ЦЕНТРОБЕЖНАЯ СТУПЕНЬ КОМПРЕССОРА Российский патент 1999 года по МПК F04D17/08 F04D29/28 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в центробежных и осецентробежных компрессорных машинах.

Известны комбинации осевых и центробежных компрессоров, когда вначале устанавливаются ступени осевого компрессора (с большим втулочным отношением), обеспечивающие большую производительность, а дальнейшее сжатие для получения требуемого конечного давления осуществляется одной или несколькими центробежными ступенями (Б. Эккерт. Осевые и центробежные компрессоры. - М.: Машгиз, 1959, с. 82, 109).

Для прочности в таких центробежных ступенях применяются полуоткрытые рабочие колеса с радиальными лопатками (с входными и выходными углами 90^o), а для достижения безударного входа лопатки обычно удлиняются до втулки и изгибаются или же на входе ставится вращающийся направляющий аппарат (ВНА), жестко связанный с рабочим колесом (там же, с. 588, 589, 594).

Такие колеса осерадиального типа благодаря высоким окружным скоростям (500 м/с и более) позволяют получить максимальную работу по сравнению со всеми другими центробежными колесами.

В связи с необходимостью улучшения помпажных характеристик колес осерадиального типа используется некоторое уменьшение выходного угла лопаток с 90 до 65 - 70^o.

В последнее время осерадиальные колеса изготавливаются также с покрывающими дисками. Оба этих обстоятельства несколько повышают КПД ступени (В. Ф. Рис. Центробежные компрессорные машины. - М.: Машиностроение, 1981, с. 288, 291).

Недостатками рассмотренных осерадиальных колес являются как технологическая сложность изготовления (наличие участков лопаток на криволинейных поверхностях дисков), так и недостаточный максимальный КПД, поскольку решающим параметром, влияющим на экономичность, является выходной угол лопаток. В практике стационарных компрессоров обычно принимают выходной угол лопаток в диапазоне 20 - 90^o (В.Ф. Рис, с. 161).

Указанных недостатков лишены центробежные колеса, лопатки которых начинаются после поворота потока на 90^o, т.е. в сечении, где течение в меридианальной плоскости становится радиальным. Эти радиальные колеса имеют цилиндрические (непространственные) поверхности лопаток и работают при осевом (радиальном) входе потока (в абсолютном движении) на входе кромки лопаток.

Известно центробежное колесо радиального типа с покрывающим диском, имеющее отношение входного и выходного диаметров лопаток 0,637 - 0,670 и угол выхода лопаток 23^o (Ю.И.Журавлев. Энергетическое машиностроение. - НИИинформтяжмаш, 1970, N 3-70-11, с. 67).

Отработка радиальных колес с увеличенным отношением диаметров лопаток с 0,4 - 0,5 до 0,70 - 0,75, углами входа лопаток 30 - 40^o, углами выхода - 30 - 35^o и увеличенной густотой решетки показала, что можно получить КПД 0,84 - 0,85 при наружном диаметре 1100-1150 мм, расходе 90 кг/с, степени повышения давления 1,5 и числе оборотов 6900 об/мин. Однако обеспечить необходимые прочностные характеристики колес указанной конструкции при относительно высоких окружных скоростях (400 - 450 м/с) не представляется возможным
Задачей изобретения является использование при достижении необходимых прочностных характеристик в осецентробежных компрессорах колес (имеющих высокий КПД) с назад загнутыми лопатками при осевом (радиальном) входе потока на входные кромки лопаток.

Указанный технический результат достигается тем, что установленные в осевой части, образованной покрывающим диском и втулкой, лопатки ВНА имеют в разных сечениях по высоте одинаковые соответственные углы наклона между средней линией лопатки и окружным направлением на входе и выходе из ВНА, обеспечивающие при осевом входе потока по вращающийся направляющий аппарат осевой (радиальный) вход потока в абсолютном движении в центробежное колесо.

Лопатки ВНА устанавливаются по выходным кромкам на границе криволинейного безлопаточного участка колеса, на котором происходит поворот потока от его осевого направления до радиального.

Количество лопаток может быть принято равным количеству рабочих лопаток последней осевой ступени компрессора.

На фиг. 1 представлен продольный разрез центробежной ступени с ВНА предложенной конструкции и радиальным центробежным колесом; на фиг. 2 изображен вид на ВНА А-А.

Предлагаемая центробежная ступень содержит основной диск с рабочими лопатками 1, покрывающий диск 2, ВНА 3.

При работе компрессора газ (воздух), нагнетаемый первоначально осевыми ступенями, пройдя через ВНА 3, попадает в межлопаточный канал центробежного колеса, образованного основным диском с лопатками 1 и покрывающим диском 2, и далее - в диффузор компрессора.

Указанная конструкция центробежной ступени позволяет использовать радиальное колесо с покрывающим диском и осевым входом потока при достижении необходимых прочностных характеристик.

Центробежная ступень компрессора содержит рабочее колесо с покрывающим диском, радиальным расположением лопаток, осевым входом потока, углами входа лопаток 30-40^o, углами выхода лопаток 30-35^o и вращающийся направляющий аппарат (ВНА) с лопатками, установленными в осевой части ступени между покрывающим диском и втулкой. Лопатки ВНА имеют в разных сечениях по высоте одинаковые соответственные углы наклона между средней линией лопатки и окружным направлением на входе и выходе из ВНА. Лопатки ВНА устанавливаются по выходным кромкам на границе криволинейного безлопаточного участка колеса, на котором происходит поворот потока от его осевого направления до радиального. Такое выполнение колеса позволяет обеспечивать необходимые прочностные характеристики колес при относительно высоких окружных скоростях. 2 ил.

Центробежная ступень компрессора, содержащая рабочее колесо с покрывающим диском, радиальным расположением лопаток, осевым входом потока, углами входа лопаток 30 - 40^o, углами выхода лопаток 30 - 35^o и вращающийся направляющий аппарат (ВНА) с лопатками, установленными в осевой части ступени между покрывающим диском и втулкой, отличающаяся тем, что лопатки ВНА имеют в разных сечениях по высоте одинаковые соответственные углы наклона между средней линией лопатки и окружным направлением на входе и выходе из ВНА и устанавливаются по выходным кромкам на границе криволинейного безлопаточного участка колеса.