Рабочее колесо центробежного компрессора
Владельцы патента RU 2518916:
Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. Шнеппа" (RU)
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к центробежным компрессорам. Рабочее колесо центробежного компрессора содержит несущий диск и расположенные с обеих его сторон лопатки, при этом лопатки, расположенные с одной стороны несущего диска, смещены по окружности относительно лопаток, расположенных с другой стороны несущего диска, на расстояние, не превышающее высоты лопаток на выходе из рабочего колеса. Техническим результатом изобретения является усиление перемешивания потоков, стекающих с передней и задней поверхности лопаток рабочего колеса, локализация вихревого следа на меньшем диаметре и предотвращение гидравлических потерь в лопаточном диффузоре, связанных с неоптимальным обтеканием лопаток диффузора потоком сжимаемой среды, включающим в себя вихревой след, повышение КПД центробежного компрессора. 3 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к центробежным компрессорам.
Известно рабочее колесо центробежного компрессора, содержащее несущий диск и расположенные с обеих его сторон лопатки (см. Теория и расчет турбокомпрессоров: Учебное пособие для студентов вузов машиностроительных специальностей / К.П. Селезнев, Ю.Б. Галеркин, С.А. Анисимов и др.; под общ. ред. К.П. Селезнева, - 2 изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1986. - 392 с., ил. с.287). Поток сжимаемой среды всасывается в рабочее колесо, где происходит повышение скорости движения и давления сжимаемой среды, затем поток сжимаемой среды выходит из рабочего колеса и направляется в безлопаточный, а затем в лопаточный диффузор, где происходит преобразование скорости движения сжимаемой среды в давление. Однако эффективное преобразование скорости движения сжимаемой среды в давление возможно лишь при условии взаимодействия лопаток лопаточного диффузора и потока сжимаемой среды при оптимальном режиме. В действительности из-за разности давлений сжимаемой среды на передней и задней поверхности лопаток на выходе из рабочего колеса за выходными кромками лопаток образуется вихревой след, распространяющийся вниз по потоку до лопаточного диффузора и нарушающий оптимальный режим обтекания лопаток диффузора потоком сжимаемой среды (см., например, Серезнев К.П., Галеркин Ю.Б. Центробежные компрессоры. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1982, с.124-125). Это приводит к снижению КПД центробежного компрессора.
Техническим результатом изобретения является усиление перемешивания потоков, стекающих с передней и задней поверхности лопаток рабочего колеса, локализация вихревого следа на меньшем диаметре и предотвращение гидравлических потерь в лопаточном диффузоре, связанных с неоптимальным обтеканием лопаток диффузора потоком сжимаемой среды, включающим в себя вихревой след, повышение КПД центробежного компрессора.
Технический результат изобретения достигается за счет того, что рабочее колесо центробежного компрессора содержит несущий диск и расположенные с обеих его сторон лопатки, при этом лопатки, расположенные с одной стороны несущего диска, смещены по окружности относительно лопаток, расположенных с другой стороны несущего диска, на расстояние, не превышающее высоты лопаток на выходе из рабочего колеса.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез центробежного компрессора; на фиг.2 показано рабочее колесо центробежного компрессора, вид А на фиг.1; на фиг.3 показана проекция выходной области рабочего колеса на плоскость, Б-Б на фиг.2.
Рабочее колесо 1 центробежного компрессора 2 содержит несущий диск 3, имеющий поверхности 4, 5 обтекаемой формы, на которых расположены лопатки 6, 7 соответственно. Каждая лопатка 6 имеет переднюю поверхность 8 (по направлению вращения рабочего колеса 1), заднюю поверхность 9 и выходную кромку 10. Каждая лопатка 7 также имеет переднюю поверхность 11, заднюю поверхность 12 и выходную кромку 13. Лопатки 6, расположенные на поверхности 4 диска 3, смещены по окружности на определенный угол относительно лопаток 7, расположенных на поверхности 5 диска 3, на расстояние, определяемое по окружности наружного диаметра рабочего колеса 1, не превышающее высоту лопаток 6, 7 на выходе из рабочего колеса 1 (т.е. длину кромки 10, 13).
В месте установки рабочего колеса 1 центробежный компрессор 2 включает безлопаточный диффузор 14 и лопаточный диффузор 15.
Работает центробежный компрессор 2 с предлагаемым рабочим колесом 1 следующим образом.
Поток сжимаемой среды всасывается в рабочее колесо 1, где происходит повышение давления и скорости потока среды. Далее на выходе из рабочего колеса 1 поток среды, обтекающий переднюю поверхность 8 лопаток 6, расположенных на поверхности 4 несущего диска 3, частично перетекает в область потока, обтекающего заднюю поверхность 12 лопаток 7, расположенных на поверхности 5 диска 3. Благодаря этому происходит интенсивное перемешивание потока, стекающего с поверхности 4 диска 3 и поверхности 8 лопаток 6, с потоком, стекающим с поверхности 12 лопаток 7 и поверхности 5 диска 3. В результате уменьшается разность давлений потоков, стекающих с поверхности 8 и 9 лопаток 6 и потоков, стекающих с поверхности 11 и 12 лопаток 7. Предотвращается распространение вихревого следа за выходными кромками 10 и 13 в область лопаточного диффузора 15.
Обтекаемые поверхности несущего диска 3, корпуса, задняя поверхность лопатки и передняя поверхность следующей лопатки образуют межлопаточный канал. По мере перемещения по окружности наружного диаметра рабочего колеса по шагу лопаток, т.е. в направлении от задней поверхности лопатки к передней поверхности следующей лопатки, давление сжимаемой среды увеличивается, соответственно уменьшается разность давлений потока, которую можно использовать для усиления перемешивания. Наибольшая разность давлений потоков, обтекающих переднюю и заднюю поверхность лопаток, которая может быть использована для усиления перемешивания и локализации вихревого следа, имеет место на выходной кромке лопаток, длина которой определяется высотой лопаток на выходе из рабочего колеса. Таким образом, смещение лопаток рабочего колеса, расположенных на одной поверхности несущего диска 3, относительно лопаток, расположенных на другой поверхности несущего диска 3, на расстояние, определяемое по окружности наружного диаметра рабочего колеса, превышающее высоту лопаток на выходе из рабочего колеса, приводит к уменьшению разности давлений потоков, которую можно использовать для усиления перемешивания, и поэтому неэффективно.
Таким образом, предложенное рабочее колесо обеспечивает оптимальный режим работы лопаточного диффузора 15 и повышение КПД центробежного компрессора.
Рабочее колесо центробежного компрессора, содержащее несущий диск и расположенные с обеих его сторон лопатки, отличающееся тем, что лопатки, расположенные с одной стороны несущего диска, смещены по окружности относительно лопаток, расположенных с другой стороны несущего диска, на расстояние, не превышающее высоты лопаток на выходе из рабочего колеса.
