Компрессор на основе волн сжатия Советский патент 1993 года по МПК F04F11/02 F02B33/42 

Изобретение касается компрессора на основе волн сжатия согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

В основу изобретения положена задача так сформировать геометрию входных и выходных корпусов в компрессоре на основе волн сжатия указанного вначале типа, чтобы среда в проточных каналах этих корпусов создавала такой же радиальный градиент давления, что и в самих ячейках ротора.

Эта задача решается посредством признаков отличительной части пункта 1 формулы изобретения.

Существенное преимущество изобретения состоит в том, что за счет закруглений присоединительных корпусов в осевом направлении канала создается поле ускорений, которое препятствует указанным выше процессам уравновешивания в ячейках в зонах конца ротора/корпусов. Тем самым там

исключается опасность отрыва и обратных течений.

В дальнейшем со ссылкой на чертеж схематически рассматривается пример исполнения изобретения. Не представлены те элементы, которые не нужны для понимания самого изобретения.

Следующие выкладки имеют силу для компрессоров на основе волн сжатия с процессом противотока волн сжатия, при котором вход и выход воздуха происходит на двух противоположных сторонах ротора 1, но аналогично имеют силу и для процесса, при котором вход и выход воздуха осуществляется на одной и той же стороне ротора. Упомянутый противоточный процесс преимущественно применяется в компрессорах высокого давления газовых турбин.

Ротор 1 на чертеже для лучшей наглядности представлен схематически и в разрезе. При таком представлении видно

00

N) 00 СЛ

Ю

CJ

отдельную ячейку 2 и присоединенные к ней корпуса 3 и 4. Не показана обечайка, окружающая ротор 1 и соединяющая корпуса, Ось ротора 5 является симметричной. В ячейках из-за вращения ротора 1 создается радиальный и возвращающий наружу градиент давления. При прямом входном корпусе поток на входе За в ячейку 2 из-за имеющихся там градиентов давления ускоряется на внутренней стороне ячейки 2, а на наружной стороне ячейки тормозится. Это значит, что при такой конфигурации возникает вредное вторичное течение. Другой вредный вторичный поток вытекает из ячейки 2, когда выходной корпус имеет прямую геометрию истечения: в области выхода 4а из ячейки 2 в потоке образуется отрыв, который приводит к обратному потоку из выходного корпуса назад внутрь ячейки 2, причем обратное течение направлено от места более высокого градиента давления к месту более низкого градиента давления.

Если же корпуса выполнены, например, согласна чертежу, то в их искривлениях создается действующая на поток центробежная сила, образующаяся в этом случае в ячейке 2: среда в закругленном входном корпусе 3 имеет на входе За в ячейку 2 тот же градиент давления, который был там обнаружен, т.е. нарастающий радиально наружу градиент давления, благодаря чему никаких вторичных потоков возникать не может. Такой же эффект имеет место и в закругленном выходном корпусе 4. Т.е. можно сказать, что благодаря закруглению присоединительных корпусов (входной корпус 3, выходной корпус 4) в осевом направлении а соответствующем канале присоединительного корпуса создается поле ускорений, препятствующее упомянутым уравновешивающим процессам в области входа За и выхода 4а соответственно в ячейку 2 или из нее.

Таким образом достигается то, что ячейка 2 непрерывно чисто заполняется средой и может опустошаться, что, в частности, положительно влияет на плотность мощности компрессора на основе волн сжатия.

Оптимальные радиусы закругления R определяются 3 параметрами:

-в зависимости от скорости v течения среды;

-в зависимости от среднего диаметра D ротора;

-в зависимости от угловой скорости и) ротора 1.

Радиус закругления R, при котором возникающая там центробежная сила соответствует центробежной силе в ячейке 2, определяется как функция:

R

2 -v2

D -о

Длина закругления корпусов 3,4 составляет преимущественно со стороны входа За вверх по потоку и со стороны выхода 4а вниз по потоку три гидравлических диаметра

0 ячейки. Этой зоной обеспечивается то, что в любом случае выше или ниже возникающие вторичные потоки или уравновешивающие процессы не мешают более течению в области входа За и ячейку 2 и соответственно

5 выхода 4а. Само собой разумеется, что эта длина закруглений должна учитывать геометрические данные присоединительных корпусов. Ниже по течению от выходного отверстия 4а после указанной длины зао кругления создается диффузор для плавного перехода потока в следующую направляющую. Если на выходе 4а из конструктивных соображений закругление невозможно, можно обойтись установкой одного

5 диффузора.

Формула изобретения 1. Компрессор на основе волн сжатия, содержащий ротор с равномерно расположенными по периферии параллельно оси

0 ротора ячейками для газообразных сжимающей и сжимаемой сред и неподвижные присоединительные входной и выходной корпуса с каналами для направления сред, сообщенными с ячейками, отличаю5 Щ и и с я тем, что, с целью повышения КПД путем исключения отрыва потока и обратных течений, каналы присоединительных корпусов перед входными отверстиями ячеек и за выходными отверстиями ячеек за0 круглены в осевых направлениях к оси ротора радиусом, определяемым выражением

45

R

2 -У2 D -a)

где v - скорость истечения среды; D - средний диаметр ротора; а)- угловая скорость ротора. 2. Компрессор поп. 1,отличающий- с я тем, что длина каждого из закругленных участков присоединительных корпусов от входного отверстия ячейки вверх по потоку и от ее выходного отверстия вниз по потоку составляет три гидравлических диаметра ячейки,

3. Компрессор по п. 2, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что закругленный участок выходного корпуса переходит в диффузор.

,7

Использование; в энергомашиностроении при конструировании компрессоров на основе волн сжатия - волновых обменников давления. Сущность изобретения: каналы присоединительных корпусов 3, 4 перед входными отверстиями ячеек 2 и за их выходными отверстиями закруглены к оси 5 ротора 1 радиусом R, определяемым в зависимости от скорости v течения среды, среднего диаметра D ротора 1 и его угловой скорости ш. Длина каждого из закругленных участков корпуса 3, 4 составляет три гидравлических диаметра ячейки 2. Причем закругленный участок выходного корпуса 4 переходит в диффузор. Усовершенствования создают благоприятные условия течению среды. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.