Центробежный компрессор

Изобретение относится к области машиностроения, может быть использовано в компрессорной технике и обеспечивает симметричность и равномерность поля скоростей и давлений потока газа на выходе из всасывающей камеры и на входе в рабочее колесо, что, в свою очередь, повышает КПД компрессора. Указанный технический результат достигается в центробежном компрессоре, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, ротор, статорные элементы, всасывающую и нагнетательную камеры, во входном патрубке перед всасывающей камерой установлен завихритель потока газа, выполненный в виде соосного с входным патрубком кольца, внутри которого размещены профилированные лопатки, закрепленные с одной стороны на кольце, а с другой стороны скрепленные между собой посредством конической обечайки (диффузора). 5 ил.

 

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

В большинстве центробежных компрессоров для подвода газа к рабочему колесу служат входной патрубок и всасывающая камера, позволяющая изменить направление потока газа и распределить его по кольцевому сечению на входе в рабочее колесо. Входной патрубок, как правило, расположен радиально к оси ротора компрессора.

Большинство существующих конструкций всасывающих камер центробежных компрессоров не обеспечивает равномерности полей скорости и давления потока газа на выходе из всасывающей камеры, что, в свою очередь приводит к неравномерному распределению потока газа по кольцевому сечению на входе в рабочее колесо и соответственно приводит к дополнительным потерям давления в проточном тракте центробежного компрессора.

Известна конструкция центробежного компрессора (Входные и выходные устройства центробежных компрессоров: Учебное пособие / Под общей ред. А.А.Мифтахова. - Казань, Фэн, 1996 г., стр.58, рис.2.15б), у которого во всасывающей камере расположено разделительное ребро и направляющие лопатки на выходе из всасывающей камеры.

Однако использование разделительного ребра, как показывают результаты моделирования течения газа в проточном тракте центробежного компрессора, не обеспечивает необходимого выравнивания потока газа на входе в рабочее колесо.

Известна конструкция центробежного компрессора (Входные и выходные устройства центробежных компрессоров: Учебное пособие / Под общей ред. A.А.Мифтахова. - Казань, Фэн, 1996 г., стр.58, рис.2.15а), в состав которого входит длинный входной патрубок, плавно переходящий в кольцевую часть камеры и профилированные стенки камеры. Равномерность распределения потока газа обеспечивается за счет выравнивания в длинном тракте входного патрубка.

Недостатком центробежного компрессора, содержащего такую всасывающую камеру, является большой вылет входного патрубка и, как следствие, большие радиальные габариты и масса корпуса.

Технической задачей заявляемого технического решения является обеспечение равномерности полей скорости и давления потока газа проточном тракте центробежного компрессора при оптимальных габаритах всасывающей камеры.

Технический результат достигается тем, что в центробежном компрессоре, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, ротор, статорные элементы, всасывающую и нагнетательную камеры, во входном патрубке перед всасывающей камерой установлен завихритель потока газа, выполненный в виде соосного с входным патрубком кольца, внутри которого размещены профилированные лопатки, закрепленные с одной стороны на кольце, а с другой стороны скрепленные между собой посредством конической обечайки (диффузора), при этом конструкция завихрителя выполнена со следующими параметрами:

количество лопаток 5-7 штук,

угол лопатки на входе 0°…5°,

угол лопатки на выходе не более 45° к оси завихрителя,

угол раскрытия конической обечайки (диффузора) 5°±2°,

отношение площади конической обечайки (диффузора) к проходному сечению завихрителя 0,4…0,6.

На фиг.1 изображен центробежный компрессор (продольный разрез), на фиг.2 изображен завихритель потока газа, на фиг.3 - схема течения газа во всасывающей камере без завихрителя, на фиг.4 - схема течения газа во всасывающей камере с завихрителем, на фиг.5 изображена трехмерная модель завихрителя.

Центробежный компрессор содержит корпус 1 с входным и выходным патрубками 2 и 3, ротор 4, статорные элементы 5, всасывающую камеру 6, нагнетательную камеру 7. К центробежному компрессору подведена труба всасывания 8.

Во входном патрубке 2 компрессора установлен завихритель потока газа 9. Завихритель 9 представляет собой лопаточный аппарат, состоящий из соосно расположенного с входным патрубком кольца 10, конической обечайки (диффузора) 11 и профилированных лопаток 12, закрепленных с одной стороны на кольце, а с другой стороны скрепленных между собой посредством конической обечайки (диффузора).

Поток газа из трубы всасывания 8 центробежного компрессора попадает на завихритель 9. Часть потока газа, проходящая через диффузор 11, который предотвращает закрутку центральной части потока газа, частично снижает его скорость и создает в центральной части потока газа область повышенного давления, дополнительно «раздвигающую» основной закрученный поток газа, попадает на выход всасывающей камеры 6 самым коротким путем, не «растекаясь» по ней. Это обеспечивает отсутствие больших скоростей и закрутки потока на выходе из всасывающей камеры 6 в сечениях, расположенных со стороны входного патрубка 2.

Закрученный поток газа на выходе с лопаток 12 завихрителя 9, проходя через входной патрубок 2, попадает во всасывающую камеру 6, где под действием центробежных сил «растекается» по ее объему и поступает на вход рабочего колеса.

По результатам моделирования течения потока газа в проточном тракте центробежного компрессора с установленным завихрителем, путем варьирования в нем геометрических параметров выявлены их оптимальные значения по количеству лопаток, углам лопаток на входе и выходе, углу раскрытия диффузора, а также по отношению площади центральной (безлопаточной) части диффузора ко всему проходному сечению завихрителя.

Угол лопатки на входе в завихритель обеспечивает безударное натекание потока газа на лопатку.

Угол лопатки на выходе завихрителя определяется скоростью потока газа, его плотностью, конфигурацией всасывающей камеры и местом установки завихрителя.

Проведенное моделирование показало, что применение указанной конструкции по сравнению с традиционно используемыми всасывающими камерами в центробежных компрессорах позволяет уменьшить неравномерность потока на входе в рабочее колесо компрессора в 3…4 раза.

Благодаря равномерному «растеканию» газа по всему объему всасывающей камеры обеспечивается симметричность и равномерность поля скоростей и давлений потока газа на выходе из всасывающей камеры и на входе в рабочее колесо, что, в свою очередь, повышает КПД компрессора.

Центробежный компрессор, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, ротор, статорные элементы, всасывающую и нагнетательную камеры, отличающийся тем, что в нем во входном патрубке перед всасывающей камерой установлен завихритель потока газа, выполненный в виде соосного с входным патрубком кольца, внутри которого размещены профилированные лопатки, закрепленные с одной стороны на кольце, а с другой стороны скрепленные между собой посредством конической обечайки (диффузора), при этом конструкция завихрителя выполнена со следующими параметрами:
количество лопаток 5-7 штук,
угол лопатки на входе 0…5°,
угол лопатки на выходе не более 45° к оси завихрителя,
угол раскрытия конической обечайки (диффузора) 5°±2°,
отношение площади конической обечайки (диффузора) к проходному сечению завихрителя 0,4…0,6.