avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2024-8-3-61-68IJDUBWavroen-62Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕPOWER AND CHEMICAL ENGINEERINGСопоставление методик учёта реальности газа и их влияние на газодинамические характеристики центробежного компрессораThe influence of reality gas calculation methods on the gasdynamic characteristics of a gas pumping unit centrifugal compressorhttps://orcid.org/0000-0001-5746-3071СоловьёваО. А.SolovyevaO. A.

Соловьёва Ольга Александровна, кандидат технических наук, доцент Высшей школы энергетического машиностроения Института энергетики

195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29

AuthorID (РИНЦ): 703529,

AuthorID (SCOPUS): 57220022694,

ResearcherID: C-5456-2017

Solovyeva Olga Aleksandrovna, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Higher School of Power Engineering, Institute of Power Engineering

Saint Petersburg, Politechnicheskaya str., 29, 195251

AuthorID (RSCI): 703529?

AuthorID (SCOPUS): 57220022694?

ResearcherID: C-5456-2017

Solovyeva.OA@yandex.ruШариковИ. С.SharikovI. S.

Шариков Илья Сергеевич, магистрант Высшей школы энергетического машиностроения Института энергетики 

195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29

Sharikov Ilya Sergeevich, Undergraduate of Higher School of Power Engineering, Institute of Power Engineering

Saint Petersburg, Politechnicheskaya str., 29, 195251

ilya20142001@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3494-5769СадовскийН. И.SadovskyN. I.

Садовский Николай Иванович, кандидат технических наук, доцент Высшей школы энергетического машиностроения Института энергетики 

195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29

AuthorID (SCOPUS): 57221745249,

ResearcherID: AAG-5818-2019

SadovskY Nikolay Ivanovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Higher School of Power Engineering, Institute of Power Engineering

Saint Petersburg, Politechnicheskaya str., 29, 195251

AuthorID (RSCI): 120322,

AuthorID (SCOPUS): 57221745249,

ResearcherID: AAG-5818-2019

sadovsky2k10@mail.ruСанкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian Federation202430092024836168Copyright © Соловьёва О.А., Шариков И.С., Садовский Н.И., 20242024Соловьёва О.А., Шариков И.С., Садовский Н.И.Solovyeva O.A., Sharikov I.S., Sadovsky N.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ariem.omgtu.ru/jour/article/view/62

При проектировании компрессоров необходимо производить учёт реальности рабочего тела, так как при расчёте компрессора по моделям идеального газа возникают сильные отклонения рабочих параметров от рассчитанных, что может привести к невыполнению технического задания, а также к образованию нестационарных процессов. Правильный выбор методики учёта реальности газа позволяет максимально приблизить расчётные данные к экспериментальным. Таким образом, выбор наиболее точной методики учёта реальности газа позволяет предсказать экспериментальные характеристики проектируемого компрессора ещё до проведения физических испытаний. Существует множество методик, позволяющих учесть реальность газа, а именно рассчитать по эмпирическим формулам фактор сжимаемости. В данной работе приведено сравнение четырех методик и выполнен расчет центробежного компрессора с учетом полученных по данным методикам значений фактора сжимаемости. Приведено сравнение рассчитанных газодинамических характеристик с экспериментальными данными и выявлены расхождения при разных оборотах ротора.

When designing compressors, it is necessary to take into account the reality of the working fluid, since when calculating the compressor using ideal gas models, strong deviations of the operating parameters from the calculated ones occur, which can lead to non-fulfillment of the technical specifications, as well as to the formation of non-stationary processes. The correct choice of the gas reality accounting methodology allows us to bring the calculated data as close as possible to the experimental ones. Thus, the choice of the most accurate method of accounting for the reality of gas makes it possible to predict the experimental characteristics of the designed compressor even before conducting physical tests. There are many methods that allow us to take into account the reality of gas, namely, to calculate the compressibility factor using empirical formulas. In this paper, a comparison of four methods is presented, and the calculation of a centrifugal compressor is performed taking into account the values of the compressibility factor obtained according to these methods.

The calculated gas dynamic characteristics are compared with experimental data and discrepancies are revealed at different rotor speeds.

