Развитие компрессорных технологий. Компрессорная, вакуумная, холодильная техника и пневмосистемы

1.

Санкт-Петербургский политехнический
университет Петра Великого
Кафедра «Компрессорная, вакуумная
и холодильная техника»
Научно-инжиниринговый центр
"Компрессорная, вакуумная, холодильная техника
и пневмосистемы"
Введение. Развитие
компрессорных технологий
Заведующий кафедрой
Кожухов Юрий
Владимирович
Газпром нефть
Директор центра
Карташов Сергей
Владимирович
12 ноября 2018

2.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НТЦ КВХТиП
www.kviht.ru
Содержание
1. О кафедре и научно-инжиниринговом
центре
2. Типы и виды компрессоров
3. Направления инновационного
развития в компрессоростроении
2

3.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
1. О кафедре и научно-инжиниринговом центре
3

4.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
Кафедра «Компрессорная вакуумная и холодильная
техника»
(дата основания: 21 августа 1930г. )
Первая в мире специализированная
кафедра по компрессорам
Основателем кафедры и первым
заведующим был
Константин Иванович Страхович
(1904,
Санкт-Петербург
–1968,
Ленинград) — специалист в области
термодинамики, компрессоростроения,
гидромеханики,
баллистики,
профессор
нескольких вузов Ленинграда.
В годы Великой отечественной войны
работал в на Рыбинском заводе (г.
Рыбинск).
4

5.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
Научно-инжиниринговый
центр «Компрессорная,
вакуумная, холодильная
техника и пневмосистемы»
(создан специалистами
кафедры «Компрессорная,
вакуумная и холодильная
техника» СПбПУ)
Единственный
специализированный НИЦ по
компрессорной технике
Основные направления работы
центра соответствуют основным
проблематикам, существующим у
промышленности
в
области
компрессорной,
вакуумной,
холодильной
техники
и
пневмосистем
5

6.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
Исследование и
проектирование
компрессоров различных
типов
Курсы повышения
квалификации
Экспертизы проектов и
оборудования
Пневмоаудиты
Инженерное
компьютерное
моделирование
Разработка программного
обеспечения
Разработка нормативнотехнической документации
Системы управления
надежностью
Федеральные целевые программы по созданию нового
оборудования и производств
6

7.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
Очные и заочные
бакалавриат и
магистратуры по
профилям:
Компрессорные и холодильные
машины и установки;
• Вакуумная и компрессорная
техника физических установок;
• Компрессоры, оборудование и
газотранспортные сети
нефтегазовой отрасли;
• Компрессоры, холодильные
установки и газотранспортные
сети нефтегазовой отрасли.
Очные и заочные
аспирантура и
докторантура по
специальности:
05.04.06 «Вакуумная,
компрессорная
техника и
пневмосистемы»
7

8.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
Значительная экспериментальная база
и верификация результатов CFD-моделирования
На кафедре расположены 7 испытательных стендов
суммарной мощностью около 3,5 МВт. В том числе имеется
стенд замкнутого контура на давление до 100 атм.
На протяжении своей истории кафедра накопила обширную базу
результатов натурных экспериментов (более 500 экспериментов).
Постоянно проводится
обширная работа по
валидации и верификации
CFD-расчетов
турбокомпрессоров с данными
натурных экспериментов
8

9.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
Модельные ступени кафедры
За многодесятилетнюю проектную и
экспериментальную деятельность
кафедры создана база данных:
-
более 300 натурных испытаний
ступеней центробежных
компрессоров;
-
более 150 испытаний элементов
проточной части компрессоров;
-
более 50 результатов натурных
исследований нестационарных
процессов в центробежных
компрессорах
9

