ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОМПРЕССОР Российский патент 2011 года по МПК F04D29/46 

Область техники

[0001]

Данное изобретение относится к центробежному компрессору для турбокомпрессора или подобного устройства.

Уровень техники

[0002]

Из уровня техники известен, например, центробежный компрессор для турбокомпрессора или подобного устройства для автомобильного двигателя внутреннего сгорания.

На фиг.13 представлен вид спереди основной части центробежного компрессора, известного из уровня техники. На фиг.14 представлен вертикальный разрез основной части центробежного компрессора, известного из уровня техники. Показанный на данном чертеже центробежный компрессор 10 сжимает в корпусе 11 за счет вращения рабочего колеса 13 текучую среду, например газ или воздух, подаваемую снаружи корпуса 11, содержащего ряд лопастей 12. Полученный таким образом поток текучей среды (поток воздуха) выходит наружу через выход 14 рабочего колеса (называемый далее «вход секции диффузора»), который соответствует наружному периферическому концу рабочего колеса 13, секцию 15 диффузора и секцию 16 спиральной камеры. Позицией 17 на данном чертеже обозначена ось вращения рабочего колеса 13.

[0003]

Вышеуказанная секция 15 диффузора выполнена между выходом 14 рабочего колеса и секцией 16 спиральной камеры и представляет собой канал для восстановления статического давления за счет уменьшения расхода воздуха, выходящего из выхода 14 рабочего колеса. При необходимости секция 15 диффузора оснащена лопатками. При наличии лопаток в секции 15 диффузора, как показано на фиг.15, возможно изменение рабочего диапазона центробежного компрессора. Иначе говоря, при наличии лопаток в секции 15 диффузора линия помпажа, указывающая на возникновение помпажа, может быть смещена в сторону высокой степени сжатия и низкого расхода. В данном случае термин «помпаж» обозначает явление изменения давления и расхода, когда центробежный компрессор входит в режим автоколебаний и выпускает сжатый воздух в особых циклах, что определяет эксплуатационный предел в области низкого расхода.

[0004]

Центробежный компрессор, применяемый в автомобильном турбокомпрессоре, работает при различном числе оборотов, что требует широкого рабочего диапазона. Однако при понижении расхода в центробежном компрессоре в секции 15 диффузора возникает вышеуказанный помпаж. С другой стороны, когда расход возрастает, возникает непроходимость текучей среды, так называемое «запирание потока», у рабочего колеса или внутри секции диффузора, при этом диапазон расхода ограничен со стороны высокого расхода.

[0005]

Из уровня техники известно техническое решение для расширения рабочего диапазона центробежного компрессора с созданием паза 25 и циркуляционного канала 26 на корпусе 21, как показано на фиг.16 (см., например, патентный документ [1]).

Известно техническое решение, обеспечивающее расширение рабочего диапазона центробежного компрессора за счет применения регулирующего механизма, такого как регулируемое направляющее крыло или регулируемый диффузор (см., например, патентные документы [2], [3], [4] и [5]). Более конкретно, регулируемый диффузор может изменять площадь канала посредством вращения или скользящего перемещения лопатки 28 диффузора, как показано на фиг.17А и 17В, и может расширять рабочий диапазон центробежного компрессора. В частности, в регулируемом диффузоре, показанном на фиг.17В, рабочий диапазон расширяется за счет изменения углового положения лопаток диффузора в соответствии со скоростью потока газа, выходящего из рабочего колеса 13.

Патентный документ [1]: публикация № Hei 10-176699 японской патентной заявки.

Патентный документ [2]: публикация № Hei 11-173300 японской патентной заявки.

Патентный документ [3]: публикация №2001-329995 японской патентной заявки.

Патентный документ [4]: публикация №2001-329996 японской патентной заявки.

Патентный документ [5]: патент №3038398.

Сущность изобретения

[0006]

Однако техническое решение, раскрытое в патентном документе [1], имеет недостатки, поскольку не обеспечивает значительного улучшения, несмотря на некоторое расширение рабочего диапазона центробежного компрессора за счет обработки корпуса, как показано на фиг.18. Недостаток технических решений, раскрытых в патентных документах [2], [3], [4] и [5], заключается в экономической неэффективности, поскольку регулируемый диффузор требует сложного приводного устройства. Кроме того, поскольку между лопаткой 28 диффузора и стенкой секции диффузора 15 имеется подвижный участок, возникают проблемы, которые заключаются в низкой надежности устойчивой работы, а также в утечке газа через зазор у подвижного участка, что ухудшает эксплуатационные свойства.

[0007]

С учетом вышесказанного целью заявленного изобретения является обеспечение центробежного компрессора с широким рабочим диапазоном, эффективного с экономической точки зрения и обладающего высокой надежностью в отношении устойчивой работы.

