ВЛИЯНИЕ ДВИЖЕНИЯ ГАЗА В ЗАЗОРАХ "РАБОЧЕЕ КОЛЕСО-КОРПУС" ЦЕНТРОБЕЖНОЙ КОМПРЕССОРНОЙ СТУПЕНИ НА КПД И ОСЕВУЮ СИЛУ

При эксплуатации мощных центробежных компрессоров, в частности, компрессоров газоперекачивающих агрегатов, на некоторых режимах возникают проблемы с несущей способностью упорных подшипников. Еще в 1970-е гг. старший из авторов провел численное исследование влияния закрутки потока в зазорах «корпус – рабочее колесо». Показано, что в зазоре «рабочее колесо – покрывающий диск» поток вращается быстрее, чем в зазоре у основного диска. Причина в том, что в этот зазор поступает поток протечек лабиринтного уплотнения покрывающего диска. Поток вносит в зазор закрутку, созданную лопатками рабочего колеса. Центробежная сила вращающегося потока снижает давление в зазоре у покрывающего диска сильнее, чем в противоположном зазоре. Если затормозить поток в зазоре у покрывающего диска – осевая сила уменьшится. Но потери трения диска снизят КПД. Авторы сделали расчетное CFD-исследование влияния напряжения трения в зазоре «корпус – покрывающий диск» на осевую силу и КПД центробежной ступени. Расчеты ступени с диаметром рабочего колеса 409 мм сделаны при гидравлически гладкой стенке корпуса в зазоре у покрывающего диска и при шероховатости 0.25, 0.5, 0.75, 1.0, 1.5 мм. При шероховатости 0.25 мм осевая сила уменьшилась на 21% ценой снижения КПД на 0.5% у ступени с коэффициентом расхода Ф = 0.0492. При шероховатости 1.5 мм КПД снизился на 0.9%, а осевая сила уменьшилась на 32.6%. CFD-расчеты конкретного компрессора могут показать, является ли торможение потока в зазоре у покрывающего диска конкурентным по отношению к другим. Специальный расчет показал роль протечки в лабиринтном уплотнении. При герметичном лабиринтном уплотнении КПД был бы выше на 0.9%, коэффициент теоретического напора выше 0.8%, осевая сила меньше 22.8%. Расчет показал также, что при коррозии стенок корпуса в пределах обоих зазоров потери трения на поверхностях тормозят поток, снижают КПД, но практически не влияют на осевую силу.