10.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
Основатель научной школы
компрессоростреония
Константин Павлович
Селезнёв (1920 – 1998 г.г.)
К.П. Селезнев - основатель научной
школы компрессоростроения в ЛПИ –
СПбПУ. с 1960 г. и до 1989 г. заведовал
кафедрой компрессоростроения ЛПИ
ведущим
научным
центром
компрессоростроения страны. В 1973 –
1983 гг. был ректором ЛПИ. После 1989 г.
был
профессором
научным
руководителем исследовательских групп,
связанных с тематикой центробежных
компрессоров высокого и сверхвысокого
давления.
Председатель
НТС
Министерства
нефтяной и химической промышленности
СССР,
председатель
секции
компрессорного машиностроения.
10

11.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
Стенды кафедры
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
Для развития теории и решения задач проектирования необходимы
экспериментальные исследования моделей компрессоров на
специальных стендах
Стенд для испытания моделей центробежных
компрессоров
(мощность до 800 кВт,
регулируемое число оборотов до 18000 об/мин)
Стенд для испытания моделей
центробежных компрессоров
при давлении до 100 ата
11

12.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
МАСШТАБ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ
Только для газовой
промышленности ОАО
«Газпром» и других стран
выполнены более 50
реализованных проектов
компрессоров в количестве
более 330 шт. с
установленной мощностью
более 5 млн. кВт – это около
10% всех центробежных
компрессоров по
компримированию природного
газа ОАО «Газпром».
Пример:
Пятиступенчатый
нагнетатель 108-51-1 с конечным
давлением 12,3 МПа. (Первый
компрессор нового поколения
для газовой промышленности.
Газодинамический
проект
кафедры КВиХТ СПбПУ.
12

13.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
ПРОЕКТИРОВАНИЕ и
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
КОМПРЕССОРОВ
ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ КОМПРЕССОРЫ
Кафедра обладает собственными методиками
газодинамического проектирования проточных частей
центробежных компрессоров, включая собственные методики
проектирования высокоэффективных осерадиальных рабочих
колес. Осерадиальное рабочее
колесо проекта «РК-6»,
П=1,74, политропный КПД
колеса по полным параметрам
на расчетном режиме η*п
ст=0,915.
По данным рейтинговых
агентств США на 2016 г.
исследования кафедры по
крупноразмерным ОРК ЦК
лидирующие в мире.
13

14.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
ПРОЕКТИРОВАНИЕ и
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
КОМПРЕССОРОВ
ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ КОМПРЕССОРЫ
Современные и перспективные центробежные компрессоры
(нагнетатели) природного газа
14

15.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
ПРОЕКТИРОВАНИЕ и
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
КОМПРЕССОРОВ
ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ КОМПРЕССОРЫ
Современные и перспективные
авиационные центробежные
компрессоры
15

16.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
ПРОЕКТИРОВАНИЕ и
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
КОМПРЕССОРОВ
ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ КОМПРЕССОРЫ
Современные и
перспективные
центробежные
компрессоры
общепромышленного
назначения
16

17.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
ПРОЕКТИРОВАНИЕ и
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
КОМПРЕССОРОВ
ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ КОМПРЕССОРЫ
Результат верификации
результатов CFDмоделирования с данными
натурного эксперимента
для 2-х ступенчатого
центробежного
компрессора ЗАО НЗЛ
(ЗАО РЭПХ)
17

18.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
ПРОЕКТИРОВАНИЕ и
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
КОМПРЕССОРОВ
ОСЕВЫЕ КОМПРЕССОРЫ
Проект модернизации в целях повышения КПД и
уменьшения массогабаритных показателей
компрессора авиационного ГТД Д-36
Проект осевого
компрессора природного
газа магистрального
газопровода
18

19.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
ПРОЕКТИРОВАНИЕ и
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
КОМПРЕССОРОВ
ОСЕВЫЕ КОМПРЕССОРЫ
Исследование трехмерного вязкого
течения ступени К-100-2Л.
Пример численного
исследования активного
контроля потока в
высокоскоростном
четырехступенчатом
авиационном осевом
компрессоре
19

