CS260608B1 - Oběžné kolo pro radiální kompresor - Google Patents

Abstract

Oběžné kolo pro radiální kompresor obsahuje základní kotouč, u něhož je úhel mezi jeho vnitřní plochou a rovinou, kolmou na osu otáčení oběžného* kola, větší o 0,5° až 1° než úhel mezi >jeho vnější plochou a toutéž rovinou. Tím je dosaženo snížení pnutí v kritickém průřezu základního kotouče a umožněno použití válcovaného materiálu pro jeho výrobu místo výkovku.

Description

Vynález se týká oběžného kola pro radiální kompresor tvořeného základním kotoučem, nesoucím válcovité oběžné lopatky a krycí kotouč a obsahujícím plechovou část s vnější a vnitřní plochou, jejichž tvořící přímky jsou vůči rovině, kolmé na osu otáčení oběžného kola, skloněny pod různými úhly.

Je známo oběžné kolo pro radiální kompresor, tvořené základním kotoučem, nesoucím válcovité oběžné lopatky a krycí kotouč. Základní kotouč oběžného kola sestává z masivního tělesa nosného náboje a z relativně tenké plechové části. Plechová část základního kotouče obsahuje vnitřní a vnější plochu, jejichž tvořící přímky jsou skloněny pod různými úhly k rovině kolmé na osu otáčení oběžného kola, přičemž tvořící přímka vnitřní plochy plechové části probíhá kolmo k ose otáčení a tvořící přímka vnější plochy je vůči ose otáčení oběžného kola skloněna.

Na základní kotouč působí při jeho otáčení ohybový moment od odstředivých sil hmoty lopatek, uložených vzhledem ke kotouči nesymetricky, a ohybový moment nesymetricky uložených hmot plechové části, přičemž oba tyto momenty směřují jednostranně a sčítají se. Nejvyšší pnutí vznikají přitom v průřezu základního kotouče, ležícím v blízkosti místa spojení oběžných lopatek s kotoučem. V témž průřezu dochází kromě koncentrace pnutí, pocházejících z upevnění lopatek ke kotouči, k nejintenzívnějšímu opotřebení a korozním účinkům proudícím plynem.

Všechno toto vyžaduje zajištění vysoké bezpečnosti proti lomu a použití materiálů s vysokými mechanickými vlastnostmi. Proto jsou u tohoto známého oběžného kola pro výrobu základních kotoučů používány výkyvky z vysoce pevných ocelí. S použitím výkovků z vysoce pevných ocelí pro výrobu základních kotočů však souvisí vysoká pracnost a velká spotřeba materiálu pro polotovary výkovků. Použitím válcovaného materiálu pro výrobu základních kotoučů by bylo umožněno podstatné snížení pracnosti a spotřeby materiálu. Válcovaný materiál má však nižší mechanické vlastnosti a jeho použití je tudíž nemožné u oběžných kol, pracujících při vysokých obvodových rychlostech, to je při V > 180 m/s.

Záměrem vynálezu je tudíž vyvinutí oběžného kola pro radiální kompresor, u něhož by příslušným konstrukčním provedením povrchů základního kotouče tento vykazoval nižší hladinu upnutí v místě upevnění lopatek, ke kotouči, čímž by bylo umožněno použití válcovaného materiálu pro výrobu základního kotouče.

Nevýhody známého oběžného kola jsou odstraněny u oběžného kola pro radiální kompresor, tvořeného základním kotoučem, nesoucím válcovité oběžné lopatky a krycí kotouč a obsahujícím plechovou část s vnější a vnitřní plochou, jejichž tvořící přímky jsou vůči rovině, kolmé na osu otáčení oběžného kola, skloněny pod různými úhly, podle vynálezu, jehož podstatou je, že úhel mezi vnitřní plochou plechové části základního kotouče a rovinou, kolmou na osu otáčení oběžného kola je o 0,5° až 1° větší než úhel mezi vnější plochou plechové části základního kotouče a toutéž rovinou.

Při pracovním otáčení takto vytvořeného oběžného kola je plechová část základního kotouče namáhána odstředivou silou vlastní hmoty a odstředivou silou části hmoty lopatek. Při zvoleném rozdílu mezi úhly sklonu tvořících přímek vnitřní a vnější plochy plechové části základního kotouče oběžného kola má její osa průřezu vůči ose otáčení oběžného kola takový úhel sklonu, že vlivy ohybových momentů od odstředivých sil vlastní hmoty plechové části a od odstředivých sil části hmoty lopatek působí protisměrně. Součtový ohybový moment, působící na plechovou část základního kotouče oběžného kola a tudíž i na pnutí v jeho ohroženém průřezu, je určován rozdílem mezi těmito protisměrně působícími momenty. Velikost rozdílu mezi úhly sklonu (0,5° až 1°) tvořících přímek vnitřní a vnější plochy plechové ěásti se zvolí z podmínky zaručení minimálních pnutí v ohroženém průřezu.

