RU2631846C1

RU2631846C1 - Radial blade diffuser of centrifugal compressor

Info

Publication number: RU2631846C1
Application number: RU2016134353A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Григорьевич Загородников; Марат Ирикович Латыпин; Александр Сергеевич Селиванов
Original assignee: Акционерное общество "Специальное конструкторское бюро "Турбина"
Priority date: 2016-08-22
Filing date: 2016-08-22
Publication date: 2017-09-26

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: changing the configuration of the front wall of the radial diffuser provides redistribution of working medium expansion along the length of the blade diffuser, so that expansion at the inlet and outlet sections decreases, and the main expansion performs process on the middle section of the diffuser channel. In the result, the losses of total pressure and efficiency are reduced by 1-2% which is especially important for small-sized auxiliary gas turbine engines with low efficiency of turbo-compressor elements.

EFFECT: reduced total pressure losses, increased stable operation range of the centrifugal compressor, increased efficiency of the diffuser by changing the configuration of one of its side walls.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области компрессоростроения, а именно к устройствам радиальных лопаточных диффузоров центробежных компрессоров.The invention relates to the field of compressor engineering, and in particular to devices of radial blade diffusers of centrifugal compressors.

Известны устройства радиальных диффузоров центробежных компрессоров (см. Рис В.Ф. «Центробежные компрессорные машины», Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1981, стр. 70, рис. 2.2), которые содержат размещенный между плоскими боковыми стенками лопаточный венец. При этом боковые стенки в меридиональном сечении имеют вид параллельных прямых.Known devices of radial diffusers of centrifugal compressors (see Figure V. F. "Centrifugal Compressor Machines", L .: Mechanical Engineering. Leningrad Branch, 1981, p. 70, Fig. 2.2), which contain a blade ring located between the flat side walls. Moreover, the side walls in the meridional section have the form of parallel straight lines.

Основным недостатком таких радиальных диффузоров является пониженный КПД, т.к. параллельные в меридиональном сечении боковые стенки не обеспечивают протекание рабочего тела с достаточно малой величиной потерь полного давления, а с увеличением степени расширения в диффузоре указанные потери будут существенно увеличиваться.The main disadvantage of such radial diffusers is reduced efficiency, because side walls parallel in the meridional section do not allow the flow of the working fluid with a sufficiently small amount of total pressure loss, and with an increase in the degree of expansion in the diffuser, these losses will increase significantly.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению является радиальный лопаточный диффузор центробежного компрессора (см. Рис В.Ф. «Центробежные компрессорные машины», Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1981, стр. 268, рис. 6.4), который содержит между плоской и конической боковыми стенками лопаточный венец. При этом боковые стенки в меридиональном сечении имеют вид прямых линий, образующих диффузорный участок по всей длине, в том числе и в выходной части.The closest in technical essence to the claimed solution is a radial blade diffuser of a centrifugal compressor (see Figure V.F. "Centrifugal Compressor Machines", L .: Engineering. Leningrad Branch, 1981, p. 268, Fig. 6.4), which contains between flat and conical side walls scapular crown. In this case, the side walls in the meridional section have the form of straight lines forming a diffuser section along the entire length, including in the outlet part.

Основным недостатком указанного радиального диффузора является относительно невысокий уровень КПД, т.к. диффузорность в меридиональном сечении, образуемая боковыми стенками, при высокой степени расширения рабочего тела не обеспечивает в достаточной степени уменьшение потерь полного давления, хотя по сравнению с диффузором с параллельными в меридиональном сечении боковыми стенками указанные потери могут быть несколько ниже.The main disadvantage of this radial diffuser is the relatively low level of efficiency, because the diffusivity in the meridional section formed by the side walls, with a high degree of expansion of the working fluid, does not sufficiently reduce the loss of total pressure, although in comparison with a diffuser with parallel side walls in the meridional section, these losses can be slightly lower.

В основу изобретения положена задача разработать лопаточный диффузор, обеспечивающий снижение потерь полного давления при торможении потока в его каналах, увеличение диапазона устойчивой работы центробежного компрессора, повышение КПД диффузора за счет изменения конфигурации одной из его боковых стенок.The basis of the invention is the task of developing a blade diffuser, which reduces the total pressure loss during flow inhibition in its channels, increases the range of stable operation of a centrifugal compressor, increases the efficiency of the diffuser by changing the configuration of one of its side walls.

Для решения поставленной задачи в радиальном лопаточном диффузоре, содержащем размещенный между боковыми стенками лопаточный венец, причем боковые стенки в меридиональном сечении образуют диффузорный участок по всей длине, в том числе и в выходной части, передняя боковая стенка диффузора в меридиональном сечении выполнена тремя плавно сопряженными радиусными линиями так, что центры окружностей первых по потоку двух радиусных линий, обращенных выпуклостью внутрь диффузора, расположены на диаметре окружности, проходящей через центры окружностей, вписанных в межлопаточный канал на его входе, а центр окружности третьей радиусной линии, обращенной выпуклостью наружу диффузора, расположен на диаметре окружности, проходящей через выходные кромки лопаток диффузора.To solve the problem, in a radial blade diffuser containing a blade ring located between the side walls, the side walls in the meridional section forming a diffuser section along the entire length, including the output part, the front side wall of the diffuser in the meridional section is made of three smoothly conjugated radial lines so that the centers of the circles of the first two radial lines in the flow, convex inward to the diffuser, are located on the diameter of the circle passing through the centers about circles inscribed in the interscapular channel at its entrance, and the center of the circle of the third radius line convex to the outside of the diffuser is located on the diameter of the circle passing through the outlet edges of the diffuser blades.