20.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
ПРОЕКТИРОВАНИЕ и
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
КОМПРЕССОРОВ
КОМПРЕССОРНЫЕ БЛОКИ И УСТАНОВКИ
Компрессорная установка по
утилизации попутного нефтяного
газа с ротационно-пластинчатым
компрессором
Герметичный блок-модуль
газоперекачивающего агрегата
мощностью N=16 МВт подводного
расположения на устье скважины
Штокмановского месторождения
20

21.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
Используемые программные пакеты
Программные
комплексы
разработки
кафедры КВиХТ –
15 программ
21

22.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ
на кафедральном и университетском суперкомпьютерах
Мощный инструмент повышения эффективности
работы проточной части турбомашин
П*
1,40
(2-2)
Фр.опт.=0,105
1,30
1,20
1,10
1,00
0,08 0,1 0,12 0,14 0,16
Фр
В результате проведенной
кафедрой многокритериальной
оптимизации удалось увеличить
расчетный КПД модельной ступени
НЗЛ-РЭПХ на 1,58%
22

23.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ПРОЦЕССОВ В
ЦЕНТРОБЕЖНЫХ КОМПРЕССОРАХ
Разработка признаковой системы защиты от
помпажа турбокомпрессора
Собственный
кафедральный стенд по
исследованию
нестационарных
явлений в проточной
части, в том числе
предсрыва, срыва
потока и попмажа
23

24.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ПРОЦЕССОВ В
ЦЕНТРОБЕЖНЫХ КОМПРЕССОРАХ
Преимущества признаковой системы защиты от
помпажа турбокомпрессора
1.
Определение
достоверной
границы начала помпажа в
зависимости от текущих условий
эксплуатации турбокомпрессора.
2. Расширение устойчивой зоны
работы
турбокомпрессора
не
менее, чем на 5% в сторону
помпажа.
3. Мониторинг в реальном
времени
параметров
газодинамической устойчивости
турбокомпрессора.
Пример: характеристика
центробежного компрессора
природного газа с указанием
зоны попмажа
24

25.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
Компрессоры объемного действия
На кафедре защищено 40
кандидатских и 4 докторских
диссертации по поршневым
компрессорам.
Всего защищено 145 кандидатских,
16 докторских диссертаций
Стенды исследования
поршневого компрессора
Френкель Марк Исаакович. Выпускник
и преподаватель кафедры КВиХТ,
учёный, основоположник научной школы
По поршневым компрессорам в СССР.
25

26.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
Компрессоры объемного действия
Программы расчёта поршневых компрессоров
26

27.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
ПРИМЕРЫ РАБОТ:
Поршневые компрессоры
Расчёт напряжений
Динамический анализ
Расчёт глушителей
27

28.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
ПРИМЕРЫ РАБОТ:
Ротационно-пластинчатый компрессор
Проектирование
Моделирование
Анализ
28

29.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
ПРИМЕРЫ РАБОТ:
Винтовые компрессоры
Циклоидный профиль
29
Ассиметричный профиль Круговой профиль

30.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
ПРИМЕРЫ РАБОТ:
30

31.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
ПРИМЕРЫ РАБОТ:
31

32.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
ПРИМЕРЫ РАБОТ:
32

33.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
ПРИМЕРЫ РАБОТ:
33

34.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
Пневмоаудиты и разработка оптимальных пневмосистем
любой сложности для предприятий на основе
математического моделирования на собственном
верифицированном на реальных объектах ПО
34

35.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
Студенческое конструкторское бюро (СКБ)
«Компрессор»
Научно-практическое
студенческое
объединение кафедры
-
-
Участие в перспективных
и разработках кафедры;
Участие в договорных
оплачиваемых работах;
Публикация в научных
журналах и участие в
научных конференциях;
Начало работы над
бакалаврским и
магистерским дипломом
с младших курсов.
35

