Двухступенчатая вихревая машина Советский патент 1992 года по МПК F01D1/08 F04D17/06 

Da - наружный диаметр D 8. Кольцевой рабочий канал 3 второй ступени снабжен козырьком, сопряженным с внутренней поверхностью К и расположенным относи - тельно входных кромок Л с постоянным радиальным зазором. Ширина козырька в осевом направлении равна высоте Л второй

ступени. Торец в одном из отсекателей со стороны входа в рабочий канал выполнен параллельно входным кромкам Л и образует с обращенной к Л поверхностью отсекателя тупой угол. На поверхности П 4, обращенной к D 8, выполнены выемки в виде сетчатого рифления 4 з п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и позволяет повысить надежность и снизить габариты путем расположения лопаточных венцов 9 и 10 по обе стороны диска (D) 8. В корпусе 1 выполнены два кольцевых рабочих канала 2 и 3, разделен« г тшШ&з п шг1 ные кольцевой перемычкой (П) 4. П 4 охватывает D 8 с образованием радиального зазора Ь. Рабочие лопатки (Л) имеют в радиальном сечении серпообразную форму, а их входные и выходные кромки расположены на цилиндрических поверхностях с диаметром, соответственно меньшим и равным диаметру D 8. Впускное окно 6 расположено со стороных входных кромок Л, имеет ширину, равную высоте Л. Перепускной канал (К) выполнен в П 4 и имеет в поперечном сечении форму сектора кольца, концентричного D 8. Наружная цилиндрическая поверхность К имеет диаметр DH больший или равный наружному диаметру рабочего кольцевого канала 2. Угловой размер сектора кольца определяется из неравенства 24 Рк/0„2 - D22 р 8 Рк/Он2 - D22, где Fk площадь поперечного сечения рабочего канала; XI СП 00 S3

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для получения сжатых газов в любых областях народного хозяйства.

Известна двухступенчатая вихревая машина, содержащая корпус с двумя кольцевыми рабочими каналами и размещенный в корпусе на двух концевых опорах ротор в виде установленных между опорами на общем валу двух рабочих колеси вращающей- ся части электродвигателя.

Недостатками этой машины являются увеличенные осевые габариты из-за наличия двух рабочих колес - по одному на каждую ступень, а также относительно низкая надежность вследствие конструктивного размещения ротора электродвигателя и рабочих колес на общем валу между концевыми опорами. В случае выхода из строя одного из узлов машины (ротора электро- двигателя или рабочего колеса) потребуется замена всего вала, т.е практически замена агрегата в целом.

Наиболее близкой к предлагаемой является двухступенчатая вихревая машина, со- держащая корпус с двумя кольцевыми рабочими каналами, имеющими равный наружный диаметр, расположенную между каналами кольцевую перемычку, размещенные в рабочих каналах отсекатели и выпол- ненные в корпусе впускное и выпускное окна, а в перемычке - перепускной качал и размещенное в корпусе рабочее колесо с диском и расположенными в соответствующих кольцевых рабочих каналах лопаточны- ми венцами ступеней.

Однако в этой конструкции для двух ступеней сжатия применяются два диска с соответствующими лопаточными венцами. Это требует увеличенных осевых габаритов, а при консольном расположении дисков на валу - увеличенного вылета консоли вала, что ведет к повышенным нагрузкам на подшипники, увеличению вибраций, снижению надежности машины в целом.

Целью изобретения является повышение надежности и снижение габаритов двухступенчатой вихревой машины

