ВИХРЕВОЙ КОМПРЕССОР Российский патент 1995 года по МПК F04D17/06 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в компрессорах вихревого типа.

Известен вихревой компрессор, содержащий корпус с кольцевым рабочим каналом со всасывающим и нагнетательным окнами, размещенный в канале между окнами отсекатель, установленное в корпусе рабочее колесо, на диске которого установлен лопаточный венец, а в отсекателе выполнено отверстие для отбора газа. В этой конструкции газ, находящийся в межлопаточном пространстве венца и нагретый в процессе сжатия, частично отводится из отсекателя через отверстие. Тем самым уменьшается нежелательный перенос горячего газа с нагнетания на всасывание компрессора, увеличивается эффективность машины. Недостатком конструкции является то, что отвод газа из отсекателя производится обратно в рабочий канал (через упомянутое отверстие по специальному трубопроводу в зону промежуточного давления). Хотя вредное влияние балластного газа таким образом и уменьшается, однако в недостаточной степени, поскольку горячий газ под некоторым промежуточным давлением все-таки попадает на всасывание компрессора из межлопаточного пространства венца.

Наиболее близким техническим решением является вихревой компрессор, содержащий корпус с кольцевым рабочим каналом со всасывающим и нагнетательным окнами, размещенный в канале между окнами отсекатель, установленное в корпусе рабочее колесо, на диске которого установлен лопаточный венец, причем в корпусе и отсекателе выполнены сообщенные между собой эквидистантные лопаточному венцу дугообразные щели для продувки отсекателя. В этой конструкции балластный горячий газ из межлопаточного пространства венца практически полностью отводится в атмосферу и исключается из процесса сжатия в компрессоре. В конструкции обеспечен эффект продувки, когда благодаря особой дугообразной форме и расположению щели обеспечивается замена горячего газа в межлопаточном пространстве венца на холодный газ, поступающий из атмосферы. Такая продувка существенно повышает эффективность машины, так как снижается температура газа на всасывании (нет подпитки балластным горячим газом), увеличивается степень сжатия в ступени, увеличивается весовая производительность. Степень продувки в рассматриваемой конструкции существенным образом зависит от размеров дугообразной щели. С одной стороны, уменьшение длины дуги щели ведет к неполной продувке со всеми вытекающими последствиями. С другой стороны, увеличение длины дуги щели хотя и интенсифицирует продувку, но может производиться только за счет увеличения участка кольцевого рабочего канала, занятого отсекателем (дуга размещена в границах этого участка). Тем самым уменьшается остальная часть рабочего канала, в которой происходит собственно процесс сжатия газа, а это снижает эффективность компрессора. Поэтому в рассматриваемой конструкции существует некий предел повышения эффективности за счет продувки.

Целью изобретения является повышение эффективности вихревого компрессора. Положительный эффект достигается за счет совмещения двух газодинамических процессов продувки (отвода горячего газа из отсекателя) и всасывания. В результате активизируется формирование потока на входе в компрессор, расширяется зона эффективного процесса сжатия в рабочем канале, т.е. увеличивается эффективность компрессора.

Указанная цель достигается тем, что в вихревом компрессоре, содержащем корпус с кольцевым рабочим каналом со всасывающим и нагнетательным окнами, размещенный в канале между окнами отсекатель, установленное в корпусе рабочее колесо, на диске которого установлен лопаточный венец, причем в корпусе и отсекателе выполнены сообщенные между собой эквидистантные лопаточному венцу дугообразные щели для продувки отсекателя, лопатки размещены на торце диска, их входные и выходные кромки расположены на коаксиальных цилиндрических поверхностях, соответственно меньшего и большего диаметров, всасывающее окно выполнено в виде эквидистантной лопаточному венцу дугообразной щели и размещено со стороны входных кромок лопаток, а щели для продувки отсекателя размещены со стороны выходных кромок лопаток, при этом сектор расположения щелей корпуса и отсекателя расположен в плоскости, перпендикулярной оси вращения, на смежных частях секторов, соответствующих дугам щели всасывающего окна и занятого отсекателем участка кольцевого рабочего канала.