[0008]

Для решения вышеуказанных задач в заявленном изобретении предложено следующее.

Центробежный компрессор согласно заявленному изобретению представляет собой центробежный компрессор, имеющий ось вращения, рабочее колесо, установленное на оси вращения, корпус, вмещающий рабочее колесо, секцию диффузора, соединенную с выходом рабочего колеса, и секцию спиральной камеры, соединенную с выходом диффузора, и предназначенный для сжатия текучей среды под воздействием центробежной силы, возникающей при вращении рабочего колеса, данный компрессор также содержит: разделительный элемент, разделяющий проходной канал секции диффузора и секции спиральной камеры на несколько каналов по направлению движения текучей среды с образованием проходного канала со стороны ступицы и проходного канала со стороны бандажа; а также регулятор расхода, который при низком расходе текучей среды, сжатой рабочим колесом, обеспечивает уменьшение расхода текучей среды в проходном канале со стороны бандажа и высокий расход текучей среды в проходном канале со стороны ступицы, а при высоком расходе текучей среды, сжатой рабочим колесом, обеспечивает поток текучей среды и в проходной канал со стороны бандажа, и в проходной канал со стороны ступицы, без уменьшения расхода текучей среды в проходном канале со стороны бандажа.

[0009]

В данном центробежном компрессоре сжатая рабочим колесом текучая среда на выходе из рабочего колеса имеет большую неравномерность скоростей со стороны ступицы. При низком расходе неравномерность скоростей потока является особенно значительной. Поэтому имеется регулятор расхода для снижения расхода текучей среды в проходном канале со стороны бандажа и обеспечения протекания текучей среды в канале со стороны ступицы, когда расход текучей среды, сжатой рабочим колесом, является низким. Соответственно, при низком расходе для подвода значительного объема текучей среды к проходному каналу со стороны ступицы создают маленький выпускной канал, что предотвращает возникновение помпажа, означающего эксплуатационный предел в области низких расходов. Напротив, когда расход текучей среды, сжатой рабочим колесом, является высоким, регулятор расхода обеспечивает протекание текучей среды как в проходном канале со стороны бандажа, так и в проходном канале со стороны ступицы. Соответственно, для предотвращения запирания потока, означающего эксплуатационный предел в области высоких расходов, создают большой выпускной канал. Таким образом, за счет предотвращения помпажа и запирания потока обеспечивается широкий рабочий диапазон компрессора.

В центробежном компрессоре согласно заявленному изобретению при низких затратах обеспечивается широкий рабочий диапазон по сравнению с регулируемым диффузором, который требует сложного приводного механизма. Кроме того, поскольку количество элементов, составляющих узел привода, может быть уменьшено, обеспечивается высокая надежность эксплуатации. Кроме того, поскольку отсутствует утечка газа через зазор у подвижного участка, как в случае с регулируемым диффузором, не возникает ухудшения эксплуатационных свойств, связанного с утечкой газа.

[0010]

Предпочтительно, разделительный элемент в центробежном компрессоре является разделительной стенкой, выполненной внутри секции диффузора и секции спиральной камеры.

[0011]

В вышеуказанном центробежном компрессоре нужно просто разделить проходной канал разделительной стенкой, при этом разделение проходных каналов секции диффузора и секции спиральной камеры легко выполнимо с низкими затратами.

[0012]

Предпочтительно, регулятор расхода в данном центробежном компрессоре представляет собой регулирующий расход клапан, выполненный возле выходного участка секции спиральной камеры.

[0013]

В заявленном центробежном компрессоре за счет постоянного регулирования расхода текучей среды, протекающей в соответствующих проходных каналах, достигается широкий рабочий диапазон компрессора при отсутствии помпажа и запирания потока.

Регулирующий расход клапан, предпочтительно, выполнен в проходном канале со стороны бандажа. В этом случае проходной канал со стороны бандажа полностью закрывается при низком расходе и полностью открывается при высоком расходе. При расходе, промежуточном между низким и высоким расходом, отверстие проходного канала со стороны бандажа может находиться в промежуточном положении между полностью закрытым и полностью открытым.

[0014]

Предпочтительно, диаметр по меньшей мере одного из входов секции диффузора в центробежном компрессоре составляет от 1,02 до 1,2 диаметра рабочего колеса.

[0015]

Если диаметр входа секции диффузора меньше, чем 1,02 диаметра рабочего колеса, то разделительная стенка и поток на выходе из рабочего колеса наталкиваются друг на друга, следовательно, при этом снижаются эксплуатационные свойства. Если диаметр входа секции диффузора больше, чем 1,2 диаметра рабочего колеса, снижается восстановление давления в диффузоре. Таким образом, диаметр входа диффузора задан в пределах от 1,02 до 1,2 диаметра рабочего колеса.

