Ступень центробежного компрессора Советский патент 1992 года по МПК F04D17/08 

Изобретение относится к компрессоро- строению, в частности к центробежным компрессорам.

Известно рабочее колесо центробежного компрессора, содержащего лопатки с S- образным профилем.

Однако ступень компрессора с таким ротором не имеет входного направляющего аппарата, а S-образная форма лопаток не позволяет рационально использовать окружные скорости входных и выходных кромок лопаток для передачи газовому потоку максимальной кинетической энергии.

Известно рабочее колесо центробежной турбомашины, содержащее несущий диск с закрепленными на нем основными и дополнительными лопатками. При этом основные лопатки имеют плоские входные участки с сопряженными с ними выходными участками, изогнутыми по радиусу, а все лопатки по периферии снабжены бандажным кольцом, расположенным с противоположной от диска стороны, из круглого элемента.

Отсутствие входного направляющего аппарата не позволяет рационально использовать окружную скорость кромки входных участков лопаток, а прямолинейность входных участков лопаток нарушают плавность входа газов в диффузорные каналы рабочего колеса и увеличивают потери со снижением КПД всей ступени. Кроме того, бандажное кольцо из круглого элемента слабо увеличивает жесткость рабочего колеса и создает дополнительное сопротивление газам при выходе их из лопаток.

Известна.также ступень центробежного компрессора, содержащая рабочее колесо, входной направляющий аппарат и лопаточный диффузор (выходной лопаточный аппарат). При этом входной направляющий аппарат имеет осевой выход потока, что не позволяет рационально использовать линейную скорость рабочего колеса,

Целью изобретения является повышение рабочего напора.

Указанная цель достигается тем, что в ступени центробежного компрессора содержится рабочее колесо с несущим и дополнительным дисками и рабочими лопатами, входной и выходной направляющие аппараты, причем направляющий аппарат ступени снабжен радиальным выходом потока, а лопатки рабочего колеса выполнены параболической формы, оси симметрии которой касательны к окружности, образуемой вершинами парабол.

На фиг.1 представлена ступень центробежного компрессора, продольный разрез;

на фиг.2 - то же, поперечный разрез; на фиг.З - параллелограммы скоростей на входе и зыходе межлопастных каналов.

Рабочее колесо центробежного компрессора содержит несущий диск 1, жестко закрепленный на оси компрессора 2. На несущем диске 1 закреплены рабочие лопатки 3, соединенные между собой дополнительным кольцевым диском 4. Входные кромки рабочих лопаток расположены на окружности с радиусом RL выходные - на окружности с радиусом Ra. При этом рабочие лопатки изогнуты по параболе с вершиной, расположенной на окружности с радиусом Rn, а ось симметрии параболы является касательной к этой окружности. Ступень компрессора снабжена входным направляющим аппаратом 5с осевым входом и радиальным выходом газа и выходным аппаратом с лопатками 6. Входной аппарат снабжен направляющими лопатками 7, которые закручивают поток газов навстречу вращению несущего диска с рабочими лопатками. При этом угол установки входных кромок рабочих лопаток а выбран близким к направлению вектора относительной входной скорости WL

Угол установки входных кромок лрпаток выходного аппарата/fe выбран близким к направлению вектора абсолютной скорости выхода газа из межлопастных каналов рабочего колеса.

В процессе работы ступени компрессора в движении находится только рабочее колесо, состоящее из несущего и дополнительного дисков и рабочих лопаток. Все ос- тальные элементы ступени жестко закреплены на корпусе компрессора и неподвижны.

При работе ступени газовый (воздушный) поток поступает параллельно оси вращения рабочего колеса во входной направляющий аппарат. В нем поток изменяет направление движения с осевого на радиальный и попадает в межлопаточные каналы входного направляющего аппарата, где происходит закручивание потока навстречу вращению рабочего колеса. Из

направляющего аппарата частицы газа поступают на вход рабочего колеса с абсолютной скоростью Ci и окружной скоростью относительно входных кромок рабочих лопаток UL Из параллелограмма

скоростей частиц газа на входе в межлопастные каналы рабочего колеса можно определить величину и направление скорости частиц газа относительно рабочей лопатки. За счет согласования угла установки входных кромок рабочих лопаток с направлением вектора относительной скорости частиц газа происходит плавный вход газа в межлопаточные каналы, что снижает потери на завихрения газа в межлопаточ- ных каналах. Параболическая форма рабочих лопаток за счет плавности изменения направления потока также снижает потери за счет завихрения газов в межлопаточном пространстве. На выходе из межлопаточ- ных каналов частицы газа имеют относительную скорость Wa и переносятся с окружной скоростью U2. Из параллелограмма скоростей можно найти величину и направление абсолютной скорости частиц газа на выходе из межлопаточного пространства рабочего колеса. За счет согласования угла установки входных кромок выходного аппарата $2 с направлением абсолютной скорости газа при выходе из ра- бочего колеса происходит плавный вхрд потока газов в выходной аппарат, что также снижает потери на завихрения.

Общий напор ступени компрессора может быть определен по известной фор- муле

н иЗ-иЗ , wS6-wS , сЗ-сЗ

2q 2q 2q

Предлагаемая конструкция ступени компрессора позволяет значительно увеличить динамическую составляющую напора

с2-с

2q

за счет значительного увеличения выходной абсолютной скорости.

Формула изобретения Ступень центробежного компрессора, содержащая корпус и установленные в нем по ходу потока входной направляющий аппарат, рабочее колесо, состоящее из несущего диска с расположенными на нем лопатками и выходного направляющего аппарата, отличающаяся тем. что, с целью повышения напора, рабочее колесо дополнительно снабжено покрывным диском, профиль лопаток рабочего колеса имеет образующую в виде параболы, оси симметрии которой касательны к окружности, образуемой вершинами парабол, а входной направляющий аппарат выполнен с радиальным выходом.

Изобретение позволяет повысить напор ступени центробежного компрессора. Ступень центробежного компрессора содержит корпус и установленное в нем рабочее колесо, состоящее из несущего диска 1 с расположенными на нем лопатками, и входного направляющего аппарата 5 с радиальным выходом. Рабочее колесо снабжено, покрывным диском. Лопатки 3 рабочего колеса имеют образующую в виде параболы, оси симметрии которых касательны к окружности, образуемой вершинами парабол. 3 ил.

. 2