Рабочее колесо центробежного компрессора

Изобретение относится к области компрессорной техники. Рабочее колесо содержит лопатки 8 и основной и покрывной диски 1, 9. На наружных стенках дисков 1, 9 рабочего колеса выполнены равноудаленные от периферии рабочего колеса и друг от друга кольцевые отбортовки 2, 3 с образованием кольцевых углублений 4, 5, открытых в сторону периферии рабочего колеса. В углублениях 4, 5 размещены бандажные кольца 6, 7, изготовленные из композиционного материала, модуль упругости которого больше модуля упругости материала элементов колеса. В процессе работы компрессора при вращении колеса в каждой его части возникает распределенная по объему сила инерции, к тому же лопатки 8 колеса, изгибаясь в сторону наименьшей жесткости, поворачивают покрывной диск 9 на некоторый угол относительно основного диска 1 в направлении вращения. При этом возникают деформации полотен дисков 1, 9 в радиально-осевых направлениях, вызывающие внутренние статические и изгибные напряжения в материале элементов колеса. Они передаются с элементов колеса на бандажные кольца 6, 7, разгружая полотна дисков 1, 9 от внутренних статических и изгибных напряжений и позволяя при этом уменьшить толщину дисков 1, 9 и массу колеса. Изобретение направлено на повышение эксплуатационной надежности и ресурса работы центробежного компрессора. 2 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в компрессорной технике.

В процессе работы центробежного компрессора при вращении рабочего колеса в каждой его части возникает распределенная по объему сила инерции, действующая в радиальном направлении. При этом напряженно-деформированное состояние (НДС), вызываемое действием центробежных сил, пропорционально квадрату окружной скорости вращения колеса и плотности его материала и зависит от конструкции рабочего колеса. Характерным для рабочих колес центробежных машин является высокая статическая напряженность деталей колеса, обусловленная, главным образом, окружной скоростью их вращения. При этом в процессе работы центробежного компрессора покрывной (в большей степени) и основной диски рабочего колеса испытывают изгибные напряжения, повышая при этом внутренние статические напряжения рабочего колеса, особенно, в зонах стыка дисков с лопатками.

К тому же, лопатки рабочего колеса, изгибаясь в сторону наименьшей жесткости, поворачивают покрывной диск на некоторый угол относительно основного диска в направлении вращения.

В связи с чем возникают деформации полотен покрывного и основного дисков рабочего колеса в радиально-осевых направлениях.

Центробежные компрессоры работают при высоких окружных скоростях (280-350 м/с), и статические напряжения в колесе могут составлять до 500 МПа. В связи с этим требуется применять высокопрочные легированные дорогостоящие стали. При росте окружной скорости по условиям прочности толщины полотен и масса дисков увеличиваются, что ведет к росту внутренних статических напряжений в дисках колеса.

Известно рабочее колесо центробежного компрессора (патент №2305799), у которого по периферии рабочего колеса, в теле полотен дисков выполнены кольцевые проточки, в которых размещен слой композиционного материала, имеющий отношение модуля упругости материала к его плотности меньше, чем у материала дисков.

Недостатком такого технического решения является наличие радиально-осевых деформаций полотен покрывного и основного дисков и изгибных напряжений рабочего колеса, в большей степени покрывного диска в процессе работы центробежного компрессора, приводящие к разрушению полотен дисков рабочего колеса.

Технической задачей заявляемого технического решения является устранение указанных недостатков, повышение прочности и надежности работы конструкции рабочего колеса.

Технический результат достигается тем, что в известном рабочем колесе центробежного компрессора, содержащем лопатки, основной и покрывной диски, на наружных стенках основного и покрывного дисков рабочего колеса выполнены равноудаленные от периферии рабочего колеса и друг от друга кольцевые отбортовки с образованием кольцевых углублений, открытых в сторону периферии рабочего колеса, в которых размещены бандажные кольца, изготовленные из композиционного материала, модуль упругости которого больше модуля упругости материала элементов рабочего колеса.

На фиг.1 изображено рабочее колесо центробежного компрессора (поперечный разрез); на фиг.2 - вид А (фрагмент рабочего колеса).

Рабочее колесо содержит основной диск 1 с кольцевыми отбортовками 2, 3, образующими кольцевые углубления 4, 5, в которых размещены бандажные кольца 6, 7, лопатки 8 и покрывной диск 9 с кольцевыми отбортовками 10, 11, образующими кольцевые углубления 12, 13, в которых размещены бандажные кольца 14, 15.

В процессе работы центробежного компрессора при вращении рабочего колеса в каждой его части возникает распределенная по объему сила инерции, к тому же лопатки рабочего колеса, изгибаясь в сторону наименьшей жесткости, поворачивают покрывной диск на некоторый угол относительно основного диска в направлении вращения, в связи с чем возникают деформации полотен покрывного и основного дисков рабочего колеса в радиально-осевых направлениях, вызывающие внутренние статические и изгибные напряжения в материале элементов рабочего колеса, которые благодаря принятым техническим решениям передаются с элементов рабочего колеса на бандажные кольца, выполненные из композиционного материала, модуль упругости которого больше модуля упругости материала рабочего колеса, размещенные в кольцевых углублениях кольцевых отбортовок рабочего колеса, тем самым разгружая полотна основного и покрывного дисков рабочего колеса от внутренних статических и изгибных напряжений, позволяя при этом уменьшить толщину дисков рабочего колеса и соответственно массу всего колеса, что напрямую влияет на повышение прочности и надежности работы конструкции рабочего колеса.

Благодаря принятым решениям повышается эксплуатационная надежность рабочих колес и ресурс работы центробежного компрессора.

Рабочее колесо центробежного компрессора, содержащее лопатки, основной и покрывной диски, отличающееся тем, что на наружных стенках основного и покрывного дисков рабочего колеса выполнены, равноудаленные от периферии рабочего колеса и друг от друга, кольцевые отбортовки с образованием кольцевых углублений, открытых в сторону периферии рабочего колеса, в которых размещены бандажные кольца, изготовленные из композиционного материала, модуль упругости которого больше модуля упругости материала элементов рабочего колеса.