Указанная цель достигается тем, что в двухступенчатой вихревой машине, содержащей корпус с двумя кольцевыми рабочими каналами, имеющими равный наружный диаметр, расположенную между каналами кольцевую перемычку, размещенные в рабочих каналах отсекатели и выполненные в корпусе впускное и выпускное окна, а в перемычке - перепускной канал и размещенное в корпусе рабочее колесо с диском и расположенными в соответствующих кольцевых рабочих каналах лопаточными венцами ступеней, лопаточные венцы расположены по обе стороны диска, кольцевая перемычка охватывает диск с образованием радиального зазора, рабочие лопатки имеют в радиальном сечении серпообразную форму, а их входные и выходные кромки расположены на цилиндрических поверхностях с диаметром, соответственно меньшим и равным диаметру диска, впускное окно расположено со стороны входных кромок лопаток, имеет ширину, равную высоте лопаток, перепускной канал имеет в поперечном сечении форму сектора кольца, концентричного диску, при этом наружная цилиндрическая поверхность перепускного канала имеет диаметр, больший или равный наружному диаметру рабочего кольцевого канала, а угловой размер сектора кольца определяется из неравенства

ОО

D, -

где Fk - площадь поперечного сечения рабочего канала;

DH - наружный диаметр рабочего канала;

Da - наружный диаметр диска рабочего колеса.

Кольцевой рабочий канал второй ступени может быть снабжен козырьком, сопряженным с внутренней поверхностью перепускного канала и расположенным относительно выходных кромок лопаток с постоянным радиальным зазором при этом

ширина козырька в осевом направлении равна высоте лопаток второй ступени.

По меньшей мере в одном из отсекате- лей торец со стороны входа в кольцевой рабочий канал может быть выполнен парал- лельно входным кромкам лопаток соответственно ступени и образует с обращенной к рабочим лопаткам поверхностью отсекателя тупой двухгранный угол,

На поверхности кольцевой перемычки, обращенной к диску рабочего колеса, могут быть выполнены выемки. Выемки могут быть выполнены в виде сетчатого рифления.

На фиг.1 изображена двухступенчатая вихревая машина; на фиг.2 - вид А на фиг.1 (на перепускной канал и лопаточный венец второй ступени).

Двухступенчатая вихревая машина содержит корпус 1 с двумя кольцевыми рабо- чими каналами 2 и 3, имеющими равный наружный диаметр Он, расположенную между каналами 2 и 3 кольцевую перемычку 4, размещенные в рабочих каналах 2 и 3 отсекатели 5 и выполненные в корпусе 1 впускное и выпускное окна (на фиг.1 показано впускное окно 6), а в перемычке 4 - перепускной канал 7 и размещенное в корпусе 1 рабочее колесо с диском 8 и расположенными в соответствующих кольцевых рабочих каналах 2 и 3 лопаточными венцами 9 и 10 ступеней Лопаточные венцы 9 и 10 расположены по обе стороны диска 8, кольцевая перемычка 4 охватывает диск 8 с образованием радиального зазора (5, рабочие лопатки имеют в радиальном сеченим серпообразную форму (фиг.2), а их входные и выходные кромки расположёны на цилиндрических поверхностях с диаметром, соответственно меньшим и равным диаметру D2 диска 8, впускное окно б расположено со стороны входных кромок лопаток, имеет ширину Ь, равную высотеh лопаток, перепускной канал 7 имеет в поперечном сечении форму сектора кольца, концентричного дис- ку 8. При этом наружная цилиндрическая поверхность перепускного канала 7 имеет диаметр, больший или равный наружному диаметру DH рабочего кольцевого канала 2 и 3, а угловой размер сектора кольца опре- деляется из неравенства

,8F%.

о2 - о2 &

где PR-площадь поперечного сечения рабочего канала;

Он - наружный диаметр рабочего канала;

5

10

15

20 25 30 35 40 5 0

5

D2 - наружный диаметр диска рабочего колеса.

Кольцевой рабочий канал 3 второй ступени может быть снабжен козырьком 11, сопряженным с внутренней поверхностью перепускного канала 7, и расположенным относительно выходных кромок лопаток с постоянным радиальным зазором, при этом ширина козырька 11 в осевом направлении равна высоте лопаток второй ступени.

По меньшей мере в одном из отсекате- лей 5 торец со стороны входа в кольцевой рабочий канал 2 и 3 может быть быть выполнен параллельно входным кромкам лопаток соответственной ступени и образует с обращенной к рабочим лопаткам поверхностью отсекателя 5 тупой двухгранный угол а.