[0016]

Предпочтительно, торцевая поверхность разделительной стенки со стороны набегания потока имеет наклон от стороны ступицы к стороне бандажа.

[0017]

Неравномерность скоростей текучей среды, выходящей из рабочего колеса, не является симметричной со стороны бандажа и со стороны ступицы и имеет наклон по направлению к стороне ступицы. Следовательно, торцевую поверхность разделительной стенки со стороны набегания потока выполняют с наклоном от стороны ступицы к стороне бандажа. Соответственно, на торцевой поверхности разделительной стенки отсутствует разделение и обеспечивается равномерный поток.

[0018]

Предпочтительно, по меньшей мере одна из секций диффузора в центробежном компрессоре содержит лопатку.

[0019]

В центробежном компрессоре согласно заявленному изобретению при низком расходе текучей среды высокую степень сжатия получают за счет обеспечения циркуляции текучей среды в секции диффузора с лопаткой, который оснащен лопаткой таким образом, что помпаж не возникает. При высоком расходе текучей среды запирание потока предотвращается за счет приведения в действия регулятора расхода, обеспечивающего проход текучей среды также через секцию диффузора без лопатки. Следовательно, при такой конструкции обеспечивается широкий рабочий диапазон без возникновения помпажа или запирания потока. Поскольку секция диффузора с лопаткой не имеет подвижного участка и, следовательно, не возникает утечки газа через зазор, то не происходит связанного с утечкой газа ухудшения эксплуатационных свойств.

[0020]

Предпочтительно, площадь поперечного сечения проходного канала секции диффузора с лопаткой в центробежном компрессоре меньше, чем площади поперечных сечений проходных каналов других секций диффузора.

[0021]

Для центробежного компрессора согласно заявленному изобретению рабочий диапазон компрессора может быть расширен, поскольку высокую степень сжатия при низком расходе текучей среды получают за счет обеспечения движения текучей среды в секции диффузора с лопаткой.

[0022]

Так как в центробежном компрессоре согласно изобретению проходные каналы секции диффузора и секции спиральной камеры разделены на проходные каналы со стороны ступицы и проходные каналы со стороны бандажа, причем соответствующие проходные каналы используют надлежащим образом в зависимости от расхода текучей среды, выходящей из рабочего колеса, то обеспечивается широкий рабочий диапазон при низких затратах. Кроме того, поскольку подвижный участок может быть уменьшен по сравнению с регулируемым диффузором, центробежный компрессор будет иметь высокую степень надежности.

Краткое описание чертежей

[0023]

На фиг.1А представлен вертикальный разрез центробежного компрессора в соответствии с первым вариантом реализации заявленного изобретения;

на фиг.1В показан в увеличенном масштабе фрагмент выхода из рабочего колеса центробежного компрессора, показанного на фиг.1;

на фиг.2 представлен вертикальный разрез основной части центробежного компрессора, показанного на фиг.1;

на фиг.3А представлен в увеличенном масштабе фрагмент участка разделительной стенки центробежного компрессора, показанного на фиг.2;

фиг.3В является поясняющим чертежом, иллюстрирующим состояние движения текучей среды в центробежном компрессоре, показанном на фиг.2;

фиг.3С является поясняющим чертежом, иллюстрирующим состояние движения текучей среды в центробежном компрессоре, известном из области техники;

на фиг.4А представлен вертикальный разрез, иллюстрирующий состояние движения текучей среды при низком расходе в центробежном компрессоре, показанном на фиг.2;

на фиг.4В представлен вертикальный разрез, иллюстрирующий состояние движения текучей среды при высоком расходе в центробежном компрессоре, показанном на фиг.2;

на фиг.5 представлена графическая зависимость между степенью сжатия и расходом в центробежном компрессоре, показанном на фиг.2;

на фиг.6А представлен вертикальный разрез модификации центробежного компрессора, показанного на фиг.2;

на фиг.6В представлен вертикальный разрез модификации центробежного компрессора, показанного на фиг.2;

на фиг.7 представлен вертикальный разрез центробежного компрессора согласно второму варианту реализации заявленного изобретения;

на фиг.8А представлен вертикальный разрез, иллюстрирующий состояние движения текучей среды при низком расходе в центробежном компрессоре, показанном на фиг.7;

на фиг.8В представлен вертикальный разрезе, иллюстрирующий состояние движения текучей среды при высоком расходе в центробежном компрессоре, показанном на фиг.7;

на фиг.9 представлена графическая зависимость между степенью сжатия и расходом в центробежном компрессоре, показанном на фиг.7;

на фиг.10 представлен вертикальный разрез центробежного компрессора согласно третьему варианту реализации заявленного изобретения;

на фиг.11А представлен вертикальный разрез, иллюстрирующий состояние движения текучей среды при низком расходе в центробежном компрессоре, показанном на фиг.10;

