ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОМПРЕССОР Российский патент 1995 года по МПК F04D17/08 

Изобретение относится к турбокомпрессоростроению, в частности к области расширения диапазонов режимов работы центробежного компрессора.

Известны конструкции, имеющие целью расширение диапазона режимов работы центробежного компрессора [1] Одна из таких конструкций предусматривает установку поворотных лопаток на входе в рабочее колесо. Эта конструкция достаточно сложна, так как требует создания механизма поворота лопаток и вывода его наружу из компрессора.

Другая конструкция [2] требует перепуска части сжатой рабочей среды на всасывание, что также не обходится без конструктивных усложнений (дополнительные коммуникации, организация отбора рабочей среды и т.д.). При этом для регулирования производительности центробежного насоса используются специально встроенные в корпус тор-обтекатель и подпружиненный элемент кольцо, регулирующие подачу жидкости, что конструктивно также весьма сложно.

Известен центробежный компрессор [3] содержащий рабочее колесо, снабженное дополнительными лопатками на наружной стороне покрывного диска. Используемые дополнительные лопатки в совокупности с уплотнением по покрывающему диску рабочего колеса дают возможность существенно уменьшить протечки рабочей среды на всасывание на расчетном режиме. Однако расширение диапазона режимов работы в данной конструкции не достигается.

Целью изобретения является расширение диапазона режимов работы путем перепуска части рабочей среды из области нагнетания на всасывание и наоборот.

Цель достигается тем, что в центробежном компрессоре дополнительные лопатки выполнены радиальными и имеют наружный диаметр меньше наружного диаметра колеса, а кольцевой канал между стенкой диафрагмы и наружной поверхностью покрывного диска свободно сообщен с полостями всасывания и нагнетания рабочего колеса.

На чертеже показан предлагаемый компрессор в разрезе.

В корпусе 1 центробежного компрессора размещены рабочее колесо 2 и диафрагма 3. Рабочее колесо 2 содержит основной диск 4, рабочие лопатки 5 и покрывной диск 6, снабженный на наружной поверхности 7 дополнительными лопатками 8, установленными с зазором δот стенки 9 диафрагмы 3. В компрессоре имеется кольцевой канал 10.

Известно, что максимальный статический напор создается рабочим колесом с радиальными лопатками ( 90^о). В стационарных центробежных компрессорах, как правило, меняются закрытые (с покрывным диском) рабочие колеса с загнутыми назад лопатками ( <90^о) как наиболее экономичные.

Дополнительные радиальные лопатки 8 спроектированы таким образом, что их статический напор равен статическому напору рабочих лопаток 5 на расчетном режиме рабочего колеса 2, что удается обеспечить при наружном диаметре лопаток 8 меньше, чем у лопаток 5. Ширина b дополнительных лопаток 8 назначается такой, что на расчетном режиме рабочего колеса 2 в кольцевом канале 10 организуется циркуляционное течение, а расходное течение исключается. Тем самым на расчетном режиме рабочее колесо 2 пропускает необходимый расход, а утечка рабочей среды исключается запирающим эффектом, создаваемым дополнительными лопатками 8 и малым торцовым зазором δ, величина которого назначается как для типичных полуоткрытых колес.

Улучшение условий обтекания решетки лопаток 5 рабочего колеса 2 из-за отсутствия прерывающей струи от протечек на всасывание рабочего колеса повышает его КПД. При увеличении производительности рабочего колеса 2 (снижении давления в полости 12 нагнетания) дополнительные лопатки 8 начинают функционировать как параллельно работающее колесо и благодаря этому и свободному сообщению кольцевого канала 10 с полостями всасывания 11 и нагнетания 12 рабочего колеса 2 обеспечивают подачу дополнительного количества рабочей среды в полость нагнетания. Тем самым область работы центробежного компрессора в зоне больших производительностей расширяется.

При уменьшении производительности рабочего колеса 2 (увеличении давления в полости 12 нагнетания) возникает утечка сначала в зазоре δ, а затем и во всем кольцевом канале 10 из полости нагнетания в полость 11 всасывания. Тем самым образуется интенсивное циркуляционное течение у покрывного диска 6 рабочего колеса 2, способствующее затягиванию срыва потока в рабочем колесе 2 и компрессоре в сторону уменьшения расхода через ступени компрессора. Таким образом, область работы в зоне малых производительностей центробежного компрессора также расширяется.

Таким образом, заявляемая конструкция позволяет расширить диапазон режимов работы без введения дополнительных конструктивных уплотнений, получив для рабочего колеса на расчетном режиме повышение экономичности (0,5.1%) за счет исключения протечек сжатой рабочей среды у покрывного диска рабочего колеса и исключает уплотнение по покрывному диску. Наиболее оптимальный вариант рабочего колеса литое исполнение.

Весьма важное обстоятельство соблюдение оптимального (достаточно малого) зазора между дополнительными лопатками и стенкой диафрагмы, ибо он значительно влияет на экономичность. Следует отметить, что потери на дисковое трение в предлагаемой конструкции по сравнению с обычной несколько возрастают, однако указанное повышение эффективности рабочего колеса превалирует над отмеченным недостатком.

Использование: в компрессоростроении. Сущность изобретения: рабочее колесо 2, размещенное в корпусе 1, содержит основные лопатки 5, расположенные между несущим 4 и покрывными 6 дисками, и дополнительные радиальные лопатки 8, имеющие наружный диаметр меньше наружного диаметра колеса и установленные на наружной поверхности покрывного диска 6, образующего с диафрагмой 3 кольцевой канал 10, свободно сообщенный с полостями всасывания 11 и нагнетания 12. 1 ил.

ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОМПРЕССОР, содержащий расположенные в корпусе рабочее колесо с несущим и покрывным дисками и с размещенными между ними основными лопатками и установленными на наружной поверхности покрывного диска дополнительными лопатками, кольцевой канал между стенкой диафрагмы и наружной поверхностью покрывного диска, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона режимов работы компрессора путем перепуска части рабочей среды из области нагнетания на всасывание и наоборот, дополнительные лопатки выполнены радиальными, имеют наружный диаметр меньше наружного диаметра колеса, а кольцевой канал свободно сообщен с полостями всасывания и нагнетания рабочего колеса.