Investigation of inlet guide vane efficiency in centrifugal compressors for theturbo refrigeration machines

Abstract

The article investigates the influence of geometric parameters of inlet guide vanes (IGVs), including blade profiling and design features, on their operational efficiency. IGVs are widely used in centrifugal compressors of turbo-refrigeration machines with various refrigerants to control compres-sor performance by adjusting flow swirl at the impeller inlet. The purpose of the study was to deter-mine the effect of the shape and angle of curvature of the IGV blade profile on its effectiveness when creating a flow swirl at the inlet to the impeller. The study provides theoretical foundations of how inlet swirl affects the aerodynamic characteristics of centrifugal compressor stages. The research method was numerical optimization by computational gas dynamics of the IGV blade profile. The computational domain for numerical experiments consisted of an axial inlet duct with IGV, a mixed-flow impeller, and a vaneless diffuser. Simulations were performed using ideal air as the working fluid under specified inlet atmospheric pressure and outlet mass flow conditions. Approximately 120 IGV flow path configurations were analyzed at four different vane positions. Performance characteristics were derived from numerical simulations, including IGV loss coefficients as functions of dimension-lessgeometric parameters and blade shapes. The study established correlations between IGV design variants and performance characteristics, enabling the development of optimal design recommenda-tions. The most significant finding reveals how IGV blade curvatureangle critically affects swirl gen-eration efficiency at the impeller inlet. These results contribute to improved effic

Articolul este dedicat cercetăriiinfluențeiparametrilor geometrici ai dispozitivuluide ghidare a admisiei (DGA), inclusiv profilarea paletelor și caracteristicile de design, asupra eficienței lor operaționale. DGA-urile sunt utilizate pe scară largă în compresoarele centrifuge ale instalațiilorde turbo-frigorifice cu diverși agenți frigorificipentru a controla performanța compresorului prin reglarea vârtejului de curgere la intrarea rotorului. Scopul studiului a fost de a determina efectul formei și unghiului de curbură al profilului paletei IGV asupra eficacității sale la crearea unui vârtej decurgere la intrarea în rotor.Studiul oferă baze teoretice ale modului în care vârtejul de admisie afectează caracteristicile aerodinamice ale treptelorcompresorului centrifugal.Metoda de cercetare a fost optimizarea numerică prin dinamica computaționalăa gazelor a profilului paletei IGV.Domeniul computațional pentru experimentele numerice a constat dintr-o conductă axială de admisie cu IGV, un rotor cu flux mixt și un difuzor fără palete.Simulările au fost efectuate folosind aer ideal ca fluid de lucru în condiții specificate de presiune atmosferică la intrare și debit masic la ieșire.Aproximativ 120 de configurații ale traseului de curgere al IGV au fost analizate la patru poziții diferite ale paletelor.Caracteristicile de performanță au fost derivate din simulări numerice, inclusivcoeficienții de pierdere IGV ca funcții ale parametrilor geometrici adimensionali și ale formelor palelor.Studiul a stabilit corelații între variantele de proiectare ale IGV și caracteristicile de performanță, permițând dezvoltarea unor recomandări optime de proiectare.Cea mai semnificativă constatare dezvăluie modul în care unghiul de curbură al palelor IGV afectează critic eficiența generării de turbionare la intrarea rotorului.Aceste rezultate contribuie la îmbunătățirea eficienței compresoarelor centrifuge cu IGV în mașinile de turbo-refrigerare care utilizează diverși agenți frigorifici.

Статья посвящена исследованию влияния на эффективность входного регулирующего аппарата (ВРА) его геометрических параметров, включая профилирование лопаток и особенности конструктивного исполнения. Входной регулирующий аппарат центробежных компрессоров широко применяется для регулирования газодинамических характеристик центробежного компрессоратурбохолодильных машин с различными хладагентами посредством изменения закрутки потока на входе в рабочееколесо.Целью исследования являлось определение влияния формы и угла изогнутости профиля лопаткиВРА на его эффективность при создании закрутки на входе в рабочее колесо.В статье приводятся теоретические обоснования влияния закрутки потока на входе на газодинамические характеристики ступеней центробежных компрессоров. Рассмотрены конструктивное исполнение и способ профилирования лопаточных аппаратов входных регулирующих аппаратов. Методом исследования являлась численнаяоптимизацияметодами вычислительной газодинамикипрофиля лопаток ВРА. Расчетнаямодель проточной части для численного эксперимента состоит из осевого входного патрубка с входным регулирующим аппаратом, осерадиального рабочего колеса и безлопаточного диффузора. Моделирование проведено на модельном газе –идеальном воздухе при заданноматмосферном давлении на входе и массовом расходе на выходе. Всего на этапечисленной оптимизациипроведенчисленный эксперимент для порядка 120 вариантов проточных частей ВРА при четырёх различных положениях лопаток. Построенныерабочие характеристики ВРАпо результатам численного моделированияпозволиливыявитьзависимостькоэффициенты потерь ВРА от егогеометрических безразмерных параметров иформы лопаток. Представлена серия зависимостей рабочих характеристик ВРА от его вариантов исполнения, позволившаяразработать рекомендации по оптимальному проектированию ВРА. Наиболее важным результатом исследования является определение влияния угла изогнутости профиля лопатки ВРА на его эффективность при создании закрутки на входе в рабочее колесо. Значимость полученных результатовзаключается в повышения эффективности центробежных компрессоров с входным регулирующим аппаратом для турбохолодильных машин с различными хладагентами.