Technicko-ekonomická účinnost při použití oběžného kola podle vynálezu pozůstává ve snížení namáhání základního kotouče, čímž je umožněno, zmenšení tloušťky náboje a použití pro jeho výrobu válcovaného materiálu místo výkovku, čímž se při jeho výrobě sníží spotřeba materiálu a pracnost.

Příkladné provedení vynálezu je znázorněno na výkresech, kde obr. 1 představuje podélný řez částí oběžného kola podle vynálezu, obr. 2 průřezy radiálních a tangenciálních pnutí vnitřní plochy plechové části základního kotouče oběžného kola podle vynálezu a vnitřní plochy plechové části základního kotouče známého oběžného kola, obr. 3 — charakteristiky závislosti veličin pnutí v ohroženém průřezu základního kotouče na rozdílu mezi úhly sklonu tvořících přímek povrchů základního kotouče vůči rovině kolmé na osu otáčení, podle vynálezu.

Oběžné kolo radiálního kompresoru podle vynálezu obsahuje základní kotouč 1 — obr. 1 —, nesoucí pevně s ním spojené, například přivařené nebo přiletované, válcovité oběžné lopatky 2 a krycí kotouč 3. Plechová část základního kotouče 1 obsahuje vnější plochu 4 a vnitřní plochu S, jejichž tvořící přímky jsou vůči rovině p, kolmé na osu otáčení 0—0 oběžného kola, skloněny pod úhly ona β.

Úhel α je přitom úhel, svíraný tvořicí přímkou vnější plochy 4 s rovinou p, kolmou na osu otáčení 0—0 oběžného kola, a úhel β je úhel svíraný tvořící přímkou vnitřní plochy 5 s toutéž rovinou p. Úhel β je přitom o 0,5° až 1° větší než úhel a.

Na obr. 1 jsou dále jako vzájemně podmíněné označeny vnější průměr D oběžného kola a šířka B průtokové části oběžného kola na výstupu proudu plynu z oběžného kola.

Při otáčení oběžného kola ohybový moment Mj, vyvozovaný odstředivými silami Fj, F₂ .. .Fj vlastní hmoty plechové části základního kotouče 1, směřuje k vnitřní ploše 5 a ohybový moment M₂, vyvozovaný neznázorněnými odstředivými silami hmoty lopatek 2, směřuje k vnější ploše .4, přičemž součtový ohybový moment bude roven rozdílu hodnot momentů a ·Μ₂.

Na obr. 2 jsou vyneseny průběhy iradtá 1ních pnutí σ_Γ a o/ a tangenciálních Obvodových pnutí σ_τ a σ^· vnitřní plochy 5 plechové části základního kotouče 1-oběžného kola. Jako- σ_Γ a σ_τ jsou přitom označena .pnutí v oběžném kole podle vynálezu a jako σ,.¹ a στ^ι pnutí ve známém oběžném kole. V základním kotouči 1 oběžného kola podle vynálezu jsou pnutí av a σ_τ výrazně nižší, to je o 30 % až o 50 %, než pnutí σ/ a σ_τ1 v základním kotouči známého oběžného kola.

Na obr. 3 jsou vyneseny experimentálně zjištěné závislosti hodnot maximálního pnutí ff_rala, a vnitřní plochy 5 základního kotouče 1 na rozdílu úhlů β — a. Tato závislost je znázorněna pro dvě mezní hodnoty poměru šířky b průtokové části na výstupu plynu z oběžného kola vůči vnějšímu průměru D oběžného kola.

Křivka 6 odpovídá poměru b : D = 0,03 a křivka 7 poměru b : D = 0,07. Oběžná kola s poměry b : D < 0,03 nebo > 0,07 jsou používána jen velmi zřídka, protože vykazují nízkou účinnost. Velikost rozdílu úhlů sklonu B — a tvořících přímek vnější plochy 4 a vnitřní plochy 5 plechové části základního kotouče 1 vůči rovině p, kolmé na osu otáčení 0—0 oběžného kola, se zvolí z podmínky zajištění minimálních pnutí σ, a σ_τ v ohroženém průřezu základního kotouče 1.

Tento rozdíl má pro oběžná kola s poměrem b: D = 0,05 až 0,07 ležet v rozmezí 0,75° až T\a pro oběžná kola s poměrem b :

: D = 0,03 až 0,05 musí tento rozdíl ležet v rozmezí 0,5° až 0,75°.

Claims (1)

1. Oběžné kolo pro radiální kompresor tvořené základním kotoučem, nesoucím válcovité oběžné lopatky a krycí kotouč a obsahujícím plechovou část s vnější a vnitřní plochou, jejichž tvcřicí přímky jsou vůči rovině, kolmé na osu otáčení oběžného kola, skloněny pod různými úhly, vyznačující se ynAlezu .tím, žs úhel (/S¹.) mezi vnitřní plochou (5) plechové časti základního kotouče (1) oběžného kola a rovinou (pj, kolmou na osu otáčení (0—0) oběžného kola, je o 0,5° až 1° větší než úhel (a) mezi vnější plochou (4) plechové části základního kotouče (1) a toutéž rovinou (p).