avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2024-8-3-69-79EKLOEMavroen-63Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕPOWER AND CHEMICAL ENGINEERINGОпыт применения 3Д-сканирования и CFD-расчетов для исследования течения в рабочем колесе многовального центробежного компрессора и проведения оптимизацииExperience of applying 3D-scanning and CFD calculations to study and optimization the flow in the impeller of a multi-shaft centrifugal compressorФилимоновЕ. В.FilimonovE. V.

Филимонов Евгений Викторович, коммерческий директор 

350080, г. Краснодар, ул. Уральская, д. 222

Filimonov Evgeniy Victorovich, Commercial Director 

Krasnodar, Uralskaya St., 222, 350080

efilimonov@skwel.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9380-9754МаренинаЛ. Н.MareninaL. N.

Маренина Любовь Николаевна, кандидат технических наук, доцент Высшей школы энергетического машиностроения Института энергетики 

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

AuthorID (РИНЦ): 791131,

AuthorID (SCOPUS): 57188961410,

ResearcherID: C-6788-2017

Marenina Lyubov Nikolaevna, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Higher School of Power Engineering, Institute of Power Engineering

Saint Petersburg, Politechnicheskaya str., 29, 195251

AuthorID (RSCI): 791131,

AuthorID (SCOPUS): 57188961410,

ResearcherID: C-6788-2017

 

marenina_ln@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3808-7098ДроздовА. А.DrozdovA. A.

Дроздов Александр Александрович, доктор технических наук, профессор Высшей школы энергетического машиностроения Института энергетики 

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

AuthorID (РИНЦ): 314735,

AuthorID (SCOPUS): 56649790100,

ResearcherID: К-7937-2014

Drozdov Aleksandr Aleksandrovich, Doctor of Technical Sciences, Professor of Higher School of Power Engineering, Institute of Power Engineering

Saint Petersburg, Politechnicheskaya str., 29, 195251

AuthorID (RSCI): 314735,

AuthorID (SCOPUS): 56649790100,

ResearcherID: К-7937-2014

A_drozdi@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 (РИНЦ): 120322,

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.ruООО «ВЭЛТЕКС»РоссияLLC «VELTEX»Russian FederationСанкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian Federation202430092024836979Copyright © Филимонов Е.В., Маренина Л.Н., Дроздов А.А., Садовский Н.И., 20242024Филимонов Е.В., Маренина Л.Н., Дроздов А.А., Садовский Н.И.Filimonov E.V., Marenina L.N., Drozdov A.A., Sadovsky N.I.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ariem.omgtu.ru/jour/article/view/63

В работе представлен анализ полуоткрытых центробежных рабочих колес трехступенчатого многовального компрессора. Проведено 3Д-сканирование геометрии рабочих колес, произведен CFD-расчет на проектном режиме работы компрессора, проведен анализ полученных результатов. Выявлены проблемы с рабочим колесом второй ступени. Далее геометрия всех трех колес оптимизирована при помощи модуля Design Exploration программного комплекса Ansys CFX, получено повышение КПД и улучшение картины течения.

The paper presents an analysis of semi-open centrifugal impellers of a three-stage multi-shaft compressor. A 3D-scanning of the geometry of the impellers is carried out, a CFD calculation is carried out at the design operating mode of the compressor, and the results obtained are analyzed. Problems have been identified with the second stage impeller. Next, the geometry of all three impellers is optimized using Ansys CFX software, an improvement in efficiency and an improvement in the flow pattern are obtained.

