Рабочее колесо осерадиального компрессора Советский патент 1992 года по МПК F04D29/28 

1

(21)4907114/06

(22) 17.12.90

(46) 23.09.92. Бюл. № 35

(71)Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров

(72)В.Ф.Алексеев, В.Л.Рукавишников, В.М.Шишкин и С.В.Шнепп

(56) Кузьмин Г.А. Конструкция авиационных двигателей. - М.: Оборонгиз, 1962, фиг. 3.7.

Авторское свидетельство СССР № 1562537, кл. F 04 D 29/28, 1988.

Теория и расчет турбокомпрессоров (К.П.Селезнев, Ю.Б.Галеркич, С.А.Анисимов и др. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд- ние, 1986, рис.2.17, 2.18.

Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1966, с.99.

(54) РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ОСЕРАДИАЛЬНО- ГО КОМПРЕССОРА

(57) Использование: компрессоростроение, в частности рабочие колеса центробежных осерадиальных компрессоров. Сущность изобретения: в рабочем колесе осерадиаль- ного компрессора с несущим 1 и покрывным 2 дисками с установленными между ними с образованием межлопаточных каналов лопатками 3, средние поверхности которых сформированы образующими, перпендикулярными средней линии лопаток в мериди- анальной плоскости и наклоненными к меридиональным плоскостям под переменными углами, плавно увеличивающимися по длине средней линии от входа к выходу на осевом участке рабочего колеса, составляющем 0,18-0,6 от общей длины I средней линии и плавно уменьшающимися на т

К 1

О CJ

И

радиальном участке, угол наклона образующих средней поверхности лопаток к мери- дианальным плоскостям в каждом сечении, перпендикулярном средней линии лопаток в меридиональной плоскости, плавно уменьшается от значения, соответствующего средней линии до минимально допустимого значения вблизи несущего диска 1, и

Изобретение относится к области комп- рессоростроения, а именно, к рабочим колесам центробежных осерадиальных компрессоров.

Известно рабочее колесо центробежно- го осерадиального компрессора (1), содержащее основной диск и расположенные на нем лопатки, входные кромки котшрых размещены в осевой части рабочего колеса, а поверхности имеют прямолинейные обра- зующие, расположенные в плоскостях перпендикулярных средней линии лопаток в меридиональной плоскости и составляющие с меридиональными плоскостями угол, равный нулю.

Недостатком известного рабо чего колеса (1) является низкий КПД, обусловленный гидравлическими потерями в связи с неравномерностью распределения меридиональных ; скоростей потока по высоте межлЬпаточных каналов в области поворота потока из осевого направления в радиальное.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату является выбранное в качестве прототипа рабочее колесо (2) - прямолинейные образующие лопаток которого наклонены к меридиональным плоскостям на перемен- ный угол, плавно Увеличивающийся по длине ;средней линии лопаток в меридиональной плоскости на осевом участке рабочего колеса от значения на входной кромке лопаток и затем плавно уменьшающийся на радиальном участке до значения на выходной кроме, причем ддина осевого участка рабочего колеса составляет 0,18-0,6 общей средней линии лопаток в меридиональной плоскости

Недостатком известного рабочего колеса (2) является низкий КПД, обусловленный гидравлическими потерями, связанными с неравномерностью распределения меридиональных скоростей потока по высоте меж- лопаточных каналов Со стороны лопаток

плавно увеличивается до максимально допустимого значения вблизи покрывного диска. При этом углы наклона образующих средней поверхности лопаток к меридиа- нальным плоскостям вблизи несущего и покрывного дисков на осевом участке рабочего колеса также выполнены плавно увеличивающимися от входа к выходу. 3 ил,

рабочего колеса, образующие которых имеют наклон к меридиональной плоскости, ни частицы потока в направлении нормали g осесиметричным поверхностям тока дейсп вует сила, в результате давление потэкф вблизи покрывного диска повышается, ё скорость уменьшается. Однако в связи е тем, что в рабочем колесе (2) образующие поверхности лопаток имеют прямолинейную форму, угол наклона образующих к меридиональным плоскостям уменьшается от максимально допустимого значения вблизи несущего диска до минимально допустим® го значения вблизи покрывного диска, в результате чего сила, действующая на поток ад стороны лопаток в направлении нормали к осесимметричным поверхностям тока вблизи покрывного диска где неравномерность распределения меридиональных скоростей потока выражена наиболее резко (3) уменьшается. Таким образом, в рабочем колесе (2) равномерность распределения меридиональных скоростей потока и повышение КПД не достигается

Целью изобретения является повышение КПД рабочих колес центробежных компрессоров

Поставленная цель достигается тем, что в рабочем колесе, содержащем лопатки, средние поверхности которых сформированы образующими, перпендикулярными средней линии лопаток в меридиональной плоскости и расположенными к меридиа нальным плоскостям под переменными углами, плавно увеличивающимися по длина средней линии от входа к выходу на осевом участке рабочего колес, составляюще-й) 0,18-0,6 общей длины средней линии, а плавно уменьшающимися на радщиально участке, угол наклона образующих Средней поверхности лопаток к меридичэнальны® плоскостям, в каждом сечении, перпендикулярном средней линии лопаток в меридиональной плоскости, плавно уменьшается от значения соответствующего средней линий до минимально допустимого значения вбли

зи несущего диска и плавно увеличивается до максимально допустимого значения вблизи покрывного диска, при этом углы наклона образующих средней поверхности лопаток к меридиональным плоскостям у несущего и покрывного дисков на осевом участке рабочего колеса плавно увеличивается от входа к выходу.