на фиг.11В представлен вертикальный разрез, иллюстрирующий состояние движения текучей среды при высоком расходе в центробежном компрессоре, показанном на фиг.10;

на фиг.12 представлена графическая зависимость между степенью сжатия и расходом в центробежном компрессоре, показанном на фиг.10;

на фиг.13 представлена основная часть центробежного компрессора, известного из уровня техники;

на фиг.14 представлен вертикальный разрез центробежного компрессора, известного из уровня техники;

на фиг.15 представлена графическая зависимость между степенью сжатия и расходом в центробежном компрессоре, известном из уровня техники;

на фиг.16 представлен вертикальный разрез центробежного компрессора, известного из уровня техники;

на фиг.17А представлен вертикальный разрез центробежного компрессора, известного из уровня техники;

на фиг.17В представлен вертикальный разрез центробежного компрессора, известного из уровня техники; и

на фиг.18 представлена графическая зависимость между степенью сжатия и расходом в центробежном компрессоре, известном из уровня техники.

[0024]

Номера позиций:

10, 30, 40, 50 - центробежный компрессор;

11 - корпус;

13 - рабочее колесо;

15, 15А, 15В - секция диффузора;

16, 16А, 16В - секция спиральной камеры;

17 - ось вращения;

35 - лопатка;

36 - клапан, регулирующий расход;

37 - разделительная стенка;

А - проходной канал со стороны ступицы;

В - проходной канал со стороны бандажа.

Предпочтительные варианты реализации

[0025]

Первый вариант реализации

Далее приведено описание первого варианта реализации заявленного изобретения со ссылкой на чертежи.

На фиг.1А показан вертикальный разрез центробежного компрессора 30 согласно первому варианту реализации. На фиг.1В показано распределение скоростей потока на выходе из рабочего колеса.

Центробежный компрессор 30, показанный на фиг.1А содержит рабочее колесо 13 оснащенное рядом лопастей 12, и корпус 11, вмещающий рабочее колесо 13.

Рабочее колесо 13 приводится во вращение вокруг оси 17 посредством приводного устройства, например двигателя или турбины (не показаны). За выходом из рабочего колеса 13 непрерывно следуют секция 15 диффузора и секция 16 спиральной камеры.

В секции 15 диффузора уменьшается скорость потока воздуха, поступающего от наружного периферического конца рабочего колеса 13, вращающегося в корпусе 11, и восстанавливается статическое давление.

Секция 16 спиральной камеры соединена с секцией 15 диффузора ниже по потоку и содержит спиралевидный канал. Далее по потоку за секцией 16 спиральной камеры выполнена выпускная труба 38, по которой проходит текучая среда, прошедшая через секцию 16 спиральной камеры.

[0026]

Внутри секции 15 диффузора, секции 16 спиральной камеры и выпускной трубы 38 выполнена разделительная стенка 37 (разделительный элемент), разделяющая канал на части в направлении движения текучей среды с формированием проходного канала со стороны ступицы (канал А) и проходного канала со стороны бандажа (канал В). Текучая среда, выходящая из рабочего колеса 13 ближе к ступице (правая сторона на чертеже), входит в канал со стороны ступицы, а текучая среда, выходящая из рабочего колеса 13 ближе к бандажу (левая сторона на чертеже), входит в канал со стороны бандажа.

Разделительная стенка 37 выполнена из тонкой пластины, а площадь поперечного сечения секции 15 диффузора увеличивается на величину, соответствующую разделительной стенке 37. Посредством такой разделительной стенки 37 каналы секции 15 диффузора и секции 16 спиральной камеры несложно разделить при низких затратах.

[0027]

Секция 15А диффузора со стороны ступицы оснащена лопатками 35. Множество лопаток 35 расположено по окружности с заданным интервалом и прикреплено к корпусу. Иначе говоря, угол лопаток 35 относительно текучей среды является постоянным. Площадь поперечного сечения проходного канала со стороны бандажа секции 15В диффузора превышает площадь поперечного сечения (площадь горловины) проходного канала со стороны ступицы секции 15А диффузора. Это предусмотрено для расширения рабочего диапазона при высоком расходе. Более конкретно, значение S_A/R_A, предпочтительно, меньше, чем S_B/R_B, где S_A - площадь бокового сечения секции 16А спиральной камеры со стороны ступицы, R_A - расстояние от центра секции 16А спиральной камеры со стороны ступицы (центр бокового сечения) до оси 17 вращения, S_B - площадь бокового сечения секции 16В спиральной камеры со стороны бандажа, и R_B - расстояние от центра секции 16В спиральной камеры со стороны бандажа (центр бокового сечения) до оси 17 вращения.

