МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ТУРБОКОМПРЕССОР Российский патент 1999 года по МПК F04D17/12 

Изобретение относится к многоступенчатому турбокомпрессору радиальной конструкции стаканного типа с противоположным направлением вращения согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

В турбокомпрессоре газ сжимается и ускоряется в рабочих колесах.

При этом, в частности, для рабочих колес с большим коэффициентом пропускания, выполняемых обычно в виде рабочих колес с трехмерными поверхностями лопаток, следует выбирать возможно более длинное протяжение диффузоров для сильного замедления потока при хорошем коэффициенте полезного действия и, тем самым, для снижения потерь в последующих кольцевых пространствах и на отрезках с возвратными лопатками.

Из DE 4231452 A1 известен турбокомпрессор радиальной конструкции стаканного типа с противоположным направлением вращения, причем за каждыми двумя рабочими колесами следует один дисковый диффузор с расположенными на нем диффузорными направляющими лопатками, а за второй и, тем самым, последней ступенью следует коллектор с тангенциальным выходным патрубком.

Недостатком этой конструкции является то, что за счет распределения работы сжатия на две ступени рабочие колеса становятся длинными, и, тем самым, становится неблагоприятным соотношение диаметра кольцевого пространства и диаметра рабочего колеса, что означает соответствующие потери. Как другой недостаток следует рассматривать то, что лопатки диффузора во второй и последней ступени расположены на том же диаметре, что и в первой ступени, так что скорость выхода следует считать слишком высокой, что приводит к соответствующим потерям на выходе.

Задачей изобретения является создание турбокомпрессора с противоположным направлением вращения, который при заданном внешнем корпусе имеет более высокий коэффициент полезного действия по сравнению с известными турбокомпрессорами.

Эта задача решается с помощью признаков пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

В отличие от известного уровня техники работа сжатия распределена на три рабочих колеса. Поэтому необходимые диаметры рабочих колес примерно на 20% меньше, чем при двухступенчатой конструкции. За счет этого можно, несмотря на наличие внутреннего корпуса, достигать соотношения диаметра безлопаточного диффузора к диаметру рабочего колеса D_RR/D₂≥1,6.

Существует возможность сократить выходные потери за счет модификации коллектора, соответственно корпуса коллектора. Однако в соответствующем уровню техники компрессоре невозможно модифицировать коллектор за счет частичной интеграции коллектора во внешнем корпусе, соответственно в крышке корпуса. Поэтому дополнительным преимуществом является то, что в третьей и последней ступени за безлопаточным диффузором следует снабженный лопатками отрезок, который находится на большем диаметре, чем колено соседней второй ступени. Такой вид расположения лопаток не ведет к ограничению машинной характеристики, как это имеет место при применении обычных диффузоров с лопатками. Возникающая на отрезке лопаток аксиальная сила передается на внутренний корпус за счет болтового соединения основания с внутренним корпусом.

Касательная составляющая потока в присоединенном коллекторе вследствие неправильного направления вращения турбокомпрессора оказывается потерянной. Благодаря распределению работы сжатия согласно изобретению на три ступени и низкой скорости потока вследствие расположения диффузора выходные потери соответственно становятся минимальными.

Конструкция турбокомпрессора согласно изобретению поясняется ниже на примере выполнения с помощью чертежа, на котором изображен турбокомпрессор в продольном разрезе.

Показанный на чертеже турбокомпрессор имеет внешний корпус 1. В этом примере выполнения лежащая слева область внешнего корпуса снабжена опорным плечом 2. В этот внешний корпус 1 по принципу стакана аксиально вдвинут модуль, состоящий из роторной и статорной частей, а также вала 3. Роторная часть имеет согласно изобретению три рабочих колеса 4 - 6, которые не показанным подробно способом соединены с валом 3. Статорная часть состоит из внутреннего корпуса 7, который своей левой частью находится в соприкосновении с опорным плечом 2, и двух диафрагменных элементов 8 и 9, а также из основания 10. Основание 10 соединено болтовым соединением 11 с внутренним корпусом 7. Справа конструкцию завершает крышка 12, которая болтами 13 соединена с внешним корпусом 1.

Согласно изобретению к каждому рабочему колесу 4 - 6 в радиальном направлении сбегающего потока примыкает безлопаточный диффузорный отрезок 14 - 16. Он переходит в колено 17, 18 и в возвратные лопатки 19, 20. В третьей и последней ступени за безлопаточным диффузорным отрезком 16 следует снабженный лопатками отрезок 21, который имеет больший диаметр, чем колено 18 соседней второй ступени. Замыкает конструкцию коллектор 22, который частично интегрирован во внешнем корпусе 1 и в крышке 12.

Турбокомпрессор предназначен для сжатия газа в рабочих колесах. В многоступенчатом турбокомпрессоре радиальной конструкции стаканного типа с противоположным направлением вращения за каждым расположенным в корпусе рабочим колесом следует диффузор, за которым расположен интегрированный большей частью во внешнем корпусе коллектор с тангенциальным выходным патрубком. Турбокомпрессор снабжен внутренним корпусом, который содержит расположенные в нем три рабочие колеса, за каждым из которых расположен лежащий в радиальном направлении отходящего потока безлопаточный диффузорный отрезок, и после колена в диффузоре установлены возвратные лопатки. Причем диаметр рабочих колес сильно уменьшен и соотношение диаметра безлопаточного диффузорного отрезка к диаметру рабочего колеса достигает величины D_RR/D₂≥1,6 (индекс RR означает кольцевое пространство и 2 - выходное рабочее колесо). В последней ступени за безлопаточным диффузорным отрезком следует снабженный лопатками отрезок, который расположен на большем диаметре, чем колено соседней ступени. Основание соединено с внутренним корпусом с помощью проходящего через область снабженного лопатками отрезка последней ступени болтового соединения. Такое выполнение турбокомпрессора позволит повысить его КПД. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Многоступенчатый турбокомпрессор радиальной конструкция стаканного типа с противоположным направлением вращения, в котором за каждым расположенным в корпусе рабочим колесом следует диффузор, за которым расположен интегрированный большей частью во внешнем корпусе коллектор с тангенциальным выходным патрубком, отличающийся тем, что турбокомпрессор снабжен внутренним корпусом (7), который содержит расположенные в нем три рабочие колеса (4 - 6), за каждым из которых расположен лежащий в радиальном направлении отходящего потока безлопаточный диффузорный отрезок (14 - 16) и после колена (17, 18) в диффузоре установлены возвратные лопаткя (19, 20), причем диаметр рабочих колес сильно уменьшен и соотношение диаметра безлопаточного диффузорного отрезка (14 - 16) к диаметру рабочего колеса (4 - 6) достигает величины D_RR/D₂ ≥1,6 (индекс RR означает кольцевое пространство и 2 - выходное рабочее колесо). 2. Многоступенчатый турбокомпрессор по п. 1, отличающийся тем, что в последней ступени за безлопаточным дифффузорным отрезком (16) следует снабженный лопатками отрезок (21), который расположен на большем диаметре, чем колено (18) соседней ступени. 3. Многоступенчатый турбокомпрессор по п. 1, отличающийся тем, что основание (10) соединено с внутренним корпусом (7) с помощью проходящего через область снабженного лопатками отрезка (21) последней ступени болтового соединения (11).