центробежный компрессоррабочее колесовычислительная газовая динамикаКПДоптимизациякоэффициент потерьcentrifugal compressorimpellercomputational gas dynamicsefficiencyoptimizationloss coefficientИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-29-00200, https://rscf.ru/ project/23-29-00200/The research is performed by a grant of Russian Science Foundation (project № 23-29-00200, https:// rscf.ru/project/23-29-00200/)ReferencesЛунев А. Т. Структура метода проектирования и испытания проточной части нагнетателей для перекачивания природного газа // Компрессорная техника и пневматика. 2001. № 10. С. 4–7.Lunev A. T. Struktura metoda proyektirovaniya i ispytaniya protochnoy chasti nagnetateley dlya perekachivaniya prirodnogo gaza [Structure of the method for designing and testing the flow part of superchargers for pumping natural gas] // Kompressornaya tekhnika i pnevmatika. Compressor Technology and Pneumatics. 2001. No. 10. P. 4–7. (In Russ.).Aungier R. H. Centrifugal Compressors: A Strategy for Aerodynamic Design and Analysis. New York, USA: ASME Press, 2000. 330 p. ISBN 0-7918-0093-8.Aungier R. H. Centrifugal Compressors: A Strategy for Aerodynamic Design and Analysis. New York, USA: ASME Press, 2000. 330 p. ISBN 0-7918-0093-8. (In Engl.).Japikse D. Turbomachinery design with an agile engineering system // JSME Fluid Engineering Conference. OSAKA, September 19–20, 2003. P. 19–20.Japikse D. Turbomachinery design with an agile engineering system // JSME Fluid Engineering Conference. OSAKA, September 19–20, 2003. P. 19–20. (In Engl.).Japikse D., Bittery J. Effective two-zone modeling of diffusers and return channel systems for radial and mixed-flow pumps and compressors // 11th International symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery, February 26 – March 02. Honolulu, 2006. Vol. 2. P. 511–520.Japikse D., Bittery J. Effective two-zone modeling of diffusers and return channel systems for radial and mixed-flow pumps and compressors // 11th International symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery, February 26 – March 02. Honolulu, 2006. Vol. 2. P. 511–520. (In Engl.).Japikse D., Dubitsky O. Vaneless diffuser advanced model // ASME Turbo Expo Conference, June 6 9. Reno-Tahoe, 2005.Japikse D., Dubitsky O. Vaneless diffuser advanced model // ASME Turbo Expo Conference, June 6 9. Reno-Tahoe, 2005. (In Engl.).Japikse D. Design system development for turbomachinery (turbopump) designs 1998 and a decade beyond // JANNAF Conference, July 15–17. Cleveland, Ohio, 1998. P. 263–275.Japikse D. Design system development for turbomachinery (turbopump) designs 1998 and a decade beyond // JANNAF Conference, July 15–17. Cleveland, Ohio, 1998. P. 263–275. (In Engl.).Поташев А. В., Поташев Е. В. Расчет течения газа в проточной части турбомашин по квазитрехмерной модели // Компрессорная техника и пневматика. 2020. № 3. P. 26–31. EDN: TSUBRZ.Potashev A. V., Potashev E. V. Raschet techeniya gaza v protochnoy chasti turbomashin po kvazitrekhmernoy modeli [Calculation of the gas flow in the flow path of turbomachines using a quasi-three-dimensional model] // Kompressornaya tekhnika i pnevmatika. Compressor Technology and Pneumatics. 2020. No. 3. P. 26–31. EDN: TSUBRZ. (In Russ.).Поташев А. В., Поташев Е. В., Хисамеев И. Г. Методы и программы аэродинамического расчета и проектирования рабочих элементов турбомашин // Компрессорная техника и пневматика. 2018. № 2. P. 23–33. EDN: EWKGZY.Potashev A. V., Potashev E. V., Khisameyev I. G. Metody i programmy aerodinamicheskogo rascheta i proyektirovaniya rabochikh elementov turbomashin [Methods and programs for aerodynamic analysis and design of the working elements of turbomachines] // Kompressornaya tekhnika i pnevmatika. Compressor Technology and Pneumatics. 2018. No. 2. P. 23–33. EDN: EWKGZY. (In Russ.).Kabalyk K., Kryłłowicz W. Numerical modeling of the performance of a centrifugal compressor impeller with low inlet flow coefficient // Transactions of the institute of fluid-flow machinery. 2016. Vol. 131. P. 41–53.Kabalyk K., Kryłłowicz W. Numerical modeling of the performance of a centrifugal compressor impeller with low inlet flow coefficient // Transactions of the institute of fluid-flow machinery. 2016. Vol. 131. P. 41–53. (In Engl.).Kryłłowicz W., Świder P., Kozanecki Z. [et al.]. Technical and Aerodynamical Aspects of a High Pressure Synthesis Gas Turbocompressor Modernization // 12th European Conference on Turbomachinery Fluid Dynamics and Thermodynamics, April 3–7. Stockholm, Sweden, 2017. DOI: 10.29008/ETC2017-171.Kryłłowicz W., Świder P., Kozanecki Z. [et al.]