Лопаточный диффузор центробежного компрессора Советский патент 1993 года по МПК F04D29/46 

Изобретение относится к области комп- рессоростроения, касается центробежных компрессоров.

В центробежных компрессорах широко применяются лопаточные диффузоры. По сравнению с более простыми, безлопаточными диффузорами, они позволяют существенно (на 2-5%) повысить максимальный КПД компрессора. Наименьшие потери в лопаточном диффузоре (соответственно наибольший КПД ступени), имеют место на режимах, когда угол оз натекания потока (входа в диффузор) совпадает или близок с углом Озл установки лопаток диффузора.

Недостатком лопаточного диффузора является значительное увеличение потерь в нем и снижение КПД компрессора при отклонениях режимов работы от оптимальных. -Поэтому в диффузоре увеличиваются при этом вследствие изменения углов входа потока в диффузор и роста углов атаки з Озл -Оз. Компрессоры и ступени с лопаточным диффузором, как правило, имеют менее

широкую зону рабочих режимов, чем компрессоры и ступени с безлопаточным диффузором (хотя максимальный КПД у первых выше). Недостаток ступеней с лопаточным диффузором (снижение экономичности на переменных режимах работы) может быть уменьшен, если иметь возможность менять угол установки лопаток озл во время работы компрессора.

Известны конструкции лопаточных диффузоров, в которых осуществляется поворот лопаток диффузора (или их части) во время работы компрессора, при изменении режима, так чтобы угол их установки соответствовал (был близок) углу натекания потока. В этой конструкции лопатки диффузора поворачиваются с помощью механического привода , который приводится в действие от электродвигателя или масляного сервомотора, получающих импульс от системы регулирования. Недостатком и причиной малого распространения на практике указанной и

ю

со

подобных ей конструкций является сложность и недостаточно надежная работа.

Известен диффузор с самоустанавливающимися (при изменении режима) лопатками. Лопатки в диффузоре выполнены в форме крыла за одно целое с осью. Оси лопаток могут вращаться в неподвижных стенках диффузора и соединены с ними упругим элементом в виде спиральной пружины, расположенной вне канала диффузора. Недостатком этой конструкции является необходимость герметизации вывода осей (установки сальников) или всей полости спиральной пружины. Это делает конструкцию диффузора менее компактной, снижает ее надежность и эффективность.

Целью заявляемого технического решения является повышение экономичности работы лопаточного диффузора и компрессора в целом в широком диапазоне режимов за счет изменения угла установки лопаток диффузора при изменении режима работы (угла натекания потока).

Поставленная цель достигается тем, что лопатки диффузора, которые выполнены по- воротными вокруг оси, проходящей через тело лопатки и закрепленной на стенках диффузора, соединены с неподвижной осью упругим элементом в виде плоской пружины, допускающим ее поворот при изменении аэродинамического усилия на лопатки. Один конец упругого элемента жестко закреплен на неподвижной оси, а другой соединен с лопаткой. Соединение через упругий элемент удерживает лопатку в определенном (исходном) положении и позво- ляет поворачиваться (менять угол установки) при изменении режима работы. В предлагаемой конструкции диффузора происходит самоустановка лопаток при изменении режима работы. При этом не требуются внешний привод, система регулирования, уплотнение осей лопаток сальниками. По сравнению с известными конструкциями регулируемых и самоустанавливающихся диффузоров, предлагаемая конструкция более проста, компактна, и следовательно, надежна.

На фиг.1 показана схема лопаточного диффузора предлагаемого типа, исходное положение; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - схема его действия при изменении режима работы.

Лопатка 1 свободно сидит на неподвижной оси 2, закрепленной на стенке диффузора 3. Лопатка соединена с неподвижной осью упругим элементом - плоской пружиной 4, один конец которой жестко закреплен в оси, а другой закреплен в лопатке.

0

Исходное положение лопаток диффузора (на изображено пунктиром и обозначено И) выбирается так, чтобы угол их установки ози был больше, чем угол потока

одна номинальном режиме. При работе компрессора на номинальном режиме поток, натекающий на лопатки диффузора под углом «з отжимает лопатки в положение Н,определяемое углом «зн, который остается несколько больше угла аз (вследствие взаимодействия сил упругого элемента 4 и аэродинамических сил потока).

При отклонениях режима работы компрессора от номинального, например, в сторону снижения производительности и уменьшения углов потока (з лопатки диффузора отожмутся аэродинамическими силами до меньших значений углов установки При повышении производительности и увеличении углом натекания потока , лопатки диффузора под действием упругого элемента, наоборот, займут положение, определяемое большим

к углом установки оз л озн. В обоих случаях (при понижении и повышении производительности) угол установки лопаток диффузора будет ближе к углу натекания потока, чем при неподвижных лопатках (постоянном

0 °5зн). В соответствии с этим уменьшатся на переменных режимах углы атаки и потери в диффузоре, повысится КПД ступени и компрессора в целом.. Выигрыш КПД будет тем больше, чем шире диапазон работы комп5 рессора и больше изменения режимов.

Предлагаемый лопаточный диффузор имеет самоустанавливающиеся лопатки (за счет действия упругого элемента) и не требует для своей работы внешнего привода,

Q системы регулирования, уплотнения осей сальниками. Это определяет его простоту, компактность, а следовательно, и большую надежность по сравнению с известными конструкциями диффузоров с меняющейся

5 установкой лопаток.

Геометрические параметры (размеры) предлагаемого диффузора (его лопатки, упругого элемента и Др. частей) могут быть определены расчетным или эксперимен0 тальным путем.

Предлагаемый лопаточный диффузор может быть использован в центробежных компрессорах различного назначения. 5 прежде всего работающих а широкой зоне режимов. Применение его даст существенное повышение КПД на переменных режимах работы, снизит эксплуатационные затраты (при небольшом повышении первоначальной стоимости компрессора).

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Лопаточный диффузор центробежного компрессора, содержащий установленные между стенками самоустанавливающиеся лопатки, размещенные на осях и подпружиненные относительно корпуса пружинами,

одни концы которых закреплены на оси, о т- личающийся тем, что, с целью повышения экономичности, внутри каждой лопатки выполнена полость, каждая ось закреплена на стенках и расположена в полости свободно, а каждая пружина выполнена плоской и ее другой конец закреплен на лопатке.

Использование: в компрессорострое- нии. Сущность изобретения: лопаточный диффузор содержит установленные между стенками самоустанавливающиеся лопатки, размещенные на осях, расположенных в полостях лопатки. Лопатки подпружинены плоскими пружинами, одни из которых закреплены на осях, а другие - на лопатке. 3 ил.

4

Фиг.Г А

Фиг. 2