avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2023-7-4-33-39avroen-94Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕPOWER AND CHEMICAL ENGINEERINGОптимизация ступеней центробежных компрессоровOptimization of centrifugal compressor stagesДубининЕ. В.DubininE. V.

ДУБИНИН Евгений Владимирович, начальник бюро

420029, г. Казань, ул. Сибирский тракт, 40

DUBININ Evgeniy Vladimirovich, Chief of Bureau

Kazan, Sibirsky Trakt str., 40, 420029

evgeniy.dubinin@niitk.ruИдиятуллинБ. Ф.IdiyatullinB. F.

ИДИЯТУЛЛИН Булат Фанисович, инженер по расчетам и режимам 2-й категории

420029, г. Казань, ул. Сибирский тракт, 40

IDIYATULLIN Bulat Fanisovich, 2nd Category Engineer for Calculations and Modes

Kazan, Sibirsky Trakt str., 40, 420029

Bulat.Idiatullin@niitk.ruХасановН. Г.KhasanovN. G.

ХАСАНОВ Нариман Гаязович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

420029, г. Казань, ул. Сибирский тракт, 40

KHASANOV Nariman Gayazovich, Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher

Kazan, Sibirsky Trakt str., 40, 420029

Nariman.Khasanov@niitk.ruАО «НИИтурбокомпрессор им. В. Б. Шнеппа»РоссияNIIturbokompressor JSCRussian Federation202330122023743339Copyright © Дубинин Е.В., Идиятуллин Б.Ф., Хасанов Н.Г., 20232023Дубинин Е.В., Идиятуллин Б.Ф., Хасанов Н.Г.Dubinin E.V., Idiyatullin B.F., Khasanov N.G.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ariem.omgtu.ru/jour/article/view/94

В материале описана работа по повышению гидравлической эффективности проточной части ступени центробежного компрессора за счет применения автоматических алгоритмов оптимизации. Критерием оптимизации является политропный КПД ступени компрессора промежуточного типа. Представлена последовательность этапов процесса оптимизации в программном модуле Fine/Design3D пакета программного обеспечения Numeca. Приводится пояснение процесса создания твердотельной модели ступени сжатия. Также представлены газодинамические характеристики разрабатываемой ступени после оптимизации формы роторных и статорных элементов.

The article describes а hydraulic efficiency increase in the centrifugal compressor stage using automatic optimization algorithms. The optimization criterion is the polytropic efficiency of the intermediate compressor stage. The sequence of stages of the optimization process in the Fine/Design3D software module of the Numeca software package is presented. The creating process a solid model of the compression stage is shown. The performance curves of the developed stage after optimization of the shape of the rotor and stator elements are also presented.

