توصيفگر ها :
كمپرسور جريان محوري , لقي نوك پره , سرعت دوران , فشار استاتيك خروجي , نسبت فشار , بازده
چكيده فارسي :
چكيده:
كمپرسورها يكي از انواع توربوماشينها ميباشند كه براي فشرده سازي گازها استفاده ميشوند. تاريخچه كمپرسورها و هواي فشرده به دوران باستان بازميگردد. كمپرسورها در صنايع مختلفي اعم از پالايشگاه، پتروشيمي، نيروگاه و... كاربرد دارند. كمپرسورها از نظر عملكرد به دو گروه ديناميكي و جابهجايي مثبت تقسيم ميشوند. كمپرسورهاي ديناميكي انرژي جنبشي گاز را افزايش و آن را به انرژي فشاري تبديل ميكنند. كمپرسورهاي جابهجايي مثبت با كاهش حجم، فشار گاز را افزايش ميدهند.
يكي از انواع كمپرسورهاي ديناميكي، كمپرسورهاي جريان محوري ميباشند كه در ابتدا براي استفاده در موتورهاي جت توسعه يافته بودند. اين مدل از كمپرسورها به طور متناوب از رديف پرههاي متحرك و ثابت تشكيل شده است. پرههاي متحرك وظيفه افزايش انرژي جنبشي و پرههاي ثابت وظيفه هدايت جريان و تبديل فشار ديناميكي به فشار استاتيكي را برعهده دارند. اين كمپرسورها به دليل فشار خروجي بالا، دبي جرمي زياد و راندمان بالا در حجم كم در صنايع خاص مثل هوافضا و نيروگاه پركاربرد ميباشند. كمپرسورهاي جريان محوري معايبي نيز دارندكه گراديان فشار معكوس هوا از مهمترين آنها است. بازگشت هوا غالبا از فاصله نوك پره متحرك و پوسته كمپرسور(لقي نوك پره) شروع ميشود كه اين جدايش اوليه جريان هوا از روي سطح پره استال نام دارد. اگر جدايش جريان هوا از روي سطح پره كامل شود سرج اتفاق ميافتد كه با ارتعاشات شديد و خرابي كمپرسور همراه است و بايد با ابزارهاي كنترلي مثل شير تخليه هوا مانع آن شوند.
باتوجه به آخرين پژوهشهاي صورت گرفته در زمينه لقي نوك پره، بهترين اندازه لقي برابر نيم تا دو درصد طول پره است. در ادامه راه پژوهشهاي صورت گرفته، در اين پژوهش به منظور بررسي تاثير مقادير مختلف فاصله نوك پره متحرك با پوسته كمپرسور در شرايط عملياتي مختلف(سرعت دوران و فشار استاتيك خروجي)، هندسه سه بعدي يك طبقه از كمپرسور جريان محوري به كمك نرم افزار قدرتمند Ansys CFX شبيهسازي و منحني مشخصه و نقاط بهينه عملكردي مشخص شده است.
در نهايت نتيجهگيري شد كه بهترين حالت طراحي و عملياتي مربوط به كمپرسور با اندازه لقي 5.1 درصد طول پره و با سرعت دوران 22000 دور بر دقيقه، فشار استاتيك خروجي 96.0 اتمسفر و دبي جرمي ورودي حدود 5.7 كيلوگرم بر ثانيه است.
از اين نتايج براي بهينهسازي كمپرسورهاي جريان محوري مورد استفاده در صنعت ميتوان استفاده كرد.
چكيده انگليسي :
Abstract
Compressors are a type of turbomachinery used to compress gases. The history of compressors and compressed air dates back to ancient times. Compressors are used in various industries, including refineries, petrochemicals, power plants, etc. Compressors are divided into two groups in terms of performance: dynamic and positive displacement. Dynamic compressors increase the kinetic energy of gas and convert it into pressure energy. Positive displacement compressors increase the pressure of gas by reducing its volume. One type of dynamic compressor is axial flow compressors, which were originally developed for use in jet engines. This model of compressor consists of alternating rows of moving and fixed blades. The moving blades are responsible for increasing kinetic energy, and the fixed blades are responsible for directing the flow and converting dynamic pressure into static pressure. These compressors are widely used in specific industries such as aerospace and power plants due to their high output pressure, high mass flow rate, and high efficiency in small volumes. Axial flow compressors also have disadvantages, the most important of which is the air back pressure gradient. Air return often starts from the distance between the moving blade tip and the compressor shell (blade tip clearance), and this initial separation of the air flow from the blade surface is called stall. If the separation of the air flow from the blade surface is complete, a surge occurs, which is accompanied by severe vibrations and compressor failure and must be prevented by control devices such as air discharge valves.
According to the latest research conducted in the field of blade tip clearance, the best clearance size is half to two percent of the blade length. In continuation of the research conducted, in this study, in order to investigate the effect of different values of the distance between the moving blade tip and the compressor shell under different operating conditions (rotational speed and outlet static pressure), the three-dimensional geometry of a single-stage axial flow compressor was simulated using the powerful Ansys CFX software and the characteristic curve and optimal performance points were determined.
Finally, it was concluded that the best design and operating condition is for a compressor with a clearance of 1.5% of the blade length, a rotational speed of 22.000 rpm, an outlet static pressure of 0.96 atmospheres, and an inlet mass flow rate of about 7.5 kg/s.
These results can be used to optimize axial flow compressors used in industry.