ВХОДНОЙ РАДИАЛЬНО-ОСЕВОЙ КОНФУЗОР ЦЕНТРОБЕЖНОЙ СТУПЕНИ Российский патент 2013 года по МПК F04D29/44 

Изобретение относится к энергетическим турбомашинам и может использоваться во входных радиально-осевых конфузорах ступеней центробежных компрессоров, нагнетателей и насосов.

Известны входные радиально-осевые конфузоры, имеющие максимально возможный радиус закругления вогнутого обвода (рис.7 в отраслевом каталоге "Центробежные и осевые компрессорные машины". - М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1992). Недостатком таких конфузоров являются большие потери напора вследствие повышенных расходных скоростей рабочей среды в промежуточных поперечных сечениях конфузора.

Отмеченный недостаток в значительной мере устранен во входных радиально-осевых конфузорах с малым радиусом закругления вогнутого обода. Известный радиально-осевой конфузор центробежной ступени (рис.1.22 в книге В.Б.Шнеппа "Конструкция и расчет центробежных компрессорных машин." - М.: Машиностроение, 1995) содержит закругленные по радиусам выпуклый и вогнутый обводы. Радиус закругления вогнутого обвода выполнен малым для увеличения площадей промежуточных поперечных сечений, благодаря чему снижаются расходные скорости и, следовательно, потери напора. Недостаток данного конфузора заключается в том, что потери напора не минимальны. Причина этого - неоптимальность радиуса закругления вогнутого обода.

Целью настоящего изобретения является уменьшение потерь напора во входном радиально-осевом конфузоре путем задания оптимального радиуса закругления вогнутого обвода.

Указанная цель достигается тем, что в известном входном радиально-осевом конфузоре центробежной ступени, содержащем закругленные по радиусу выпуклый и вогнутые обводы, радиус закругления вогнутого обвода определяется соотношением

R_вог=(0.42-0.76)(R_вып+(b_н+b_к)/2),

в котором

R_вог - радиус закругления вогнутого обвода;

R_вып - радиус закругления выпуклого обвода;

b_н - ширина начального сечения конфузора;

b_к - ширина конечного сечения конфузора.

Данное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия", так как оно в отличие от известных технических решений определяет оптимальную величину радиуса закругления вогнутого обвода как функцию всех остальных геометрических параметров конфузора (R_вып, b_н и b_к).

На фиг.1 изображен входной радиально-осевой конфузор центробежной ступени, меридиональный разрез; на фиг.2 - зависимости коэффициентов потерь напора ζ в конфузоре от относительного радиуса закругления вогнутого обвода $$\frac{R_{вог}}{R_{вып}+\left(b_{н}+b_{к}\right)/2}$$ для конфузоров с сильно различающимися b_н и b_к, но одинаковым, причем большим, R_вып; на фиг.3 - зависимости ζ от $$\frac{R_{вог}}{R_{вып}+\left(b_{н}+b_{к}\right)/2}$$ для конфузоров с сильно различающейся b_к, но одинаковыми b_н и R_вып, причем R_вып мал; на фиг.4…7 - меридиональные разрезы конфузоров, данные по ζ которых представлены на фиг.2; на фиг.8…10 - меридиональные разрезы конфузоров, данные по ζ которых представлены на фиг.3.

Входной радиально-осевой конфузор содержит выпуклый обвод 1 и вогнутый обвод 2. Выпуклый обвод 1 закруглен по радиусу R_вып. Вогнутый обвод 2 закруглен по радиусу R_вог. Площадь конечного сечения 3 конфузора меньше площади начального сечения 4. Радиус R_вог закругления вогнутого обвода 2 соответствует заявленному техническому решению.

Входной радиально-осевой конфузор работает следующим образом.

Рабочая среда движется по конфузору в направлении от начального сечения 4 к конечному сечению 3. Поскольку площадь конечного сечения 3 меньше площади начального сечения 4, скорость с_к рабочей среды в конечном сечении 3 больше скорости с_н в начальном сечении 4. Движение рабочей среды по конфузору сопровождается потерями части ее напора. Потери напора зависят от каждого геометрического параметра конфузора, в том числе от R_вог.

Согласно представленным на фиг.2 и 3 результатам расчетов коэффициента потерь напора $$\zeta =\frac{h}{c_{к}^2/2}$$ , где h - потери напора, вычислявшиеся по методу статьи "Простой метод расчета потерь во входном радиально-осевом конфузоре центробежной ступени" (журнал "Компрессорная техника и пневматика", 2011, №4, с.34-36), минимум ζ конфузоров как с малыми, так и с большими R_вып, b_н и b_к (R_вып=(0.2…1.0)R_вт; b_н=(1…2)R_вт; b_к=(0.67…1.34)R_вт) лежит в сравнительно узком интервале $$\frac{R_{вог}}{R_{вып}+\left(b_{н}+b_{к}\right)/2}$$ , равном 0.42…0.76. Следовательно, оптимальный радиус закругления вогнутого обвода

(R_вог)_опт=(0.42-0.76)(R_вып+(b_н+b_к)/2),

что и фигурирует в заявленном техническом решении.

Изобретение относится к энергетическим турбомашинам, может использоваться в центробежных ступенях с радиально-осевым подводом рабочей среды и обеспечивает при его использовании снижение потерь напора во входном радиально-осевом конфузоре за счет оптимизации радиуса закругления вогнутого обвода. Указанный технический результат достигается во входном радиально-осевом конфузоре центробежной ступени, содержащем закругленные по радиусам выпуклый и вогнутый обводы, тем, что радиус закругления вогнутого обвода определяется определенным соотношением. 10 ил.

Входной радиально-осевой конфузор центробежной ступени, содержащий закругленные по радиусам выпуклый и вогнутый обводы, отличающийся тем, что радиус закругления вогнутого обвода определяется соотношением
R_вог=(0,42-0,76)(R_вып+(b_н+b_к)/2),
в котором R_вог - радиус закругления вогнутого обвода;
R_вып - радиус закругления выпуклого обвода;
b_н - ширина начального сечения конфузора;
b_к - ширина конечного сечения конфузора.