На обращенной к лопаткам венца торцевой стенке отсекателя в зоне размещения его щели может быть выполнен открытый в эту щель карман.

Вихревой компрессор может быть снабжен установленным на обращенной к лопаткам венца торцевой стенке рабочего канала в зоне всасывающего окна вкладышем из звукопоглощающего материала.

Вихревой компрессор может быть снабжен радиально установленным в рабочем канале козырьком для направления отводимого в щель потока газа.

На фиг. 1 изображен вихревой компрессор; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 разрез В-В на фиг. 2.

Вихревой компрессор содержит корпус 1 с кольцевым рабочим каналом со всасывающим и нагнетательным окнами 2 и 3, размещенный в канале между окнами 2 и 3 отсекатель 4, установленное в корпусе 1 рабочее колесо, на диске 5 которого установлен лопаточный венец 6, причем в корпусе 1 и отсекателе 4 выполнены сообщенные между собой эквидистантные лопаточному венцу 6 дугообразные щели 7, 8, для продувки отсекателя 4. Лопатки венца 6 размещены на торце диска 5, их входные и выходные кромки расположены на коаксиальных цилиндрических поверхностях соответственно меньшего и большего диаметров d и D. Всасывающее окно 2 выполнено в виде эквидистантной лопаточному венцу 6 дугообразной щели и размещено со стороны входных кромок лопаток (с внутренней стороны цилиндрической поверхности диаметра d), а щели 7, 8 для продувки отсекателя 4 размещены со стороны выходных кромок лопаток (с наружной стороны цилиндрической поверхности диаметра D), при этом сектор ϕ_{продув.} расположения щелей 7, 8 корпуса 1 и отсекателя 4 расположен в плоскости, перпендикулярной оси вращения на смежных частях секторов ϕ_всас. и ϕ_отс., соответствующих дугам щели всасывающего окна 2 и занятого отсекателем 4 участка кольцевого рабочего канала. Иными словами, сектор ϕ_{продув.} как бы перекрывает общую границу двух соседних секторов ϕ_всас. и ϕ_отс..

На обращенной к лопаткам венца 6 торцевой стенке отсекателя 4 (см. фиг. 3) в зоне размещения его щели 8 может быть выполнен открытый в эту щель 8 карман 9 (на фиг. 2 контур тела отсекателя 4, занятого щелью 8 и карманом 9, обозначен штрихпунктирной линией).

Вихревой компрессор может быть снабжен установленным на обращенной к лопаткам венца 6 торцевой стенке рабочего канала в зоне всасывающего окна 2 вкладышем 10 из звукопоглощающего материала.

Вихревой компрессор может быть снабжен радиально установленным в рабочем канале козырьком 11 для направления отводимого в щель 7 потока газа.

