Рабочее колесо центробежного компрессора Советский патент 1993 года по МПК F04D29/28 

Изобретение относится к компрессоро- строемию, а именно к рабочим колесам центробежных компрессоров.

Целью изобретения является повышение КПД, благодаря обеспечению равномерного распределения параметров потока по высоте межлопаточных каналов на выходе из рабочего колеса.

Поставленная цель достигается тем, что в рабочем колесе цетробежного компрессора, содержащем основной и покрывной диски и расположенные между ними основные и дополнительные лопатки, дополнительные лопатки неполной высоты расположены на покрывном диске и выполнены имеющими плавно изменяющиеся по высоте межлопаточных каналов углы установки, совпадающие с углами основных лопаток вблизи покрывного диска, а со стороны основного диска определяющиеся из следующей зависимости:

РЛ.ДОП .осн -О ,(1)

.осн - текущий угол основных лопаток,

,ax -(-0,365+ 0,21) при 0 0,33

(2)

5 (Зтах (0,532 - 0,086) при 0,33 . 0,8

(3)

6 - (Зтах (3,3 - 2,3) при 0,8 1 , (4)

где I- текущее значение относительной координаты, вдоль средней линии лопаток в меридиональной плоскости,

а (Зтах 20+ 40°.

Количество лопаток вблизи покрывного диска по сравнению с количеством лопаток вблизи основного диска увеличено, благодаря чему обеспечено оптимальное знэчение параметра густоты и высокая эффективность лопаточной решетки вблизи покрывного диска, кроме того, равномерное распределение параметров потока по всей высоте межлопаточных каналов на выходе из рабочего колеса благодаря подводу дополнительной энергии к потоку вблизи покрывного диска при помощи дополнительных лопаток и, в результате повышение КПД. Леретекание потока с передней поверхности дополнительных лопаток на заднюю поверхность через торцы дополнительных лопаток, приводящее к вихреобразованию, отрыву потока на задней поверхности лопаток и снижению КПД, предотвращается благодаря тому, что скорости и давления потока на

передней и задней поверхности нижней части дополнительных лопаток равны, т.е. углы нижней части дополнительных лопаток равны углам потока. Для определения углов

нижней части дополнительных лопаток использована известная зависимость углов отставания потока от направления средней линии лопаток (1), аппроксимированная тремя ломаными линиями, описываемыми

формулами (2)-(4).

На фиг.1 дано изображение меридионального сечения рабочего колеса; на фиг.2 и 3 изображены сечения рабочего колеса I-II

и II-II (фиг.1), перпендикулярные средней линии лопаток в меридиональной полосости; на фиг.4 - Отображение профилей средней части основных и нижней части дополнитель- ныхлопаток в плоскости эквивалентной прямой решетки.

Рабочее колесо содержит основной диск 1, покрывной диск 2, основные лопатки 3, состоящие из периферийной 4, средней 5 и втулочной 6 частей. На покрывном диске 2

между основными лопатками 3 расположены дополнительные лопатки 7, состоящие из периферийной 8 и нижней 9 частей, имеющие высоту, меньшую высоты межлопаточных каналов. Периферийная часть 8

дополнительных лопаток 7 соответствует периферийной части 4 основных лопаток 3. Нижняя часть 9 дополнительных лопаток 7 спрофилирована так, что углы лопаток определяются по формулам (1)-(4).

Принцип действия предлагаемого технического решения состоит в следующем.

Поток газа поступает в межлопаточные каналы рабочего колеса, образуемые дисками 1 и 2 и основными лопатками 3, где происходит процесс сжатия. При помощи периферийной части 8 дополнительных лопаток 7 вблизи покрывного диска 2 потоку передается дополнительная энергия, в результате чего на выходе из рабочего колеса обеспечивается равномерное распределение параметров потока по высоте межлопаточных каналов, достигается повышение КПД и отношения давлений в рабочем колесе. Гидравлические потери, связанные с вихреобразованием и отрывом потока на задней поверхности дополнительных лопаток 7, вызываемые перетеканием потока через торцы дополнительных лопаток, предотвращаются благодаря тому, что давление потока на передней и задней поверхности нижней части 9 дополнительных лопаток 7 одинаковы.

