Исследование прочностных характеристик рабочих колес высокооборотистых технологических центробежных компрессоров, изготовленных методом вакуумной пайки

В статье рассматривается процесс создания рабочего колеса для высокооборотистого центробежного компрессора ИЦК КЦК-01-100-1-8-А, изготовленного методом вакуумной пайки. Особое внимание уделено сложности воспроизведения детали, включая подбор материала при существенной разности в государственных стандартах и выбор материала-заменителя, подбор припоя для вакуумной пайки, а также рассмотрены технологические аспекты вакуумной пайки. Проведено моделирование газодинамических характеристик (отношение давлений и разница температур), результаты которого показали удовлетворительные результаты. Произведена оценка напряженно-деформированного состояния. Моделирование производилось в соответствии с требованиями стандартов API 617 и ИНТИ S.60.2–2023, с учетом MCS и TRIP скоростей рабочего колеса. По результатам расчета приведены эпюры напряженно-деформированного состояния и эпюры пластической деформации ротора. В завершение проекта выполнено изготовление рабочего колеса и проведены стендовые разгонные испытания, по результатам которых произведен контроль размеров и проведена оценка деформаций методами дефектоскопии. Показано, что успешное восстановление рабочего колеса требует глубокого понимания множества нюансов. Полученные результаты подтверждают, что применение отечественных аналогов материалов, а также современных методов анализа позволяет создать рабочее колесо с характеристиками, близкими к лучшим образцам современной техники.

1. Хисамеев И. Г., Максимов В. А., Баткис Г. С., Гузельбаев Я. З. Проектирование и эксплуатация промышленных центробежных компрессоров. Казань: ФЭН, 2010. 671 с.

2. СТО ИНТИ S.60.2–2023. Центробежные компрессорные установки для нефтепереработки и нефтехимии. Общие технические условия. Санкт-Петербург, 2023. 241 с.

3. ГОСТ 25054–81. Поковки из коррозионно-стойких сталей и сплавов. Общие технические условия. Введ. 01–01–1983. Москва: Изд-во стандартов, 1981. 12 с.

4. Галиахметов И. Г. Конструкционные материалы центробежных и винтовых компрессоров. Выбор и технология их применения. Казань: ФЭН, 2009. 155 с. ISBN 978-5-9690-0069-8.

5. Максименко И. А. Высокотемпературная вакуумная пайка центробежных рабочих колёс из титановых сплавов: отработка технологии и расчётно-экспериментальные исследования прочности соединений // Труды XIX Междунар. науч.-практ. конф. по компрессоростроению, посвященной 100-летию со дня рождения Владимира Борисовича Шнеппа / под общ. ред. Е. Р. Ибрагимова. Казань: Визард, 2024. С. 291–300. ISBN 978-5-6048101-3-2. EDN: WZCHKO.

6. Справочник по пайке / под ред. И. Е. Петрунина. 3-е изд., перераб. и доп. Москва: Машиностроение, 2003. 480 с.

7. Махонин А. В., Соловьев М. В., Рябов Ф. С., Цельмер М. Л. Сравнение методов расчета и выбора прессовых посадок рабочих колес на вал для современных технологических высокооборотистых центробежных компрессоров // Потребители — производители компрессоров и компрессорного оборудования: сб. тр. междунар. симп. Санкт-Петербург: Политех-Пресс, 2025. С. 12–28. EDN: BEFBKK.

8. Егоров О. В., Махонин А. В., Сиверский А. С., Соловьев М. В., Цельмер М. Л. Создание линейки отечественных процессных компрессоров нефтеперерабатывающих заводов на основе опыта иностранных лидеров рынка // Компрессорные технологии. 2024. № 8. C. 28–32.

9. Rekstin A. F., Soldatova K. V., Galerkin Yu. B. Experience of application the computer program based on a simplified mathematical model for industrial centrifugal compressors candidates. IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 604. P. 012045. DOI: 10.1088/1757-899X/604/1/012045.

10. Rekstin А., Popova E., Ucehovscy A. Centrifugal compressor stages efficiency analysis by means of the approximate algebraic equations. AIP Conference Proceedings. 2018. Vol. 2007. P. 030036. DOI: 10.1063/1.5051897.

11. Marenina L., Galerkin Yu., Drozdov A. Stator elements optimization of centrifugal compressor intermediate type stage by CFD methods. E3S Web of Conferences. 2020. Vol. 178. P. 01020. DOI: 10.1051/e3sconf/202017801020.

12. 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. 2017. Vol. 143. P. 02073. DOI: 10.1051/epjconf/201714302073.

13. Matas R., Syka T., Hurda L. Experimental investigation and numerical modelling of 3D radial compressor stage and influence of the technological holes on the working characteristics. EPJ Web of Conferences. 2018. Vol. 180. P. 02060. DOI: 10.1051/epjconf/201818002060.

14. Syka T., Matas R., Luňáček O. Numerical and experimental modelling of the radial compressor stage. AIP Conference Proceedings. 2016. Vol. 1745. P. 020059. DOI: 10.1063/1.4953753.

15. API Standard 617 Axial and Centrifugal Compressors and Expander-compressors. 9th ed. Washington: API Publishing Services, 2022. 214 p.

16. Махонин А. В., Маренина Л. Н., Семеновский В. Б., Максименко И. А. Расчет ступени центробежного компрессора с кольцевой сборной камерой методами вычислительной газодинамики // Компрессорная техника и пневматика. 2023. № 2. C. 11–18. EDN: ZNJUDX.

17. ГОСТ 18442–80. Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования. Введ. 01–07–1981. Москва: Стандартинформ, 2005. 33 с.