Вихревой компрессор работает следующим образом. При вращении рабочего колеса в рабочий канал корпуса 1 компрессора через всасывающее окно 2 поступает газ. В рабочем канале лопатками венца 6 газу передается энергия в процессе особого, спиралеобразного (вихревого) движения потока по каналу. Сжатый газ выводится из канала через нагнетательное окно 3. Часть газа, находящаяся в межлопаточном пространстве венца 6 и сжатая до давления нагнетания, переносится лопатками в отсекатель 4. В отсекателе 4, попав в часть сектора ϕ_отс, смежную с сектором ϕ_всас и открытую щелью 8 в щель 7, горячий газ из межлопаточного пространства венца 6 под действием перепада давлений и центробежных сил отводится через щель 7 наружу в атмосферу (как бы выбрасывается из межлопаточного пространства). Далее в части сектора ϕ_всас, смежной с сектором ϕ_отс и открытой в щель 7, происходит как бы продувка межлопаточного пространства венца 6: лопатки входными кромками захватывают свежий холодный газ из всасывающего окна 2 и выбрасывают в щель 7. Важно подчеркнуть, что при этом происходит одновременное интенсивное формирование потока газа через лопаточный венец 6 от его центра к периферии. Это формирование важно с точки зрения дальнейшего принятия потоком спиралеобразной формы (вихревого движения) в рабочем канале. В результате процесс всасывания, происходящий в части сектора ϕ_всас, не занятой щелью 7, обеспечивается уже сформированным потоком от центра к периферии лопаточного венца 6. Такое всасывание обеспечивает возникновение вихревого движения в рабочем канале сразу же после всасывающего окна 2 (поток получает закручивающий импульс). Благодаря этому увеличивается эффективность сжатия в компрессоре, так как вихревое движение является базовым при передаче энергии от колеса к газу. Описанный эффект характерен только для рассматриваемой конструкции. Например, в прототипе формирование потока происходит на всасывании с нуля, так как щель для продувки отделена от всасывания участком отсекателя. Практика показывает, что на формирование вихревого потока тратится солидный участок кольцевого рабочего канала вместе с всасывающим окном. Поэтому экономия канала для эффективного сжатия газа дает ощутимый эффект. Следует отметить, что к преимуществам изобретения в сравнении с прототипом относится также и то, что процесс продувки разделен на две фазы: выброс горячего газа на части сектора ϕ_отс, открытой в щель 7, и собственно сама продувка на части сектора ϕ_всас, открытой в щель 7. Благодаря этому исключен характерный для прототипа возможный выброс горячего газа, направленный против продувающего потока и затрудняющий его формирование. В конечном итоге это позволяет сократить необходимые для полноценной продувки и всасывания угловые размеры секторов ϕ_продув и ϕ_всас, т.е. опять-таки сэкономить рабочий канал, повысить эффективность компрессора.

Карман 9 увеличивает размеры щели 8, способствует более быстрому выбросу горячего газа из межлопаточного пространства венца 6 в щель 7. Это также позволяет сократить угловые размеры секторов ϕ_продув и ϕ_всас.

Процесс продувки сопровождается значительным шумом. Для его снижения, а также для направления продувающего потока в межлопаточное пространство венца 6 служит вкладыш 10.

Отсечка продувающего потока от всасываемого с помощью козырька 11 способствует более быстрому формированию вихревого движения в рабочем канале.

Использование: в области машиностроения, в компрессорах вихревого типа. Сущность изобретения: в рабочем канале компрессора между всасывающим и нагнетательным окнами 2 и 3 установлен отсекатель 4. В корпусе 1 и в отсекателе 4 со стороны выходных кромок лопаток венца 6 выполнены сообщенные между собой дугообразные щели 7, 8 для продувки отсекателя 4. Всасывающее окно 2 выполнено также в виде дугообразной щели и размещено со стороны входных кромок лопаток венца 6. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. ВИХРЕВОЙ КОМПРЕССОР, содержащий корпус с кольцевым рабочим каналом со всасывающим и нагнетательными окнами, размещенный в канале между окнами отсекатель, установленное в корпусе рабочее колесо, на диске которого установлен лопаточный венец, причем в корпусе и отсекателе выполнены сообщенные между собой эквидистантные лопаточному венцу дугообразные щели для продувки отсекателя, отличающийся тем, что лопатки размещены на торце диска, их входные и выходные кромки расположены на коаксиальных цилиндрических поверхностях соответственно меньшего и большего диаметров, всасывающее окно выполнено в виде эквидистантной лопаточному венцу дугообразной щели и размещено со стороны входных кромок лопаток, а щели для продувки отсекателя размещены со стороны выходных кромок лопаток, при этом сектор расположения щелей корпуса и отсекателя расположен в плоскости, перпендикулярной оси вращения на смежных частях секторов, соответствующих дугам щели всасывающего окна и занятого отсекателем участка кольцевого рабочего канала. 2. Компрессор по п. 1, отличающийся тем, что на обращенной к лопаткам торцевой стенке отсекателя в зоне размещения его щели выполнен открытый в эту щель карман. 3. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен установленным на обращенной к лопаткам торцевой стенке рабочего канала в зоне всасывающего окна вкладышем из звукопоглощающего материала. 4. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен радиально установленным в рабочем канале козырьком для направления отводимого в щель потока газа.