На поверхности кольцевой перемычки 4, обращенной к диску 8 рабочего колеса, могут быть выполнены выемки 12. При этом последние могут быть выполнены в виде сетчатого рифления.

Лопаточные венцы 9 и 10 со стороны торцов рабочего колеса могут быть закрыты покрывными дисками 13 и 14.

Двухступенчатая вихревая машина работает следующим образом.

При вращении рабочего колеса рабочее тело через впускное окно 6 попадает в рабочий канал 2 первой ступени. Взаимодействуя с лопаточным венцом 9, рабочее тело, перемещаясь вдоль канала 2, приобретает энергию, в частности потенциальную энергию давления. Соответствующий отсекатель 5 обеспечивает перевод потока рабочего тела из канала 2 через перепускной канал 7 в рабочий канал 3 второй ступени. Взаимодействуя с лопаточным венцом 10, рабочее тело перемещается вдоль канала 3, приобретая дополнительную энергию, а соответствующий отсекатель 5 обеспечивает вывод потока рабочего тела из канала 3 в выпускное окно (не показано). Размеры впускного окяа 6 и его расположение относительно входных кромок лопаток венца 9 обеспечивает минимальные гидравлические потери на входе в ступень. Форма, размещение и размеры перепускного канала 7 обеспечивают при минимальных радиальных габаритах машины минимум гидравлических потерь при переходе рабочего тела из первой во вторую ступень и оптимальное использование длины проточной части(длины каналов 2 и 3) для создания давления рабочего тела. Применение козырька 11 в зоне перепускного канала 7 и специальное оформление тйрца отсекателя 5 со стороны входа в рабочий канал (имеется ввиду угол ее) способствуют лучшей организации потока на

входе в ступень и формированию продольно-вихревого движения частиц потока - базового движения при передаче энергии от лопаточных венцов 9 и 10 рабочему телу, В свою очередь, это повышает напорность ступени, а плавный выход рабочего тела из межлопаточного пространства венца 10 в зоне торца отсекателя 5 с углом а способствует снижению аэродинамических шумов в машине. Последнему обстоятельству способствует также и использование покрывных дисков 13 и 14. Выемки 12 обеспечивают более эффективное межступенчатое уплотнение, роль которого играет зазор б, так как выемки 12 обеспечивают повышенное гидравлическое сопротивление межступенчатым перетечкам рабочего тела через этот зазор. Выполнение выемок 12 в виде сетчатого рифления является наиболее простым с технологической точки зрения,

Формула изобретения 1. Двухступенчатая вихревая машина, содержащая корпус с двумя кольцевыми рабочими каналами, имеющими равный наружный диаметр, расположенную между каналами кольцевую перемычку, размещенные в рабочих каналах отсекателя и выполненные в корпусе впускное и выпускное окна, а в перемычке - перепускной канал и размещенное в корпусе рабочее колесо с диском и расположенными в соответствующих кольцевых рабочих каналах лопаточными венцами ступеней, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и снижения габаритов, лопаточные венцы расположены по обе стороны диска, кольцевая перемычка охватывает диск с образованием радиального зазора, рабочие лопатки имеют в радиальном сечении серпообразную форму, а их входные и выходные кромки расположены на цилиндрических поверхностях с диаметром, соответственно меньшим и равным диаметру диска, впускное окно

расположено со стороны входных кромок лопаток, имеет ширину, равную высоте лопаток, перепускной канал имеет в поперечном сечении форму сектора кольца,

концентричного диску, при этом наружная цилиндрическая поверхность перепускного канала имеет диаметр, больший или равный наружному диаметру рабочего кольцевого канала, а угловой размер сектора кольца

определяется из неравенства

24 FK

о2-чо|

8FK

о2-о2

0

5

0

Ц

где Fk - площадь поперечного сечения рабочего канала;

DH - наружный диаметр рабочего канала;

D2 - наружный диаметр диска рабочего колеса.

вид А

Фаг, 2

1