книги / Численное моделирование колебательных 2FSI-процессов в компрессорах газоперекачивающих агрегатов

Коэффициент роста по всем направлениям не превышает значения 1,2. В сечении зазора ЛУ (общая толщина 0,5 мм) размещено 7 конечных элементов. К входу и выходу из газодинамической полости ЛУ реализовано разряжение элементов. Общее количество конечных элементов в сетке составило 180 тыс.

Сеточная модель газодинамической полости ЛУ построена в радиальном сечении, а затем развернута в 3D сеточную модель (рис. 2.16, а, б, в). Сеточная модель конструкции ЛУ представлена на рис. 2.16, г.

в г

Рис. 2.16. Сеточная модель: а – 2D-газодинамика ЛУ (общий вид),

б– 2D-газодинамика ЛУ (зазор лабиринтного уплотнения),

в–3D-газодинамикаЛУ(ICEMCFD),г–конструкцияЛУ(ANSYSMesher)

Сгущение и разряжение сеточной модели РУ реализованы, исходя из физических особенностей газодинамического потока, расположения зон входа и выхода. Коэффициент роста по всем

63

направлениям не превышает значения 1,2. В сечении лабиринтного уплотнения РУ (общая толщина 0,5 мм) размещено 9 конечных элементов. Первый элемент пограничного слоя вблизи лабиринтного уплотнения РУ составляет 0,05 мм, постепенно увеличивается на стенках левой и правой полостей до 0,5 мм и снижается до 0,18 мм на входе и выходе РУ. Поэтому общее количество конечных элементов в сетке невелико (694 тыс.).

Сеточная модель газодинамической полости РУ также построена в радиальном сечении, а затем развернута в 3D-сеточ- ную модель (рис. 2.17, а, б, в). Сеточная модель конструкции РУ представлена на рис. 2.17, г.

в г

Рис. 2.17. Сеточная модель: а – 2D-газодинамика РУ (общий вид),

б– 2D-газодинамика РУ (область лабиринтного уплотнения),

в–3D-газодинамикаРУ(ICEMCFD),г–конструкцияРУ(ANSYSMesher)

64

2.4. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ 1FSIРАСЧЕТОВ

При исследовании колебательных процессов ротора с раздельным учетом газодинамики РК, ЛУ и РУ для сравнения с 2FSI-подходом расчеты проводились в связанной односторонней 1FSI-постановке (подразд. 2.6–2.8). Методическая блоксхема проведения 1FSI-расчета представлена на рис. 2.18.

Рис. 2.18. Методическая блок-схема проведения 1FSI-расчета

65

2.5. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ 2FSI-РАСЧЕТОВ

При исследовании колебательных процессов ротора с раздельным и совместным учетом газодинамики РК, ЛУ, РУ, а также сучетом газодинамики 3 РК, 2 НА, 3 ЛУ и РУ расчеты проводились в связанной двусторонней 2FSI-постановке, т.е. при взаимовлиянии систем «газ – конструкция» (подразд. 2.6–2.10). Методическая блок- схемапроведения2FSI-расчетапредставленанарис.2.19.

Рис. 2.19. Методическая блок-схема проведения 2FSI-расчета

66

При 2FSI-подходе, в отличие от 1FSI, на каждой итерации происходит перестроение сеточных моделей газодинамических полостей компрессора вследствие перемещения конструкции ротора.

В качестве примера ниже представлена схема расчетного проекта по исследованию колебательных 2FSI-процессов ротора при учете газодинамики 3 РК, 2 НА, 3 ЛУ и РУ, реализованная в лицензионном ПО ANSYS 19.0 (рис. 2.20).

Рис. 2.20. Схема расчетного проекта по исследованию колебательных 2FSI-процессов ротора при учете газодинамики 3 РК, 2 НА, 3 ЛУ и РУ (ANSYS 19.0)

67

2.6.ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ РОТОРА

СУЧЕТОМ ГАЗОДИНАМИКИ РАБОЧЕГО КОЛЕСА

При исследовании колебательных процессов ротора с учетом газодинамики рабочего колеса (РК) учитывались следующие элементы:

–вал;

–опоры;

–рабочее колесо;

–разгрузочное устройство;

–газодинамика рабочего колеса.

Расчеты проведены в 2FSI-постановке для режимов 4200, 5160, 6000 об/мин. Моделируемый отрезок времени составил

0,02 с с шагом 5·10–5 с.

На рис. 2.21 представлены поля скорости, давления и линии тока в РК, областях входного и выходного устройства РК на скорости вращения компрессора 5160 об/мин.

На следующем этапе был проведен спектральный анализ следующих динамически изменяющихся внутренних переменных, отражающих поведение 2FSI-системы:

– Реакции опор в подшипниках (АЧХ представлены

втабл. 2.10);

–Перемещения конструкции ротора в точках (рис. 2.22): на лопатке РК – точка 1, и на оси вращения вала – точка 2 (мак-

симальные значения амплитуд перемещений представлены

втабл. 2.11);

–Работа газодинамических сил, определяемая суперпозицией по направлениям произведений газодинамических сил, действующих на РК, и перемещений ротора в точке на оси вращения вала. Приращения работы за период показывает возрастание или затухание колебательных процессов, что важно для оценки виброустойчивости роторов компрессора ГПА (графики представлены в табл. 2.12).

Дополнительно проведена серия 1FSI-расчетов с граничными условиями(см.табл.2.1,2.2),соответствующими2FSI-постановке.

68

Таблица 2.10 АЧХреакций опорподшипниковприучетегазодинамикиРК(2FSI)

Fx

Fy

Fz

Таблица 2.11

Значения максимальных амплитуд перемещений конструкции при учете газодинамики РК (2FSI)

70