36.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
КУРСЫ ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ С ВЫДАЧЕЙ
УДОСТОВЕРЕНИЯ ГОСУДАСТВЕННОГО ОБРАЗЦА В
ОБЛАСТИ КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКИ И
ПНЕВМОСИСТЕМ
Примеры программ:
- Компрессорная техника,
базовый и расширенный
модули;
- Турбокомпрессоры,
базовый и расширенный
модули;
- Ротационнопластинчатые
компрессоры, базовый и
расширенный модули,
и другие.
Разработанных программ
- 14
- Возможна разработка
программ под специфику
заказчика.
Проведение 6 лабораторных работ:
центробежный, осевой, поршневой, винтовой
компрессоры, модель компрессорной
станции, плоский диффузор.
Натуральные
компрессоры
в качестве
наглядного
материала
36

37.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДОГОВОРНЫХ РАБОТАХ
Заказчики:
НИР и НИОКР: Ряд крупнейших российских компаний, в том
числе ОАО «Газпром», НК Роснефть, ОАО «Силовые
машины», ОДК, ГУП «Петербургский метрополитен», и ряд
других компаний.
Курсы: Газпром-Нефть, Роснефть, НПО «Искра», ОДКГазовые турбины, ГУП «Петербургский метрополитен» и др.
Темы работ:
- Центробежные и осевые турбокомпрессоры
(проектирование, оптимизация, оценка эффективности,
нестационарные процессы).
- Компьютерное моделирование рабочих процессов в
компрессорах и аэродинамическое моделирование объектов.
- Экспертизы и предпроектная проработка компрессорных
установок и пневматических систем.
Достигнутые результаты:
Около 10% всех центробежных компрессоров природного
газа, в настоящий момент работающих в ОАО «Газпром»,
созданы по газодинамическим проектам кафедры, помимо
37
значимых результатов с меньшим масштабом внедрения.

38.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
НОВЫЕ МОЩНОСТИ
СПбПУ
Запуск в 2015 году нового
кластерного комплекса
«Политехник», Топ №3 СНГ:
1) Топ №3 СНГ: Linpack: 658.11
Tflop/s; 19 936 ядер.
Узлов: 712 (2 x Xeon E5-2697v3 2.6
GHz 64 MB RAM). Запуск в 2015 г.
2) Топ №8 СНГ: Linpack: 165
Tflop/s; 17 280 ядер.
Узлов: 288 (Acc: Xeon Phi 5120D
1.053 GHz 8 GB RAM). Запущен в
2014 г.
Гетерогенный кластер РСК
«Торнадо» 1336 CPU, 18706
ядер, СПбПУ
38

39.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
1. Основные образовательные
программы (дневное и заочное
обучение):
«Энергетическое машиностроение»,
«Технологические машины и
оборудование»
2. Аспирантура и докторантура по
научной специальности 05.04.06
«Вакуумная, компрессорная техника и
пневмосистемы»
3. Научно-исследовательская
лаборатория кафедры:
Лаборатория «Компьютерное
имитационное моделирование и расчеты на
прочность»
4. Студенческое конструкторское бюро
«Компрессор».
Руководитель – А.М. Данилишин.
39

40.

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
ЕЖЕГОДНЫЙ МЕЖДУНАРОДНЫЙ ПРОМЫШЛЕННЫЙ
СИМПОЗИУМ «КОМПРЕССОРЫ И КОМПРЕССОРНОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ» ИМ. К.П. СЕЛЕЗНЕВА (проводится с 1994 г.)
Санкт-Петербург, сезон Белых ночей
21 симпозиум: 29 — 31 мая 2019 г.
Количество участников в 2018 г.:
- 120 руководителей и специалистов;
- 51 организация, из них 23 – потребители, 28 –
производители, проектировщики.
Объем программы:
- 35 докладов, из них 8 пленарных;
- сборник трудов симпозиума, содержащий 29
полнотекстовых статей, объёмом 235 стр.
40

41. Благодарю за внимание!

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра КВиХТ
НИЦ КВХТиП
www.kviht.ru
Благодарю за внимание!
Кафедра КВиХТ НИЦ КВХТиП
Кожухов Юрий Владимирович, тел. +7 (921) 5678-4-91
Карташов Сергей Владимирович, тел. +7 (950) 005-98-90
WWW.KVIHT.RU
41