[0028]

В выпускной трубе 38В со стороны бандажа выполнен регулирующий расход клапан 36 (регулятор расхода), регулирующий расходы в соответствующих проходных каналах. В первом варианте реализации в качестве регулирующего расход клапана 36 используется клапан-бабочка. При использовании клапана 36 в качестве регулятора расхода обеспечивается стабильное регулирование расходов с высокой степенью точности в соответствующих проходных каналах. Для снижения статической нагрузки регулирующий расход клапан 36, предпочтительно, установлен как можно ближе к секции 16 спиральной камеры.

[0029]

Как показано на фиг.2, диаметр вxoда 14 секции диффузора лежит в диапазоне от 1,02 до 1,2 наружного диаметра рабочего колеса.

Как показано на фиг.3А, торцевая поверхность конца разделительной стенки 37 имеет наклон вверх по потоку от стороны ступицы к стороне бандажа. Такое решение предусмотрено для равномерной подачи текучей среды в проходной канал А со стороны ступицы и в проходной канал В со стороны бандажа при высоком расходе текучей среды.

На фиг.3В и 3С представлены результаты, иллюстрирующие режимы потока, обусловленные разницей в направлении наклона разделительной стенки, полученные методами вычислительной гидродинамики. Фиг.3В иллюстрирует случай, когда разделительная стенка наклонена от стороны ступицы к стороне бандажа, как показано на фиг.3А, при этом текучая среда равномерно распределяется по проходному каналу А со стороны ступицы и по проходному каналу В со стороны бандажа. С другой стороны, как показано на фиг.3С, в случае, когда разделительная стенка наклонена от стороны бандажа к стороне ступицы, текучая среда отклоняется в сторону ступицы. Таким образом, в первом варианте реализации используется разделительная стенка с торцом в форме, показанной на фиг.3А.

[0030]

Далее приводится описание работы центробежного компрессора 30 с вышеописанной конструкцией.

В центробежном компрессоре 30 рабочее колесо 13 приводится во вращение вокруг оси 17 посредством приводного устройства, например двигателя или турбины (не показаны). При вращении рабочего колеса 13 текучая среда, входящая через вход подачи воздуха (не показано), поступает внутрь корпуса 11. Текучая среда, поступившая в корпус 11, подвергается воздействию центробежной силы, создаваемой вращением рабочего колеса 13, с соответствующим сжатием, последовательно проходит через вход 14 секции диффузора, секцию 15 диффузора, секцию 16 спиральной камеры и выпускную трубу 38, и выходит в виде сжатой текучей среды через выпускное отверстие (не показано).

[0031]

При работе клапана 36 регулируются расходы в соответствующих проходных каналах.

При низком расходе сжатой рабочим колесом 13 текучей среды отверстие регулирующего расход клапана 36 сужается, обеспечивая уменьшение расхода текучей среды, протекающей в проходном канале В потока со стороне бандажа, как показано на фиг.4А, при этом текучая среда протекает в канале А со стороны ступицы с более высоким расходом. Иначе говоря, сжатая текучая среда последовательно проходит через вход 14 секции диффузора, секцию 15А диффузора с лопатками 35 и секцию 16А спиральной камеры.

Напротив, при высоком расходе сжатой рабочим колесом 13 текучей среды отверстие регулирующего расход клапана 36 увеличивается, обеспечивая протекание текучей среды в проходном канале В со стороны бандажа и в проходном канале А со стороны ступицы без уменьшения расхода текучей среды в канале В со стороны бандажа, как показано на фиг.4В. Иначе говоря, сжатая текучая среда разветвляется у входа 14 секции диффузора и проходит через проходной канал секции 15А диффузора с лопатками 35 в секцию 16А спиральной камеры и через проходной канал секции диффузора 15В без лопаток в секцию 16В спиральной камеры.

В этом случае отверстие регулирующего расход клапана 36 не будет полностью открыто или закрыто, но, предпочтительно, оно может быть отрегулировано до такого промежуточного отверстия, которое обеспечивает высокую степень сжатия относительно расхода сжатой текучей среды.

[0032]

На фиг.5 показана зависимость между расходом и степенью сжатия текучей среды в центробежном компрессоре в соответствии с первым вариантом выполнения.

Как следует из фиг.5, при низком расходе сжатой текучей среды высокую степень сжатия получают за счет снижения расхода текучей среды в проходном канале В со стороны бандажа и обеспечения высокого расхода текучей среды в проходном канале А со стороны ступицы. Иначе говоря, линия помпажа сдвигается в сторону низкого расхода и высокой степени сжатия. Следует также понимать, что при высоком расходе сжатой текучей среды он распределяется с протеканием текучей среды в проходном канале В со стороны бандажа и в проходном канале А со стороны ступицы без снижения расхода текучей среды в проходном канале В со стороны бандажа.