Изменение конфигурации передней стенки радиального лопаточного диффузора обеспечивает перераспределение процесса расширения рабочего тела по длине диффузора так, что уменьшается расширение на входном и выходном его участках, а основной процесс расширения осуществляется на среднем участке канала, где боковая стенка лопаточного диффузора в меридиональном сечении образована в основном второй радиусной линией. В результате уменьшаются потери полного давления и КПД возрастает на 1-2%, что особенно важно для малоразмерных вспомогательных газотурбинных двигателей с невысокими КПД элементов турбокомпрессора.Changing the configuration of the front wall of the radial blade diffuser provides a redistribution of the process of expansion of the working fluid along the length of the diffuser so that the expansion at its input and output sections decreases, and the main expansion process is carried out in the middle section of the channel, where the side wall of the blade diffuser in the meridional section is formed mainly by the second radius line. As a result, the total pressure loss is reduced and the efficiency increases by 1-2%, which is especially important for small auxiliary gas turbine engines with low efficiency of the turbocompressor elements.

Заявляемое техническое решение поясняется следующими чертежами:The claimed technical solution is illustrated by the following drawings:

фиг. 1 - меридиональное сечение радиального лопаточного диффузора центробежного компрессора;FIG. 1 - meridional section of a radial blade diffuser of a centrifugal compressor;

фиг. 2 - сечение А-А радиального лопаточного диффузора центробежного компрессора.FIG. 2 is a section AA of a radial blade diffuser of a centrifugal compressor.

Радиальный лопаточный диффузор центробежного компрессора содержит размещенный между передней 1 и задней 2 (см. фиг. 1) боковыми стенками лопаточный венец 3 (см. фиг. 2), причем передняя боковая стенка 1 в отличие от прямой задней стенки 2 выполнена тремя плавно сопряженными радиусными линиями «а», «в» и «с», при этом центры первых по потоку двух радиусных линий «а» и «в», обращенных выпуклостью внутрь диффузора (к боковой стенке 2), расположены на диаметре D1 окружности, проходящей через центры окружностей d1, вписанных в межлопаточный канал 4 (см. фиг. 2) на его входе, а центр окружности третьей радиусной линии «с», обращенной выпуклостью наружу, расположен на диаметре D2 окружности, проходящей через выходные кромки лопаток диффузора 5 (см. фиг. 1).The radial blade diffuser of the centrifugal compressor comprises a blade ring 3 (see FIG. 1) located between the front 1 and rear 2 (see Fig. 1) side walls, and the front side wall 1, in contrast to the straight rear wall 2, is made of three smoothly conjugated radial lines “a”, “b” and “c”, while the centers of the first two radial lines “a” and “b”, turned convex into the diffuser (to the side wall 2), are located on the diameter D1 of the circle passing through the centers circles d1 inscribed in the interscapular canal 4 (see fi d. 2) at its entrance, and the center of the circumference of the third radial line “c”, convex outward, is located on the diameter D2 of the circle passing through the outlet edges of the diffuser blades 5 (see Fig. 1).

При работе компрессора рабочее тело (например, воздух) поступает в радиальный лопаточный диффузор, в котором осуществляется его плавное расширение по длине диффузора в определенной последовательности. На входном участке до диаметра D1 (конфигурация боковой стенки по линии «а») и на выходном участке до диаметра D2 (конфигурация боковой стенки по линии «с») процесс расширения протекает менее интенсивно, по сравнению с основным процессом, протекающим в средней части диффузора между диаметрами D1 и D2 (конфигурация боковой стенки по линии «в»). В результате «нагрузка» лопаточного диффузора на входном и выходном участках, где наибольшие потери полного давления, уменьшается и возрастает в средней части, где поток в канале наиболее организован, вследствие чего КПД диффузора возрастает на 1-2%. Повышению КПД способствует также дополнительное снижение «нагрузки» входной части лопаточного диффузора путем организации потока рабочего тела в косом срезе на входе в лопаточный диффузор за счет определенного сужения канала на участке до диаметра D1.When the compressor is operating, the working fluid (for example, air) enters the radial blade diffuser, in which it gradually expands along the length of the diffuser in a certain sequence. At the inlet section up to the diameter D1 (configuration of the side wall along the line “a”) and at the outlet section up to the diameter D2 (configuration of the side wall along the line “c”), the expansion process is less intensive compared to the main process in the middle part of the diffuser between the diameters D1 and D2 (the configuration of the side wall along the line "b"). As a result, the “load” of the scapular diffuser in the inlet and outlet sections, where the greatest total pressure loss is reduced and increases in the middle part, where the flow in the channel is most organized, as a result of which the diffuser efficiency increases by 1-2%. An increase in the efficiency is also facilitated by an additional decrease in the “load” of the inlet part of the scapular diffuser by organizing the flow of the working fluid in an oblique section at the entrance to the scapular diffuser due to a certain narrowing of the channel in the section to a diameter of D1.

Claims

A radial blade diffuser of a centrifugal compressor containing a blade ring located between the side walls, the side walls in the meridional section forming a diffuser section along the entire length, including the output part, characterized in that the front side wall of the diffuser in the meridional section is made of three smoothly conjugated radial lines so that the centers of the circles of the first two radial lines in the flow convex inside the diffuser are located on the diameter of the circle passing Erez centers of the circles inscribed in interscapular channel at its input, and the center of the third circle radius line convexity facing outwardly of the diffuser, is located on a diameter of the circle passing through the outlet edge of the diffuser vanes.