котором разница между частотой возбуждения (число лопаток диффузора Zn × скорость вращения n) и собственной частотой колеса достигает или превышает заданное значение. Среди геометрических параметров фиксируются: меридиональная форма, распределение угла лопаток, число узловых диаметров, радиус скругления корня лопатки и форма отверстия диска. Для максимизации диапазона расстройки изменяются: распределение толщины лопаток, положение и форма передней кромки разделительных лопаток, а также форма тыльной стороны диска. Максимальная толщина лопатки включена в критерии, чтобы избежать неограниченного увеличения толщины при оптимизации расстройки. Для оптимизации используется ПО Isight с генетическим алгоритмом.