Последовательность процедур, выполняемых при профилировании проточной части

рабочего колеса в соответствии с предлагаемым техническим решением следующая, При заданном меридиональном контуре проточной части рабочего колеса и при заданных значениях углов втулочной,средней и периферийной частей лопаток выполняется серия расчетов распределения скоростей потока по профилю лопаток на нескольких осесимметричных поверхностях тока с различными количествами лопаток. Высота дополнительных лопаток определяется одной из осесимметричных поверхностей тока, ближе которой к покровному диску параметр густоты лопаточной решетки выходит за границы диапазона оптимальных значений, По формулам (1)-(4) определяются углы средней части дополнительных лопаток .доп. Выполняется газодинамический расчет с тем, чтобы распределение скоростей потока на профиле нижней части 9 дополнительных лопаток 7 соответствовало тому, чтобы профиль средней части дополнительных лопаток был бы нейтральным. Поверхность дополнительных лопаток образуется плавным сопряжением профилей, соответствующих периферийной части, и профилей, соответствующих средней части.

10

15

20

Формула изобретения Рабочее колесо центробежного компрессора, содержащее основной и покрывной диски и расположенные между ними основные и укороченные дополнительные лопасти, углы выхода которых равны углам выхода основных лопаток, отличающее- с я тем, что, с целью повышения КПД при выполнении колеса диагонального типа, дополнительные лопатки расположены на покрывном диске и их теку щийугол определяется из следующей зависимости:

РЛ.ДОП - .осн -О ,

/Зл.осн- текущий угол основных лопаток; 5 (Зтах (-0,3641+ 0,21) при 0 Т 0,33; д (5тах (0,532 I- 0,086) при 0,33 У 0,8:

д дтй (3.3-2,3) при 0,8 У 1 ,

25

где 3тах 20-40%;

I - текущее значение относительной координаты вдоль средней линии лопатки в меридиональной плоскости.

.nDutf.ft rtCse Аг. Л е Л Л

0

5

0

Формула изобретения Рабочее колесо центробежного компрессора, содержащее основной и покрывной диски и расположенные между ними основные и укороченные дополнительные лопасти, углы выхода которых равны углам выхода основных лопаток, отличающее- с я тем, что, с целью повышения КПД при выполнении колеса диагонального типа, дополнительные лопатки расположены на покрывном диске и их теку щийугол определяется из следующей зависимости:

РЛ.ДОП - .осн -О ,

/Зл.осн- текущий угол основных лопаток; 5 (Зтах (-0,3641+ 0,21) при 0 Т 0,33; д (5тах (0,532 I- 0,086) при 0,33 У 0,8:

д дтй (3.3-2,3) при 0,8 У 1 ,

25

Редактор

Фиг. If

Составитель С.Евгеньев

Техред М.Моргентал

Корректор И.Шулла

Использование: в компрессорострое- нии. Сущность изобретения: рабочее колесо центробежного компрессора диагонального типа, содержащее несущий и покрывной диски 1, 2 и расположенные между ними основные и дополнительные лопатки 3, 9 неполной высоты, имеющие плавно изменяющиеся по высоте межлопаточных каналов углы установки, вблизи покрывного диска совпадающие с углами основных лопаток 3, а со стороны основного диска определяющиеся из определенных зависимостей. Скорости и давления потока на передней и задней поверхности нижней части дополнительных лопаток 7 равны, что позволяет . предотвратить перетекание, вихреобразова- ние и отрыв потока на задней поверхности. В результате обеспечивается равномерное распределение параметров потока по высоте межлопаточных каналов на выходе из рабочего колеса, достигается повышение КПД и отношения давлений в рабочем колесе. 4 ил. Ц . г 7 j/ в в. ш. 7. ел С 00 ел N 00 О