[0033]

В данном центробежном компрессоре текучая среда, сжатая рабочим колесом, за счет центробежной силы имеет значительное распределение скоростей со стороны ступицы у выхода из рабочего колеса. Следовательно, регулирующий расход клапан 36 выполняется в проходном канале В со стороны бандажа, таким образом, при малом расходе сжатой рабочим колесом 13 текучей среды за счет работы регулирующего расход клапана 36 расход текучей среды в проходном канале В со стороны бандажа снижается, а в проходном канале А со стороны ступицы возрастает. Таким образом, формируется небольшой выпускной канал и, соответственно, при низком расходе в проходной канал А со стороны ступицы поступает большой объем текучей среды, помпаж при этом не возникает.

Напротив, при высоком расходе сжатой рабочим колесом 13 текучей среды, текучая среда за счет работы клапана 36 протекает как в проходном канале В со стороны бандажа, так и в проходном канале А со стороны ступицы без уменьшения расхода текучей среды в проходном канале В. Соответственно, обеспечивается большой выпускной канал и предотвращается запирание потока.

Таким образом, предотвращается возникновение помпажа и запирания потока и обеспечивается широкий рабочий диапазон компрессора за счет использования при низком расходе только проходного канала А со стороны ступицы и за счет использования при высоком расходе проходного канала А со стороны ступицы и проходного канала В со стороны бандажа.

[0034]

Как раскрыто выше, в центробежном компрессоре согласно первому варианту реализации легко предотвращается возникновение помпажа и запирания потока по сравнению с регулируемым диффузором, требующим сложного приводного устройства, и достигается широкий рабочий диапазон. Кроме того, уменьшение количества компонентов приводного устройства обеспечивает высокую надежность работы. Также предотвращается ухудшение эксплуатационных свойств, возникающее из-за утечки газа через зазор у подвижного участка.

[0035]

Как показано на фиг.6А и 6В, разделительная стенка 37, разделяющая на части секцию 15 диффузора и секцию спиральной камеры 16, может быть выполнена с наклоном относительно оси 17 вращения или под прямым углом к ней.

Кроме того, можно выполнить элемент стенки (не показан), который съемным образом можно вставлять в секцию 15В диффузора вместо регулирующего расход клапана 36 так, чтобы регулировать расход в проходном канале В со стороны бандажа и в проходном канале А со стороны ступицы.

Несмотря на то, что в первом варианте реализации показана конструкция, в которой лопатки 35 выполнены только в секции 15А диффузора со стороны ступицы, тем не менее, также допустима конструкция, в которой лопатки выполнены только в секции 15В диффузора со стороны бандажа. При такой конструкции достигается расширение рабочего диапазона данного центробежного компрессора.

[0036]

Второй вариант реализации

Далее со ссылкой на фиг.7 раскрыт второй вариант реализации заявленного изобретения.

Центробежный компрессор согласно второму варианту реализации отличается от центробежного компрессора согласно первому варианту реализации тем, что лопатки выполнены как в секции 15А диффузора со стороны ступицы, так и в секции 15В диффузора со стороны бандажа. Центробежный компрессор согласно второму варианту реализации будет рассмотрен в основном с точки зрения отличия от первого варианта, при этом описания моментов, которые являются общими с первым вариантом выполнения, опущены.

[0037]

Как показано на фиг.7, секция 15А диффузора со стороны ступицы и секция 15В диффузора со стороны бандажа оснащены лопатками 35, которые расположены по окружности с заданными интервалами и прикреплены к корпусу 11.

Количество лопаток 35А, установленных в секции 15А диффузора со стороны ступицы, превышает количество лопаток 35В, установленных в секции 15В диффузора со стороны бандажа. Соответственно, площадь сечения проходного канала секции 15А диффузора со стороны ступицы меньше площади сечения проходного канала секции 15В диффузора со стороны бандажа. Также можно задать меньшую высоту или угловое расположение лопаток 35А, установленных в секции 15А диффузора со стороны ступицы, чем у лопаток 35В, установленных в секции 15В диффузора со стороны бандажа. Соответственно, можно задать площадь поперечного сечения проходного канала секции 15А диффузора со стороны ступицы меньшей, чем площадь поперечного сечения проходного канала секции 15В диффузора со стороны бандажа, как в вышеописанном случае.

Регулирующий расход клапан 36 (регулятор расхода), обеспечивающий регулирование расходов в соответствующих проходных каналах, выполнен в выпускной трубе 38В со стороны бандажа.

[0038]

В центробежном компрессоре 40, имеющем вышеописанную конструкцию, расходы в соответствующих проходных каналах регулируются работой клапана 36.

