Vliv geometrických úprav na účinnost kompresorového stupně

Ing. Tomáš SYKA

Doctoral thesis

Geometrical modifications influence on the compressor stage efficiency

Abstract:

Hlavním úkolem této práce je zjistit vliv přítomnosti různých konstrukčních prvků na pracovní charakteristiky stupně radiálního kompresoru. Konkrétně se jedná o vliv ucpávek krycího a nosného kotouče oběžného kola, dále pak o vliv přechodových zaoblení oběžných lopatek a zejména byl zkoumán vliv přítomnosti technologických otvorů v oběžných lopatkách kompresorového stupně. Pro účely práce proběhla řada CFD simulací několika různých kompresorových stupňů v prostředí NUMECA FINE/Turbo, přičemž bylo nejdříve nutné stanovit vhodný model turbulence a parametry výpočetních sítí. Jednotlivé stupně se od sebe liší jak výkonovými parametry, tak typem oběžných lopatek. Spočtené charakteristiky byly porovnány s daty získanými z měření uskutečněných na kompresorovém standu. Podstatnou a zároveň nejdůležitější část práce tvoří již zmíněné zkoumání vlivu přítomnosti technologického otvoru v lopatkách oběžného kola na charakteristiky stupně. Jedná se o otvory, které mohou vzniknout v lopatkách při výrobě svařovaných oběžných kol, a které slouží jako koncentrátory napětí a odvádějí tak napětí z namáhaného svaru. Cílem práce je nalézt vhodnou polohu otvoru v závislosti na typu lopatek s ohledem na dosaženou účinnost stupně. Numerické simulace stupňů se zahrnutými ucpávkami a přechodovým zaoblením v geometrickém modelu pak slouží především ke zjištění, do jaké míry lze minimalizovat rozdíly mezi spočtenými a naměřenými hodnotami.

Abstract:

The main task of this work is to find out an influence of the various design features presence on the radial compressor stage working characteristics. Specifically the influence of the cover and carrying disc seals, rotor blades transitional fillet influence and mainly the influence of technological holes presence in the compressor stage rotor blade was evaluated. For the purposes of this work many CFD simulations of various compressor stages were solved in the NUMECA FINE/Turbo software environment, where the main goal was to determine the suitable turbulence model and computational grid parameters. Particular stages are different from each other in working parameters and the type of rotor blades. Computed characteristics were compared to data acquired from the measuring realized on the compressor stand. Essential and the most important part of this work is the evaluation of the rotor blades technological hole presence influence on the compressor stage characteristics as was mentioned earlier. These holes can be created in the rotor blade body during the production of welded impellers and are considered as tension concentrators. The goal is to find out the suitable holes location depending on the blade type and achieved stage efficiency. Numerical stages simulations with included seals and rotor blades transitional fillets are determined to finding out possibilities of the computed and measured data differences minimization.

Keywords

radiální kompresor, CFD, NUMECA FINE/Turbo, pracovní charakteristika, účinnost stupně, technologický otvor

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 31. 8. 2015

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Date of defence: 27. 11. 2015

University of West Bohemia

Faculty of Mechanical Engineering

Doctoral programme / field:
Mechanical Engineering / Design of Power Machines and Equipment