22467

طراحي مفهومي آيروديناميكي كمپرسور صنعتي يازده طبقه جريان محوري با نسبت فشار ده

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي - سيستم‌هاي انرژي

1400-99

1399/01/31

دكتر محمد اخلاقي

مكانيك

در اين پايان‌نامه، طراحي مفهومي آيروديناميكي يك بعدي يك كمپرسور صنعتي يازده طبقه جريان محوري با نسبت فشار قريب ده در هفت نقطه در راستاي قامت پره در خط مياني و به دو حالت مختلف انجام شده است. در حالت نخست پره راهنماي ورودي قبل از روتور طبقه اول و در حالت دوم بدون حضور پره راهنماي ورودي مراحل طراحي مفهومي انجام پذيرفته است. در گام نخست اهتمام به طراحي يك بعدي شده است. هدف از طراحي يك بعدي به دست آوردن شكل نصف‌النهاري و زواياي پره در خط مياني بوده است. در طراحي مزبور از شيوه افزايش دماي ثابت بهره‌گيري شده است. هندسه گذرگاه كمپرسور جريان محوري مورد نظر به گونه قطر پاي پره افزاينده و قطر نوك پره ثابت مورد نظر قرار گرفته شده است. نوع خط انحنا را قطاعي از دايره در نظر گرفته شده است. پس از حصول اطمينان از سازگاري طراحي مفهومي آيروديناميكي، ارتفاع پايه (هاب) تا نوك را به هفت نقطه تقسيم كرده و خصوصيات جريان از قبيل توزيع سرعت، درجه حرارت و فشار را حول اين نقاط در يازده طبقه مورد بررسي قرار گرفته است. به‌دست آوردن خواص پاي تا نوك پره به صورت تحليل سه بعدي مي‌باشد. در طراحي حاضر با التفات به ضرورت حصول اطمينان از حضور تعادل شعاعي، از شيوه چرخش آزاد بهره‌گيري شده است. تمامي محاسبات به وسيله نرم افزار متلب انجام شده است. دهانه ورودي كمپرسور طراحي شده، زنگي شكل بوده و همانند نازل عمل مي‌كند. همچنين در پروژه حاضر، پس از طراحي پره‌هاي جزء ثابت طبقه واپسين، به منظور خطي سازي جريان خروجي كمپرسور از پره‌هاي هادي جريان خروجي بهره‌گيري شده است. شايان ذكر است به منظور تقليل سرعت محوري جريان ورودي به محفظه احتراق، از ديفيوزر استفاده شده است تا عمليات احتراق در شرايط كاملا ايده‌آل صورت گيرد. جهت انتخاب صحيح نوع دهانه ديفيوزر از ضريب بازيابي فشار استاتيك و نسبت سطح مقطع ورودي و خروجي بهره‌گيري شده است. در عمليات طراحي مزبور، از پره‌هاي هادي جريان ورودي پيش از پره‌هاي جزء دوار طبقه نخست، بهره‌گيري شايسته‌اي به عمل آمده است. شايان ذكر است كه پره‌هاي هادي جريان ورودي به صورت نازل عمل مي‌كنند. در طراحي صورت گرفته بازده پلي‌تروپيك (90) درصد مي‌باشد و بازده آيزنتروپيك (85)درصد محاسبه شده است. وضعيت پره راهنماي ورودي نيز به گونه‌‌اي مي‌باشدكه زاويه‌ي سرعت مطلق ورودي به جزء دوار در قطر مرجع برابر (8) درجه مي‌باشد. بر اساس ماخ مطلق و نسبي محاسبه شده در كليه طبقات، ماكزميم ماخ مطلق ورودي و خروجي روتور مربوط به طبقه يازدهم بوده و مقدار محاسبه شده به ترتيب (0/54) و (0/71) (در قطر مرجع) مي‌باشد. همچنين ماكزيمم ماخ نسبي ورودي و خروجي روتور مربوط به طبقه اول بوده و مقدار محاسبه شده به ترتيب (0/91) و (0/68) مي‌باشد. ضريب انتشار، عدد دهالر، بار طبقه، درجه عكس‌العمل و ضريب جريان پارامترهايي هستند كه جهت بررسي كيفيت و صحت طراحي مزبور استفاده شده‌اند. عدد دهالر در پره‌هاي جزء دوار و ثابت مي‌بايستي بيشتر يا مساوي (0/72) باشد كه در طراحي مزبور در محدوده‌ي اطمينان قرار دارد. بار طبقات كمپرسور جريان محوري طراحي شده بين (0/27) تا (0/42) بوده كه كاملا مورد تاييد مي‌باشد. ضريب جريان طبقه نخست كمپرسور جريان محوري طراحي شده حدود (0/71) بوده كه اين مقدار با گذر در راستاي طبقات كاهش يافته و در طبقه انتهايي حدود (0/56) مي‌باشد. به منظور تسهيل در امر ارائه مطلوب نمودارها از نرم افزار اكسل بهره‌گيري شايسته‌اي به عمل آمده است.

1399/06/28

Conceptual Aerodynamic Design of an Industrial Eleven Stages Axial Flow Compressor with an Overall Pressure Ratio of Ten

4/20/2021 12:00:00 AM

The current thesis have an aim to present a conceptual aerodynamic design of an eleven stages axial flow compressor with inlet guide vanes locating in the front of the first stage rotor, using one dimensional method. The design procedure conducted for an industrial axial flow compressor to be used in a four (MW) oil industrial gas turbine. In the main design investigation, two different configuration were considered. The first, with an inlet guide vanes and the second, without IGVs. This thesis presents only the case of design with the IGVs. The design target have the objective of providing meridional view in addition to the rotor and stator blades profiles, all in the mean diameter as a main reference design point. In this design the temperature rising method comparing to the pressure rising technic compromised as a better and beneficial approach. The geometry of the axial flow compressor considered as hub rising and tip constant diameters. The camber line selected to be a circular configuration. The geometrical shape and the profiles of both, the rotationary and the stationary compressor blades provided, by using aforementioned camber line arrangement. After the preliminary design the span of both rotor and stator divided by seven identical points from hub to tip diameters. The velocities distributions in addition to the temperatures and pressures changes within the seven points of the eleven stages were considered in more details. In order to satisfy the radial equilibrium the flow properties on the entire seven points were calculated using, the free vortex method. It is worth noting that all calculations were carried out through the MATLAB Software Application. To present the figures and the graphs in the aim of better understanding approach achievements all of them using the Excel Software.