При низком расходе текучей среды, сжатой рабочим колесом 13, отверстие регулирующего расход клапана 36 сужается, обеспечивая уменьшение расхода текучей среды в канале В со стороны бандажа, как показано на фиг.8А, при этом текучая среда в канале А со стороны ступицы имеет более высокий расход. Иначе говоря, сжатая текучая среда последовательно проходит через вход 14 секции диффузора, секцию 15А диффузора с проходным каналом, имеющим меньшую площадь сечения, и секцию 16А спиральной камеры.

Напротив, при высоком расходе текучей среды, сжатой рабочим колесом 13, отверстие регулирующего расход клапана 36 увеличивается, обеспечивая протекание текучей среды в проходном канале В со стороны бандажа и в проходном канале А со стороны ступицы без уменьшения расхода текучей среды в канале В, как показано на фиг.8В. Иначе говоря, сжатая текучая среда разветвляется у входного отверстия 14 секции диффузора и проходит от секции 15А диффузора с проходным каналом, имеющим меньшую площадь поперечного сечения к секции 16А спиральной камеры, и от секции диффузора 15В с проходным каналом, имеющим большую площадь поперечного сечения, к секции 16В спиральной камеры.

[0039]

На фиг.9 показана зависимость между расходом и степенью сжатия в центробежном компрессоре согласно второму варианту реализации.

Как следует из фиг.9, при низком расходе сжатой текучей среды высокую степень сжатия получают за счет снижения расхода текучей среды, поступающей в проходной канал В со стороны бандажа и обеспечения высокого расхода текучей среды в проходном канале А со стороны ступицы. Также следует понимать, что при высоком расходе сжатой текучей среды высокая степень сжатия сохраняется при увеличении диапазона допустимого расхода за счет протекания текучей среды в проходном канале В со стороны бандажа и в проходном канале А со стороны ступицы без снижения расхода текучей среды в проходном канале В со стороны бандажа.

[0040]

Как раскрыто выше, в центробежном компрессоре согласно второму варианту реализации диапазон расхода может быть расширен с одновременным обеспечением высокой степени сжатия при низких затратах по сравнению с регулируемым направляющим крылом на входе или регулируемым диффузором, для которого требуется сложное приводное устройство.

[0041]

В описании второго варианта реализации площадь поперечного сечения проходного канала секции 15А диффузора со стороны ступицы является меньшей, чем площадь поперечного сечения секции 15В диффузора со стороны бандажа. Однако также можно задать площадь сечения проходного канала секции 15А диффузора со стороны ступицы большей, чем площадь поперечного сечения проходного канала секции 15В диффузора со стороны бандажа. При такой конструкции также достигается расширение рабочего диапазона центробежного компрессора.

[0042]

Третий вариант реализации

Далее раскрывается третий вариант реализации заявленного изобретения со ссылкой на фиг.10.

Центробежный компрессор согласно третьему варианту реализации отличается от центробежного компрессора согласно вышеописанным вариантам реализации тем, что ни секция 15А со стороны ступицы, ни секция 15В со стороны бандажа не содержат лопаток. Центробежный компрессор согласно третьему варианту реализации будет рассмотрен в основном с точки зрения отличия от вышерассмотренных вариантов, при этом опускаются описания моментов, которые являются общими с рассмотренными выше вариантами реализации

[0043].

Как показано на фиг.10, секция 15А диффузора со стороны ступицы и секция 15В диффузора со стороны бандажа не имеют лопаток. Площадь поперечного сечения проходного канала секции 15А диффузора со стороны ступицы меньше, чем площадь поперечного сечения проходного канала секции 15В диффузора со стороны бандажа.

В выпускной трубе 38В со стороны бандажа выполнен регулирующий расход клапан 36 (регулятор расхода), обеспечивающий регулирование расходов в соответствующих проходных каналах.

[0044]

В центробежном компрессоре 50 с вышеописанной конструкцией расходы в соответствующих проходных каналах регулируются за счет работы клапана 36.

При низком расходе текучей среды, сжатой рабочим колесом 13, отверстие регулирующего расход клапана 36 уменьшается, обеспечивая уменьшение расхода текучей среды в проходном канале В со стороны бандажа, как показано на фиг.11А, при этом текучая среда протекает в проходном канале А со стороны ступицы с более высоким расходом. Иначе говоря, сжатая текучая среда последовательно проходит через вход 14 секции диффузора, секцию 15А диффузора с проходным каналом, имеющим меньшую площадь поперечного сечения, и секцию 16А спиральной камеры.

Напротив, при высоком расходе текучей среды, сжатой рабочим колесом 13, отверстие регулирующего расход клапана 36 увеличивается, обеспечивая протекание текучей среды в проходном канале В со стороны бандажа и в проходном канале А со стороны ступицы без уменьшения расхода текучей среды, поступающей в канал В со стороны бандажа, как показано на фиг.11В. Иначе говоря, сжатая текучая среда разветвляется у входного отверстия 14 секции диффузора и проходит от секции 15А диффузора с проходным каналом, имеющим меньшую площадь поперечного сечения, к секции 16А спиральной камеры со стороны ступицы, а также от секции диффузора 15В с проходным каналом, имеющем большее поперечное сечение, к секции 16В спиральной камеры.

