Центробежный компрессор

 

Использование: в компрессоростроении и касается конструкции высокоскоростных центробежных машин. Сущность изобретения: в ступице рабочего колеса выполнена кольцевая полость, разделяющая ступицу на внутреннее и наружное кольца и ограниченная с одной стороны кольцевой перегородкой, соединяющей внутреннее и наружное кольца ступицы, а с другой вращающимся направляющим аппаратом или обтекателем, причем соотношение ширины В кольцевой полости и толщины H перегородки определяется неравенством: 1 ≅ B / H ≅ 5. 3 илр

Изобретение относится к компрессоростроению и касается конструкции высокоскоростных центробежных машин.

Известен ротор турбомашины, содержащий установленное на валу полуоткрытое рабочее колесо и установленный перед ним по ходу потока обтекатель [1].

Недостатком такого ротора является относительно большая осевая деформация колеса, в частности кромок лопаток, которые сопряжены с неподвижными элементами компрессора. При этом зазоры между лопатками колеса и неподвижными элементами должны быть достаточно большими, что увеличивает перетечки газа и снижает КПД турбомашины.

Известен также центробежный компрессор, содержащий корпус, размещенные в нем неподвижные элементы, ротор с рабочим колесом полуоткрытого типа и установленными перед последним по ходу потока вращающимся направляющим аппаратом и (или) обтекателем [2].

Однако КПД такого компрессора недостаточно высок, из-за деформаций рабочего колеса и обусловленных этим относительно больших зазоров между лопатками колеса и неподвижными элементами корпуса.

Кроме того, при высоких окружных скоростях вращения (> 320 м/с) напряжения в рабочем колесе достигают значений, соответствующих упруго-пластическим деформациям материала колеса. Поскольку задача расчета прочности колеса сложна и достаточно приближенна, снижение напряжений в рабочем колесе повысит надежность работы компрессора.

Технической задачей является повышение экономичности и надежности работы компрессора путем уменьшения деформаций рабочего колеса и снижения в нем напряжений.

Указанная задача достигается тем, что в центробежном компрессоре, содержащем корпус, размещенные в нем неподвижные элементы и ротор с рабочим колесом и установленными перед ним по ходу потока вращающимся направляющим аппаратом и (или) обтекателем, в ступице рабочего колеса выполнена полость, разделяющая ступицу на внутреннее и наружное кольца, и ограниченная с одной стороны кольцевой перегородкой, соединяющей внутреннее и наружное кольца ступицы, а с другой вращающимся направляющим аппаратом или обтекателем, причем соотношение ширины кольцевой полости B толщины перегородки H определяется неравенством 1≅B/H≅5.

На фиг.1 представлен центробежный компрессор, продольный разрез; на фиг. 2 - ротор и неподвижный элемент компрессора; на фиг.3 - то же, вариант исполнения без вращающегося направляющего аппарата.

Центробежный компрессор содержит корпус 1, размещенные в нем неподвижные элементы 2 и ротор 3 с рабочим колесом 4 полуоткрытого типа и установленными перед ним по ходу потока вращающимся направляющим аппаратом 5 и (или) обтекателем 6. Между лопатками 7 рабочего колеса и неподвижным элементом 2 корпуса 1 образован уплотняющий зазор 8.

В ступице рабочего колеса 4 выполнена кольцевая полость 9, разделяющая ступицу на внутреннее 10 и наружное 11 кольца и ограниченная с одной стороны кольцевой перегородкой 12, соединяющей внутреннее 10 и наружное 11 кольца ступицы, а с другой вращающимся направляющим аппаратом 5 или обтекателем 6. Соотношение ширины В кольцевой полости 9 и толщины Н перегородки 12 определяется неравенством 1≅B/H≅5.

Выбор соотношения B/H зависит от конкретной формы рабочего колеса и связанного с этим распределения масс, а также от окружной скорости рабочего колеса.

Компрессор работает следующим образом.

При работе компрессора газ поступает к рабочему колесу 4, от которого получает кинетическую энергию и в котором частично сжимается.

Выполнение в ступице кольцевой полости с указанным соотношением ее ширины и толщины кольцевой перегородки обеспечивает при работе компрессора равновесное положение напряженно-деформированного состояния рабочего колеса 4 относительно центра масс. При этом практически нет деформаций дисков и лопаток в осевом направлении и, следовательно, зазоры между лопатками и неподвижными элементами 2 корпуса 1 можно выполнить минимальными. Уменьшение зазоров снижает перетечки газа со стороны областей высокого давления, что повышает КПД компрессора.

Поскольку при такой конструкции деформации колеса в осевом направлении практически отсутствуют, то нет и воздействия рабочего колеса на сопряженную деталь - вращающийся направляющий аппарат.

Кроме того, уровень напряжений в рабочем колесе снизился, так как при выполнении в ступице кольцевой полости масса колеса стала меньше.

Таким образом, такое выполнение компрессора позволило повысить его экономичность за счет уменьшения перетечек, а также повысить надежность его работы за счет снижения напряжений в рабочем колесе.

Формула изобретения

Центробежный компрессор, содержащий корпус, размещенные в нем неподвижные элементы и ротор с рабочим колесом и установленными перед последним по ходу потока вращающимся направляющим аппаратом и(или) обтекателем, отличающийся тем, что в ступице рабочего колеса выполнена кольцевая полость, разделяющая ступицу на внутреннее и наружное кольца и ограниченная с одной стороны кольцевой перегородкой, соединяющей внутреннее и наружное кольца ступицы, а с другой - вращающимся направляющим аппаратом или обтекателем, причем соотношение ширины кольцевой полости В и толщины Н перегородки определяется неравенством 1 ≅ В/Н ≅ 5, где В - ширина кольцевой полости; Н - толщина перегородки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3