РАДИАЛЬНЫЙ ЛОПАТОЧНЫЙ ДИФФУЗОР ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА Российский патент 2017 года по МПК F04D29/44 

Изобретение относится к области компрессоростроения, а именно к устройствам радиальных лопаточных диффузоров центробежных компрессоров.

Известны устройства радиальных диффузоров центробежных компрессоров (см. Рис В.Ф. «Центробежные компрессорные машины», Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1981, стр. 70, рис. 2.2), которые содержат размещенный между плоскими боковыми стенками лопаточный венец. При этом боковые стенки в меридиональном сечении имеют вид параллельных прямых.

Основным недостатком таких радиальных диффузоров является пониженный КПД, т.к. параллельные в меридиональном сечении боковые стенки не обеспечивают протекание рабочего тела с достаточно малой величиной потерь полного давления, а с увеличением степени расширения в диффузоре указанные потери будут существенно увеличиваться.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению является радиальный лопаточный диффузор центробежного компрессора (см. Рис В.Ф. «Центробежные компрессорные машины», Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1981, стр. 268, рис. 6.4), который содержит между плоской и конической боковыми стенками лопаточный венец. При этом боковые стенки в меридиональном сечении имеют вид прямых линий, образующих диффузорный участок по всей длине, в том числе и в выходной части.

Основным недостатком указанного радиального диффузора является относительно невысокий уровень КПД, т.к. диффузорность в меридиональном сечении, образуемая боковыми стенками, при высокой степени расширения рабочего тела не обеспечивает в достаточной степени уменьшение потерь полного давления, хотя по сравнению с диффузором с параллельными в меридиональном сечении боковыми стенками указанные потери могут быть несколько ниже.

В основу изобретения положена задача разработать лопаточный диффузор, обеспечивающий снижение потерь полного давления при торможении потока в его каналах, увеличение диапазона устойчивой работы центробежного компрессора, повышение КПД диффузора за счет изменения конфигурации одной из его боковых стенок.

Для решения поставленной задачи в радиальном лопаточном диффузоре, содержащем размещенный между боковыми стенками лопаточный венец, причем боковые стенки в меридиональном сечении образуют диффузорный участок по всей длине, в том числе и в выходной части, передняя боковая стенка диффузора в меридиональном сечении выполнена тремя плавно сопряженными радиусными линиями так, что центры окружностей первых по потоку двух радиусных линий, обращенных выпуклостью внутрь диффузора, расположены на диаметре окружности, проходящей через центры окружностей, вписанных в межлопаточный канал на его входе, а центр окружности третьей радиусной линии, обращенной выпуклостью наружу диффузора, расположен на диаметре окружности, проходящей через выходные кромки лопаток диффузора.

Изменение конфигурации передней стенки радиального лопаточного диффузора обеспечивает перераспределение процесса расширения рабочего тела по длине диффузора так, что уменьшается расширение на входном и выходном его участках, а основной процесс расширения осуществляется на среднем участке канала, где боковая стенка лопаточного диффузора в меридиональном сечении образована в основном второй радиусной линией. В результате уменьшаются потери полного давления и КПД возрастает на 1-2%, что особенно важно для малоразмерных вспомогательных газотурбинных двигателей с невысокими КПД элементов турбокомпрессора.

Заявляемое техническое решение поясняется следующими чертежами:

фиг. 1 - меридиональное сечение радиального лопаточного диффузора центробежного компрессора;

фиг. 2 - сечение А-А радиального лопаточного диффузора центробежного компрессора.

Радиальный лопаточный диффузор центробежного компрессора содержит размещенный между передней 1 и задней 2 (см. фиг. 1) боковыми стенками лопаточный венец 3 (см. фиг. 2), причем передняя боковая стенка 1 в отличие от прямой задней стенки 2 выполнена тремя плавно сопряженными радиусными линиями «а», «в» и «с», при этом центры первых по потоку двух радиусных линий «а» и «в», обращенных выпуклостью внутрь диффузора (к боковой стенке 2), расположены на диаметре D1 окружности, проходящей через центры окружностей d1, вписанных в межлопаточный канал 4 (см. фиг. 2) на его входе, а центр окружности третьей радиусной линии «с», обращенной выпуклостью наружу, расположен на диаметре D2 окружности, проходящей через выходные кромки лопаток диффузора 5 (см. фиг. 1).

При работе компрессора рабочее тело (например, воздух) поступает в радиальный лопаточный диффузор, в котором осуществляется его плавное расширение по длине диффузора в определенной последовательности. На входном участке до диаметра D1 (конфигурация боковой стенки по линии «а») и на выходном участке до диаметра D2 (конфигурация боковой стенки по линии «с») процесс расширения протекает менее интенсивно, по сравнению с основным процессом, протекающим в средней части диффузора между диаметрами D1 и D2 (конфигурация боковой стенки по линии «в»). В результате «нагрузка» лопаточного диффузора на входном и выходном участках, где наибольшие потери полного давления, уменьшается и возрастает в средней части, где поток в канале наиболее организован, вследствие чего КПД диффузора возрастает на 1-2%. Повышению КПД способствует также дополнительное снижение «нагрузки» входной части лопаточного диффузора путем организации потока рабочего тела в косом срезе на входе в лопаточный диффузор за счет определенного сужения канала на участке до диаметра D1.

Изобретение относится к области компрессоростроения, а именно к устройствам радиальных лопаточных диффузоров центробежных компрессоров. Изменение конфигурации передней стенки радиального диффузора обеспечивает перераспределение процесса расширения рабочего тела по длине лопаточного диффузора так, что уменьшается расширение на входном и выходном его участках, а основной процесс расширения осуществляется на среднем участке канала диффузора. В результате уменьшаются потери полного давления и КПД возрастает на 1-2%, что особенно важно для малоразмерных вспомогательных газотурбинных двигателей с невысокими КПД элементов турбокомпрессора. Технический результат заключается в снижении потерь полного давления, увеличении диапазона устойчивой работы центробежного компрессора, а также в повышении КПД диффузора за счет изменения конфигурации одной из его боковых стенок. 2 ил.

Радиальный лопаточный диффузор центробежного компрессора, содержащий размещенный между боковыми стенками лопаточный венец, причем боковые стенки в меридиональном сечении образуют диффузорный участок по всей длине, в том числе и в выходной части, отличающийся тем, что передняя боковая стенка диффузора в меридиональном сечении выполнена тремя плавно сопряженными радиусными линиями так, что центры окружностей первых по потоку двух радиусных линий, обращенных выпуклостью внутрь диффузора, расположены на диаметре окружности, проходящей через центры окружностей, вписанных в межлопаточный канал на его входе, а центр окружности третьей радиусной линии, обращенной выпуклостью наружу диффузора, расположен на диаметре окружности, проходящей через выходные кромки лопаток диффузора.