طراحی بهینه پره های یک مرحله منتخب در کمپرسورهای محوری بر اساس هماهنگی طبقات و عملکرد کلی کمپرسور

در فعالیت حاضر یک روش برای بهینه سازی هندسه پره های کمپرسور با هدف افزایش کارایی کل کمپرسور ارائه می شود. در این راستا بهینه سازی کل کمپرسور با استفاده از تحلیل گر روش انحنای خط جریان و طراحی پروفیل دو بعدی پره با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی با یکدیگر یکپارچه خواهند شد. الگوریتم ارائه شده برای بهبود عملکرد کل کمپرسور توسط بهینه سازی پروفیل پره های منتخب، دارای سه مرحله اصلی می باشد. در مرحله اول هندسه کل کمپرسور پارامتره می شود و سپس پارامترهای مربوط به این طبقات منتحب بهینه می شوند. در مرحله دوم هندسه پره های منتخب به چندین پروفیل دو بعدی تقسیم شده و سپس هندسه این پروفیل ها بطور جداگانه با استفاده از یک الگوریتم بهینه سازی چند -سطحه بهینه می شوند. تابع هدف بهینه سازی هر یک از پروفیل ها در مرحله دوم با استفاده از پارامترهای بهینه شده طبقات منتخب در مرحله اول تعریف می شود. در مرحله سوم به منظور از بین بردن عدم هماهنگی های ایجاد شده بین طبقات بهینه شده و دیگر طبقات کمپرسور، عملیات باز طراحی زوایای نصب پره های بهینه شده و پره های پایین دست آنها انجام می شود. در این تحقیق بهینه سازی عملکرد و بازده یک کمپرسور صنعتی جریان محوری 10 طبقه مورد بررسی قرار گرفته است. این کمپرسور مربوط به یکی از پرکاربردترین موتورهای توربینی صنایع نفت و گاز کشور می باشد. برای بررسی اثرات باز طراحی زوایای نصب بر میزان بهبود های انجام شده در عملکرد کمپرسور، بهینه سازی جریان میان گذر در دو حالت افزایش بازده فقط با طراحی دوباره سه طبقه میانی کمپرسور و بهبود بازده با طراحی دوباره طبقات میانی و بهینه سازی زاویه نصب طبقات انتهایی انجام شده است. نتایج حاکی از آن است که عدم استفاده از باز طراحی زاویه نصب طبقات انتهایی مقدار بهبودهای ایجاد شده در عملکرد کمپرسور بهینه شده را به یک سوم کاهش می دهد. بهبود بازده کمپرسور در دبی طراحی با استفاده از روش ارائه شده در این تحقیق موجب افزایش5/1 درصدی بازده و افزایش 13 درصدی نسبت فشار شده است. بهبود بازده در دبی طراحی منجر به کاهش ضریب افت فشار سکون پره های بهینه شده در زاویه حمله طراحی شده است. از آنجا که بهبود بازده فقط در دبی طراحی مد نظر بوده است، بازه مجاز زوایای حمله پروفیل های بهینه شده نسبت به پروفیل های کمپرسور مورد بررسی کاهش یافته است. برای ارزیابی توانمندی روش ارائه شده در بهینه سازی کمپرسور در شرایط خارج از طراحی، بهینه سازی با سه هدف افزایش بازده در دور 100درصد دور نامی، بهینه سازی بازده در دور 95 درصد دور نامی و بهبود توام بازده در دورهای 100 و 95 درصد دور نامی انجام شده است. بهینه سازی کمپرسور با هدف بهبود بازده هم در شرایط طراحی و هم خارج از طراحی موجب محدود شدن بهبود های ایجاد شده در بازده کمپرسور بهینه شده می شود. بطوری که میزان بهبودهای ایجاد شده در بازده کمپرسور در حالت بهبود توام بازده در دورهای 100 و 95 درصد دور نامی 30 درصد کمتر از حالت های دیگر است.