идеальный газфактор сжимаемостиметанпоказатель адиабатыприродный газреальность газацентробежный компрессорideal gascompressibility factormethaneadiabatic coefficientnatural gasgas realitycentrifugal compressorИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда №23-29-00200, https://rscf.ru/ project/23-29-00200/The research is carried out at the expense of a grant from the Russian Science Foundation No. 23-29-00200, https://rscf.ru/project/23-29-00200/ReferencesСТО Газпром 11-2005. Методические указания по расчету валовых выбросов углеводородов (суммарно) в атмосферу в ОАО «Газпром». Введ. 25–10–2005. Москва: ООО «Центр безопасности труда», 2007. 42 с.STO Gazprom 11-2005. Metodicheskiye ukazaniya po raschetu valovykh vybrosov uglevodorodov (summarno) v atmosferu v OAO «Gazprom» [STO Gazprom 11-2005. Guidelines for calculation of gross hydrocarbon emissions (total) into the atmosphere in OJSC «Gazprom»]. Moscow, 2007. 42 p. (In Russ.).РД 153-39.0-112-2001. Методика определения норм расхода и нормативной потребности в природном газе на собственные технологические нужды магистрального транспортного газа. Москва: ОАО «Газпром»: ООО ВНИИГАЗ, 2001. 53 с.RD 153-39.0-112-2001. Metodika opredeleniya norm raskhoda i normativnoy potrebnosti v prirodnom gaze na sobstvennyye tekhnologicheskiye nuzhdy magistral’nogo transportnogo gaza [RD 153-39.0-112-2001. Methodology for determination of consumption norms and normative demand for natural gas for own technological needs of trunk transport gas]. Moscow, 2001. 53 p. (In Russ.).ОНТП 51-1-85. Общесоюзные нормы технологического проектирования. Магистральные трубопроводы. Часть 1. Газопроводы. Москва: ВНИИЭГазпром, 1986. 95 с.ONTP 51-1-85. Obshchesoyuznyye normy tekhnologicheskogo proyektirovaniya. Magistral’nyye truboprovody. Chast’ 1. Gazoprovody [ONTP 51-1-85. All-Union norms of technological design. Trunk pipelines. Part 1. Gas pipelines]. Moscow, 1986. 95 p. (In Russ.).СТО Газпром 2-3.5-051-06. Нормы технического проектирования магистральных трубопроводов. Введ. 03–07–2006. Москва: ООО «Центр безопасности труда», 2006. 199 с.STO Gazprom 2-3.5-051-06. Normy tekhnicheskogo proyektirovaniya magistral’nykh truboprovodov [STO Gazprom 2-3.5-051-06. Norms of technical design of trunk pipelines]. Moscow, 2006. 199 p. (In Russ.).Сарданашвили С. А. Расчетные методы и алгоритмы (трубопроводный транспорт газа). Москва: Нефть и газ, 2005. 577 с. ISBN 5-7246-0356-X.Sardanashvili S. A. Raschetnyye metody i algoritmy (truboprovodnyy transport gaza) [Calculation methods and algorithms (gas pipeline transport)]. Moscow, 2005. 577 p. ISBN 5-7246-0356-X. (In Russ.).ГОСТ 30319.2-96. Газ природный. Методы расчета физических свойств. Определение коэффициента сжимаемости. Введ. 01–07–1997. Москва: ИПК Издательство стандартов, 2000. 51 с.GOST 30319.2-96. Gaz prirodnyy. Metody rascheta fizicheskikh svoystv. Opredeleniye koeffitsiyenta szhimayemosti [GOST 30319.2-96. Natural gas. Methods of calculation of physical properties. Definition of compressibility coefficient]. Moscow, 2000. 51 p. (In Russ.).Стрижак Л. Я. Исследование влияния формы межлопаточных каналов центробежного компрессорного колеса на его характеристики: дис. … канд. техн. наук. Ленинград: [б. и.], 1968. 235 с.Strizhak L. Ya. Issledovaniye vliyaniya formy mezhlopatochnykh kanalov tsentrobezhnogo kompressornogo kolesa na ego kharakteristiki [Study influence of the shape of interblade channels of a centrifugal compressor wheel on its characteristics characteristics]. Leningrad, 1968. 235 p. (In Russ.).ПР 51-31323949-43-99. Методические указания по проведению теплотехнических и газодинамических расчетов при испытаниях газотурбинных газоперекачивающих агрегатов / Разраб. В. А. Щуровский, Ю. Н. Синицын, В. И. Корнеев [и др.]. URL: https://nd-gsi.ru/ntd/pr/pr_51-31323949-43-99.pdf (дата обращения: 11.05.2024).PR 51-31323949-43-99. Metodicheskiye ukazaniya po provedeniyu teplotekhnicheskikh i gazodinamicheskikh raschetov pri ispytaniyakh gazoturbinnykh gazoperekachivayushchikh agregatov [PR 51-31323949-43-99. Guidelines for conducting heat engineering and gas-dynamic calculations for testing gas turbine gas pumping units] / Developers: V. A. Shchurovskiy, Yu. N. Sinitsyn, V. I. Korneyev [et al.]