[0045]

На фиг.12 показана зависимость между расходом и степенью сжатия в центробежном компрессоре согласно третьему варианту реализации.

Как следует из фиг.12, при низком расходе сжатой текучей среды высокая степень сжатия достигается за счет снижения расхода текучей среды в проходном канале В со стороны бандажа и высокого расхода текучей среды в канале А со стороны ступицы. Также понятно, что при высоком расходе сжатой текучей среды допустимый диапазон расхода возрастает за счет поступления текучей среды в проходной канал В со стороны бандажа и проходной канал А со стороны ступицы без снижения расхода текучей среды, проходящей в канале В со стороны бандажа.

[0046]

Как раскрыто выше, в центробежном компрессоре согласно третьему варианту реализации возможно расширение рабочего диапазона по сравнению с регулируемым направляющим крылом на входе или с регулируемым диффузором, для которого требуется сложное приводное устройство. Поскольку в обоих проходных каналах данное крыло отсутствует, то такое решение является экономически эффективным по сравнению с вышеописанными вариантами реализации.

[0047]

В описании третьего варианта реализации площадь поперечного сечения проходного канала секции 15А диффузора со стороны ступицы задана меньшей, чем площадь поперечного сечения секции 15В диффузора со стороны бандажа. Однако также можно задать площадь поперечного сечения проходного канала секции 15А диффузора со стороны ступицы большей, чем площадь поперечного сечения проходного канала секции 15В диффузора со стороны бандажа. При такой конструкции также достигается расширение рабочего диапазона центробежного компрессора.

Центробежный компрессор 10 содержит разделительную стенку 37, разделяющую проходной канал секции 15 диффузора и секции 16 спиральной камеры на несколько каналов в направлении движения среды с образованием проходного канала А со стороны ступицы и проходного канала (В) со стороны бандажа, и регулирующий расход клапан 36. Клапан 36 предназначен для увеличения расхода в проходном канале А за счет уменьшения расхода в проходном канале В при низком расходе текучей среды, сжатой рабочим колесом 13, и для подачи среды в проходной канал В и в проходной канал А без уменьшения расхода в проходном канале В при высоком расходе текучей среды, сжатой рабочим колесом 13. Изобретение направлено на создание высокоэкономичного центробежного компрессора, демонстрирующего высокую надежность при устойчивой работе и широком рабочем диапазоне. 6 з.п. ф-лы, 26 ил.

1. Центробежный компрессор, имеющий ось вращения, рабочее колесо, установленное на оси вращения, корпус, вмещающий рабочее колесо, секцию диффузора, соединенную с выходом рабочего колеса, и секцию спиральной камеры, соединенную с выходом секции диффузора, обеспечивающий сжатие текучей среды под воздействием центробежной силы, возникающей при вращении рабочего колеса, причем данный центробежный компрессор содержит
разделительный элемент, разделяющий проходной канал в секции диффузора и в секции спиральной камеры на несколько каналов в направлении движения текучей среды, с образованием проходного канала со стороны ступицы и проходного канала со стороны бандажа; и
регулятор расхода, обеспечивающий при низком расходе текучей среды, сжатой рабочим колесом, уменьшение расхода текучей среды в проходном канале со стороны бандажа и высокий расход текучей среды в проходном канале со стороны ступицы, а при высоком расходе текучей среды, сжатой рабочим колесом, обеспечивающий протекание текучей среды и в проходном канале со стороны бандажа, и в проходном канале со стороны ступицы без уменьшения расхода текучей среды в проходном канале со стороны бандажа.

2. Центробежный компрессор по п.1, в котором разделительный элемент является разделительной стенкой, выполненной внутри секции диффузора и секции спиральной камеры.

3. Центробежный компрессор по п.1, в котором регулятор расхода представляет собой регулирующий расход клапан, выполненный возле выпускного участка секции спиральной камеры.

4. Центробежный компрессор по п.1, в котором диаметр по меньшей мере одного из входов секции диффузора составляет 1,02-1,2 диаметра рабочего колеса.

5. Центробежный компрессор по п.2, в котором торцевая поверхность разделительной стенки со стороны набегания потока отклонена от стороны ступицы к стороне бандажа.

6. Центробежный компрессор по любому из пп.1-5, в котором по меньшей мере одна секция диффузора оснащена лопаткой.

7. Центробежный компрессор по п.6, в котором площадь поперечного сечения проходного канала секции диффузора с лопаткой меньше чем площади поперечных сечений каналов других секций диффузора.