В известных рабочих колесах центробежных осерадиальных компрессоров при отсутствии соответствующего воздействия на поток со стороны лопаток в области поворота от осевого направления в радиальное вблизи покрывного диска происходит разгон потока и последующее резкое замедление - профиль меридиональных плоскостей имеет характерный пик, вблизи несущего диска имеет место уменьшение и последующее увеличение скорости потока - профиль скоростей имеет провал, В соответствии с (3) наибольшая неравномерность распределения меридиональных скоростей потока по высоте межлопаточных каналов имеет место в интервале 0,18-0,6 I, где I - общая длина средней линии лопаток в меридиональной плоскости. Таким образом, благодаря тому, что в предлагаемом техническом решении углы наклона образующих средней поверхности лопаток к меридиональным плоскостям в интервале 0,18-0,6 I вблизи основного диска, средней линии лопаток с меридиональной плоскости и покрывного диска имеют наибольшие от входа к выходу рабочего колеса значения, плавно увеличивающиеся от основного диска к покрывному диску, со стороны лопаток на поток в направлении нормали к осесимметричным поверхностям тока действует сила, меньшая вблизи основного диска и большая вблизи покрывного диска, В соответствии с (3) (формула 1-14) давление потока вблизи покрывного диска повышается, а скорость уменьшается, благодаря чему характерный пик скорости сглаживается; вблизи основного диска давление потока уменьшается, а скорость потока увеличивается, благодаря чему провал профиля скоростей предотвращается. В результате в соответствии с предлагаемым техническим решением в рабочих колесах центробежных осерадиальных компрессоров обеспечивается равномерное распределение меридио- нальных скоростей потока по высоте межлопастных каналов достигается уменьшение гидравлических потерь и повышение КПД (4).

На фиг, 1 дано изображение меридионального сечения рабочего колеса; на фиг, 2 и 3 - сечения рабочего колеса плоскостями I-I и II-II, фиг. 1 перпендикулярными линиями средней линии лопаток в меридиональной плоскости mm, сечение I-I - вблизи входной кромки лопаток, сечение II-II - в

0 области поворота потока из осевого направления в радиальное, т.е. там, где заканчивается осевой участок рабочего колеса и начинается радиальный - в интервале 0,18- 0,6 I. Рабочее колесо содержит несущий

5 диск 1, покрывной диск 2 и лопатки 3. Касательные ai bi1, и аз ьз к образующей поверхности ciWca1 составляют в плоскости сечения 1-1 с меридиональными плоскостями AI BI , и АЗ ВЗ углы XT ; X21 и хз1 - фиг. 2. Касательные , и азмЬз к образующим поверхности ci c2MC3 составляют в плоскости сечения II-II с меридиональными плоскостями , А2МВ2 и АзМВз углы xi, X211 и хз11 - фиг. 3. Значения

углов xi, X21 и хз в сечении 11-И больше

.ill соответствующих значении углов xi , Х2 и хз

в сечении I-I и в других сечениях, расположенных вне интервала 0,18-0,6 L в сечении I-I, I1-II и в каждом из других сечений углы

0 .

Принцип действия предлагаемого технического решения состоит в следующем. Поток газа поступает в межлопаточные каналы рабочего колеса, где происходит про5 цесс сжатия, Под действием силы, действующей на поток со стороны лопаток в направлении нормали к осесимметричным поверхностям тока в области поворота потока из осевого направления в радиальное

0 давление потока вблизи покрывного диска повышается, а скорости уменьшаются; вблизи основного диска давление уменьшается, а скорости потока увеличиваются, бла- годаря чему предотвращается

5 возникновение неравномерного распределения скоростей потока по высоте межлопаточных каналов в области поворота потока из осевого направления в радиальное, уменьшаются гидравлические потери в свя0 зи с неравномерностью, а КПД рабочего колеса повышается.

Формула изобретения Рабочее колесо осерадиального компрессора, содержащее несущий и покрывной

5 диски и установленные между ними с образованием межлопаточных каналов лопатки, средние поверхности которых сформированы образующими, перпендикулярными средней линии лопаток в меридиональной

0 плоскости и наклоненными к меридиональным плоскостям под переменными углами, плавно увеличивающимися по длине средней линии от входа к выходу на осевом участке рабочего колеса, составляющем

5 0,18...0,6 от общей длины средней лмнии и плавно уменьшающимися на радиальном

участке, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД компрессора путем выравнивания поля меридиональных скоростей потока по высоте межлопаточных каналов, угол наклона образующей средней поверхности лопаток к меридиональным плоскостям в каждом сечении, перпендикулярном средней линии лопаток в меридиональной

плоскости, плавно уменьшается от значения соответствующего средней линии, до

1-1

МасштйЬ2 / .т

0

минимально допустимого значения у несущего диска и плавно увеличивается до максимального значения у покрывного диска, при этом углы наклона образующих средней поверхности лопаток к меридиональным плоскостям у несущего покрывного дисков на осевом участке рабочего колеса также плавно увеличиваются от входа к выходу.

/-/

Масштаб 2:1

Фиг.З

Редактор

Составитель Техред М.Моргентал

Корректор А Долинич