. URL: https://nd-gsi.ru/ntd/pr/pr_51-31323949-43-99.pdf (accessed: 11.05.2024). (In Russ.).Теплотехнические расчеты процессов транспорта и регазификации природных газов: справ. пособие / Подгот. В. А. Загорученко, Р. Н. Бикчентай, А. К. Трошин [и др.]. Москва: Недра, 1980. 319 с.Teplotekhnicheskiye raschety protsessov transporta i regazifikatsii prirodnykh gazov: sprav. posobiye [Thermal Engineering Calculations of Natural Gas Transportation and Regasification Processes: Reference Manual] / Podgot. V. A. Zagoruchenko, R. N. Bikchentay, A. K. Troshin [et al.]. Moscow, 1980. 319 p. (In Russ.).СТО Газпром 2-3.5-113-2007. Методика оценки энергоэффективности газотранспортных объектов и систем / ОАО «Газпром». Москва: ОАО Газпром, 2007 (Москва: Изд. дом Полиграфия). 54 с.STO Gazprom 2-3.5-113-2007. Metodika otsenki energoeffektivnosti gazotransportnykh ob”yektov i sistem [STO Gazprom 2-3.5-113-2007. Methodology of energy efficiency assessment of gas transmission facilities and systems]. Moscow, 2007. 54 p. (In Russ.).Галеркин Ю. Б., Рекстин А. Ф., Дроздов А. А., Солдатова К. В., Соловьёва О. А., Попова Е. Ю. Проектирование центробежных компрессоров на основе метода универсального моделирования // Вести газовой науки. 2020. № 2 (44) C. 92–109. EDN: PLNRUM.Galerkin Yu. B., Rekstin A. F., Drozdov A. A., Soldatova K. V., Solov’yeva O. A., Popova E. Yu. Proyektirovaniye tsentrobezhnykh kompressorov na osnove metoda universal’nogo modelirovaniya [Design of centrifugal compressors by means of a universal modelling method] // Vesti gazovoy nauki. Vesti Gazovoy Nauki. 2020. No. 2 (44). P. 92–109. EDN: PLNRUM. (In Russ.).Galerkin Yu., Rekstin A., Soldatova K., Drozdov A., Solovyeva O., Semenovskiy V., Marenina L. The current state of the engineering method for the optimal gas-dynamic design and calculation of centrifugal compressor // Energies 2020. Vol. 13 (21). 5651. DOI: 10.3390/en13215651. EDN: JWVXPO.Galerkin Yu., Rekstin A., Soldatova K., Drozdov A., Solovyeva O., Semenovskiy V., Marenina L. The current state of the engineering method for the optimal gas-dynamic design and calculation of centrifugal compressor // Energies 2020. Vol. 13 (21). 5651. DOI: 10.3390/en13215651. EDN: JWVXPO. (In Engl.).Дроздов А. А., Галеркин Ю. Б., Соловьёва О. А., Солдатова К. В., Уцеховский А. А. Математическая модель Метода универсального моделирования 9-й версии: особенности и результаты идентификации // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2020. Т. 4, № 4. С. 28–40. DOI: 10.25206/2588-0373-2020-4-4-28-40. EDN: HBKFME.Drozdov A. A., Galerkin Yu. B., Solov’yeva O. A., Soldatova K. V., Utsekhovskiy A. A. Matematicheskaya model’ Metoda universal’nogo modelirovaniya 9-y versii: osobennosti i rezul’taty identifikatsii [Mathematical model of the 9th version universal modeling method: features and results of identification] // Omskiy nauchnyy vestnik. Ser. Aviatsionno-raketnoye i energeticheskoye mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2020. Vol. 4, no. 4. P. 28–40. DOI: 10.25206/2588-0373-2020-4-4-28-40. EDN: HBKFME. (In Russ.).Solovyeva O., Galerkin Yu., Rekstin A., Soldatova K., Yusha V., Kabalyk K. Centrifugal compressor stage. Vaneless diffuser preliminary design by universal modeling method // International Journal of Mechanical and Production Engineering Research and Development. 2020. Vol. 10, Issue 3. P. 14879– 14894. DOI: 10.24247/ijmperdjun20201417.Solovyeva O., Galerkin Yu., Rekstin A., Soldatova K., Yusha V., Kabalyk K. Centrifugal compressor stage. Vaneless diffuser preliminary design by universal modeling method // International Journal of Mechanical and Production Engineering Research and Development. 2020. Vol. 10, Issue 3. P. 14879– 14894. DOI: 10.24247/ijmperdjun20201417. (In Engl.).