проточная частьцентробежный компрессорэнергоэффективностьгазодинамическая характеристикаCFDNumecaоптимизацияflow passcentrifugal compressorenergy efficiencyperformance curvesCFDNumecaoptimizationReferencesCumpsty N. A. Compressor Aerodynamics. 5th ed. Longman, London. 1999. 509 p.Cumpsty N. A. Compressor Aerodynamics. 5th ed. Longman, London. 1999. 509 p. (In Engl.).Hassan M. A., Reddy K. T. Energy optimization of a centrifugal compressor along with wedge diffuser using ANNcoupled CFD // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2022. Vol. 44 (10). 442. DOI: 10.1007/s40430-022-03754-x.Hassan M. A., Reddy K. T. Energy optimization of a centrifugal compressor along with wedge diffuser using ANNcoupled CFD // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2022. Vol. 44 (10). 442. DOI: 10.1007/s40430-022-03754-x. (In Engl.).Baert L., Beauthier C., Leborgne M. [et al.]. Surrogate-Based Optimisation for a Mixed-Variable Design Space: Proof of Concept and Opportunities for Turbomachinery Applications // Proceedings of the ASME Turbo Expo 2015: Turbine Technical Conference and Exposition. Vol. 2 C: Turbomachinery. 2015. DOI: 10.1115/GT2015-43254.Baert L., Beauthier C., Leborgne M. [et al.]. Surrogate- Based Optimisation for a Mixed-Variable Design Space: Proof of Concept and Opportunities for Turbomachinery Applications // Proceedings of the ASME Turbo Expo 2015: Turbine Technical Conference and Exposition. Vol. 2 C: Turbomachinery. 2015. DOI: 10.1115/GT2015-43254. (In Engl.).Ochabski T., van der Spuy J., Hildebrandt T. A Large Design Space Multidisciplinary Optimization of a Mixed Flow Micro Gas Turbine Compressor Stage // Proceedings of the ASME Turbo Expo 2020: Turbomachinery Technical Conference and Exposition. Vol. 8: Industrial and Cogeneration; Manufacturing Materials and Metallurgy; Marine; Microturbines, Turbochargers, and Small Turbomachines. 2020. DOI: 10.1115/GT2020-14259.Ochabski T., van der Spuy J., Hildebrandt T. A Large Design Space Multidisciplinary Optimization of a Mixed Flow Micro Gas Turbine Compressor Stage // Proceedings of the ASME Turbo Expo 2020: Turbomachinery Technical Conference and Exposition. Vol. 8: Industrial and Cogeneration; Manufacturing Materials and Metallurgy; Marine; Microturbines, Turbochargers, and Small Turbomachines. 2020. DOI: 10.1115/GT2020-14259. (In Engl.).Huang S., Lu X., Han G. [et al.]. Research on aerodynamic optimization design method and flow mechanism of a highsubsonic compressor cascade // Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics. 2023. Vol. 16 (1). P. 316–334. DOI: 10.1080/19942060.2021.2020170.Huang S., Lu X., Han G. [et al.]. Research on aerodynamic optimization design method and flow mechanism of a highsubsonic compressor cascade // Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics. 2023. Vol. 16 (1). P. 316–334. DOI: 10.1080/19942060.2021.2020170. (In Engl.).Неверов В. В., Любимов А. Н., Чеглаков И. В. Вычислительная газодинамика как инструмент повышения качества, надежности и скорости проектирования проточных частей турбокомпрессоров // Компрессоры и компрессорное оборудование: тр. Междунар. симп. им. К. П. Селезнева. СанктПетербург: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2018. С. 42–49. DOI: 10.18720/SPBPU/2/id18-98. EDN: YVGDVZ.Neverov V. V., Lyubimov A. N., Cheglakov I. V. Vychislitel’naya gazodinamika kak instrument povysheniya kachestva, nadezhnosti i skorosti proyektirovaniya protochnykh chastey turbokompressorov [Computational gas dynamics as a tool for improving the quality, reliability and velocity of turbicompressors flow parts design] // Kompressory i kompressornoye oborudovaniye. Compressors and Compressor Equipment. Saint Petersburg, 2018. P. 42–49. DOI: 10.18720/SPBPU/2/id18-98. EDN: YVGDVZ. (In Russ.).Данилишин А. М., Кожухов Ю. В. Алгоритм и примеры многопараметрической автоматизированной расчетной оптимизации компрессорных ступеней с осерадиальными рабочими колесами турбодетандерных агрегатов // Вестник Международной академии холода. 2022. № 2. С. 27–34. DOI: 10.17586/1606-4313-2022-21-2-27-34.Danilishin A. M., Kozhukhov Yu. V. Algoritm i primery mnogoparametricheskoy avtomatizirovannoy raschetnoy optimizatsii kompressornykh stupeney s oseradial’nymi rabochimi kolesami turbodetandernykh agregatov [Algorithm and the examples of multiparametric automated computational optimization for turboexpander compressor stage 3D impellers] // Vestnik Mezhdunarodnoy akademii kholoda. Journal of International Academy of Refrigeration. 2022. No. 2. P. 27–34. DOI: 10.17586/1606-4313-2022-21-2-27-34. (In Russ.).Маренина Л. Н., Галеркин Ю. Б., Дроздов А. А. [и др.]. Опыт оптимизации неподвижных элементов ступеней центробежных компрессоров // Компрессорная техника и пневматика. 2022. № 1. С. 2–11. EDN: VUCKZO.Marenina L. N., Galerkin Yu. B., Drozdov A. A. [et al.]. Opyt optimizatsii nepodvizhnykh elementov stupeney tsentrobezhnykh kompressorov [Creation of parametrized model of return channel flow path for CFD-optimization] // Kompressornaya tekhnika i pnevmatika. Compressor and Pneumatics. 2022. No. 1. P. 2–11. EDN: VUCKZO. (In Russ.).NUMECA. URL: https://www.numeca.de/en/productsdesignoptimisation/ (дата обращения: 27.09.2023).NUMECA. URL: https://www.numeca.de/en/productsdesign-optimisation/ (accessed: 27.09.2023). (In Engl.).Хасанов Н. Г., Дубинин Е. В., Хуснутдинов И. Ф., Лунев А. Т. Численное моделирование характеристик центробежных компрессоров и турбин в АО «НИИтурбокомпрессор им. В. Б. Шнеппа» // Компрессорная техника и пневматика. 2023. № 2. С. 28–31. EDN: PSHWBG.Khasanov N. G., Dubinin E. V., Khusnutdinov I. F., Lunev A. T. Chislennoye modelirovaniye kharakteristik tsentrobezhnykh kompressorov i turbin v AO «NIIturbokompressor im. V. B. Shneppa» [Centrifugal compressor and turbines numerical performance modeling in JSC «NIIturbocompressor»] // Kompressornaya tekhnika i pnevmatika. Compressor and Pneumatics. 2023. No. 2. P. 28–31. EDN: PSHWBG. (In Russ.).Хасанов Н. Г., Хуснутдинов И. Ф., Муртазин Р. Ф., Дубинин Е. В. Расчётно-экспериментальное исследование высокорасходной модельной ступени центробежного компрессора с повышенным втулочным отношением // Компрессорная техника и пневматика. 2022. № 4. C. 37–39. EDN: DKVXSF.Khasanov N. G., Khusnutdinov I. F., Murtazin R. F., Dubinin E. V. Raschetno-eksperimental’noye issledovaniye vysokoraskhodnoy model’noy stupeni tsentrobezhnogo kompressora s povyshennym vtulochnym otnosheniyem [Numerical and experimental study of a high flow centrifugal compressor master stage with a high hub to tip ratio] // Kompressornaya tekhnika i pnevmatika. Compressor and Pneumatics. 2022. No. 4. P. 37–39. EDN: DKVXSF. (In Russ.).Лунев А. Т. Разработка высокоэффективных сменных проточных частей центробежных компрессоров газоперекачивающих агрегатов: автореф. дисc. канд. наук. Казань, 2005. 16 с.Lunev A. T. Razrabotka vysokoeffektivnykh smennykh protochnykh chastey tsentrobezhnykh kompressorov gazoperekachivayushchikh agregatov [Development of highly efficient replaceable flow parts for centrifugal compressors of gas pumping units]. Kazan, 2005. 16 p. (In Russ.).

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