. Technical and Aerodynamical Aspects of a High Pressure Synthesis Gas Turbocompressor Modernization // 12th European Conference on Turbomachinery Fluid Dynamics and Thermodynamics, April 3–7. Stockholm, Sweden, 2017. DOI: 10.29008/ETC2017-171. (In Engl.).Мельников В., Прокусов А. Использование программного комплекса FlowVision при расчете элементов проточной части турбокомпрессоров в ОАО «СКБТ» // САПР и графика. 2005. № 4. С. 92–96.Melnikov V., Prokusov A. Ispol’zovaniye programmnogo kompleksa FlowVision pri raschete elementov protochnoy chasti turbokompressorov v OAO «SKBT» [Using the FlowVision software package when calculating the elements of the flow part of turbocompressors at OJSC SKBT] // SAPR i grafika. CAD and Graphics. 2005. No. 4. P. 92–96. (In Russ.).Галеркин Ю. Б. Турбокомпрессоры. Санкт-Петербург: Изд-во КХТ, 2010. 650 c.Galerkin Yu. B. Turbokompressory [Turbochargers]. Saint Petersburg, 2010. 650 p. (In Russ.).Галеркин Ю. Б., Рекстин А. Ф., Семеновский В. Б. Статистическая модель характеристики коэффициента напора колеса центробежного компрессора. Компрессорная техника и пневматика. 2023. № 1. С. 2–7. EDN: PIPEKN.Galerkin Yu. B., Rekstin A. F., Semenovskiy V. B. Statisticheskaya model’ kharakteristiki koeffitsiyenta napora kolesa tsentrobezhnogo kompressora [Statistical model of centrifugal compressor impeller loading factor characteristic] // Kompressornaya tekhnika i pnevmatika. Compressor Technology and Pneumatics. 2023. No. 1. P. 2–7. EDN: PIPEKN. (In Russ.).Маренина Л. Н., Галеркин Ю. Б. Оптимизация обратных направляющих аппаратов высокорасходных центробежных компрессорных ступеней CFD-методами // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2021. № 10. C. 49–64. DOI: 10.18698/0536-1044-2021-10-49-64. EDN: BSUPZQ.Marenina L. N., Galerkin Yu. B. Optimizatsiya obratnykh napravlyayushchikh apparatov vysokoraskhodnykh tsentrobezhnykh kompressornykh stupeney CFD-metodami [Optimization of return channels of high flow centrifugal compressor stages by CFD-methods] // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Mashinostroyeniye. Proceedings of Higher Educational Institutions. Маchine Building. 2021. No. 10. P. 49–64. DOI: 10.18698/0536-1044-2021-10-49-64. EDN: BSUPZQ. (In Russ.).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.).Маренина Л. Н., Соловьёва О. А., Галеркин Ю. Б., Попова Е. Ю., Каминский В. Н. Разработка параметризованной модели и расчет осевого компрессора энергетической установки // Материаловедение. Энергетика. 2020. Т. 26, № 4. С. 100–111. DOI: 10.18721/JEST.26408. EDN: WMUUQX.Marenina L. N., Solovyeva O. A., Galerkin Yu. B., Popova E. Yu., Kaminskiy V. N. Razrabotka parametrizovannoy modeli i raschet osevogo kompressora energeticheskoy ustanovki [Development of a parametrized model and calculation of a power unit axial compressor] // Materialovedeniye. Energetika. Materials Science. Energy. 2020. Vol. 26, no. 4. P. 100–111. DOI: 10.18721/JEST.26408. EDN: WMUUQX. (In Russ.).Marechale R., Ji M., Cave M. Experimental and numerical investigation of labyrinth seal clearance impact on centrifugal impeller performance // Proceedings of ASME Turbo Expo 2015: Turbine Technical Conference and Exposition GT2015, June 15– 19. Montréal, Canada, 2015. DOI: 10.1115/GT2015-43778.Marechale R., Ji M., Cave M. Experimental and numerical investigation of labyrinth seal clearance impact on centrifugal impeller performance // Proceedings of ASME Turbo Expo 2015: Turbine Technical Conference and Exposition GT2015, June 15–19. Montréal, Canada, 2015. DOI: 10.1115/GT2015-43778. (In Engl.).Matas R., Syka T., Lunacek O. Numerical and experimental modelling of the centrifugal compressor stage — setting the model of impellers with 2D blades // EPJ Web of Conferences 11th International Conference on Experimental Fluid Mechanics. 2017. Vol. 143. 02073. DOI: 10.1051/epjconf/201714302073.Matas R., Syka T., Lunacek O. Numerical and experimental modelling of the centrifugal compressor stage – setting the model of impellers with 2D blades // EPJ Web of Conferences 11th International Conference on Experimental Fluid Mechanics. 2017. Vol. 143. 02073. DOI: 10.1051/epjconf/201714302073. (In Engl.).Hazby H. R., Xu L., Schleer M. Study of the Flow in a Vaneless Diffuser at Part Speed Operating Conditions // Journal of Turbomachinery. 2014. Vol. 136 (3). P. 031011–031011-9. DOI: 10.1115/1.4024693.Hazby H. R., Xu L., Schleer M. Study of the Flow in a Vaneless Diffuser at Part Speed Operating Conditions // Journal of Turbomachinery. 2014. Vol. 136 (3). P. 031011–031011-9. DOI: 10.1115/1.4024693. (In Engl.).

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