Соловьёва О. А., Солдатова К. В., Галеркин Ю. Б., Рекстин А. Ф. Первичное проектирование безлопаточных диффузоров центробежных компрессорных ступеней Методом универсального моделирования // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2021. № 3 (732). С. 39–52. DOI: 10.18698/0536-1044-2021-3-39-52. EDN: SYYIIG.Solovyeva O. A., Soldatova K. V., Galerkin Yu. B., Rekstin A. F. Pervichnoye proyektirovaniye bezlopatochnykh diffuzorov tsentrobezhnykh kompressornykh stupeney Metodom universal’nogo modeler [Primary design of vaneless diffusers of centrifugal compressor stages by the universal modeling method] // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Mashinostroyeniye. Proceedings of Higher Educational Institutions. Маchine Building. 2021. No. 3 (732). P. 39–52. DOI: 10.18698/0536-1044-2021-3-39-52. EDN: SYYIIG. (In Russ.).Galerkin Yu. B., Drozdov A. A., Rekstin A. F., Solovyeva O. A., Semenovsky V. B. The Application Practice of the Universal Modeling Method 9th Version for Industry // Oil and Gas Engineering – AIP Conference Proceedings. 2021. Vol. 2412 (1). 030021. DOI: 10.1063/5.0075001.Galerkin Yu. B., Drozdov A. A., Rekstin A. F., Solovyeva O. A., Semenovsky V. B. The Application Practice of the Universal Modeling Method 9th Version for Industry // Oil and Gas Engineering – AIP Conference Proceedings. 2021. Vol. 2412 (1). 030021. DOI: 10.1063/5.0075001. (In Engl.).Drozdov A. A., Galerkin Y. B., Solovyeva O. A., Soldatova K. V., Ucehovscy A. A. Development and identification of a mathematical model of centrifugal compressor stages using the universal modeling method // Oil and Gas Engineering – AIP Conference Proceedings. 2020. Vol. 2285. 030057. DOI: 10.1063/5.0026727.Drozdov A. A., Galerkin Y. B., Solovyeva O. A., Soldatova K. V., Ucehovscy A. A. Development and identification of a mathematical model of centrifugal compressor stages using the universal modeling method // Oil and Gas Engineering — AIP Conference Proceedings. 2020. Vol. 2285. 030057. DOI: 10.1063/5.0026727.18. (In Engl.).Галеркин Ю. Б., Дроздов А. А., Рекстин А. Ф., Соловьева О. А., Семеновский В. Б. Опыт практического применения Метода универсального моделирования 9-й версии // Компрессорная техника и пневматика. 2021. № 1. C. 26–36. EDN: BKJHXG.Galerkin Yu. B., Drozdov A. A., Rekstin A. F., Solov’yeva O. A., Semenovskiy V. B. Opyt prakticheskogo primeneniya Metoda universal’nogo modelirovaniya 9-y versii [Practical experience of the Universal Modeling Method 9th version] // Kompressornaya tekhnika i pnevmatika. Compressor Technology and Pneumatics. 2021. No. 1. P. 26–36. EDN: BKJHXG. (In Russ.).Галеркин Ю. Б., Дроздов А. А., Рекстин А. Ф., Соловьёва О. А., Маренина Л Н. Математическая модель метода универсального моделирования девятой версии для расчета и проектирования центробежных компрессоров: идентификация и верификация по экспериментальным данным // Вестник Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2022. № 1 (140). C. 82–102. DOI: 10.18698/0236-3941-2022-1-82-102. EDN: WDTVUY.Galerkin Yu. B., Drozdov A. A., Rekstin A. F., Solov’yeva O. A., Marenina L N. Matematicheskaya model’ metoda universal’nogo modelirovaniya devyatoy versii dlya rascheta i proyektirovaniya tsentrobezhnykh kompressorov: identifikatsiya i verifikatsiya po eksperimental’nym dannym [Mathematical Model of the Universal Modeling Method Version 9 for the Calculation and Design of Centrifugal Compressors: Identification and Verification from Experimental Data] // Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. N. E. Baumana. Ser. Mashinostroyeniye. Herald of the Bauman Moscow State Technical University Series Mechanical Engineering. 2022. No. 1 (140). P. 82–102. DOI: 10.18698/0236-3941-2022-1-82-102. EDN: WDTVUY. (In Russ.).Galerkin Yu. B., Drozdov A. A., Rekstin A. F., Solovyeva O. A., Marenina L. N. Identification and verification of the universal modeling method mathematical model // Oil and Gas Engineering – AIP Conference Proceedings. 2023. Vol. 2784. 030001. DOI: 10.1063/5.0140618.Galerkin Yu. B., Drozdov A. A., Rekstin A. F., Solovyeva O. A., Marenina L. N. Identification and verification of the universal modeling method mathematical model // Oil and Gas Engineering — AIP Conference Proceedings. 2023. Vol. 2784. 030001. DOI: 10.1063/5.0140618. (In Engl.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.