CS260608B1

CS260608B1 - Moving wheel for radial compressor

Info

Publication number: CS260608B1
Application number: CS87208A
Authority: CS
Inventors: Vladimir V Archipov; Gennadij F Velikanov; Gilja A Raer; Kir B Sarancev
Original assignee: Vladimir V Archipov; Gennadij F Velikanov; Gilja A Raer; Kir B Sarancev
Priority date: 1987-01-12
Filing date: 1987-01-12
Publication date: 1989-01-12
Also published as: CS20887A1

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.The impeller for radial compressor contains a base disk with an angle between its inner surface and the plane, perpendicular on the rotational axis of the rotating wheel, greater o 0.5 ° to 1 ° than the angle between> its outer surface and the same plane. This results in a reduction stresses in the critical cross-sectional area wheels and allow the use of rolled material for its production instead of forging.

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.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an impeller for a radial compressor comprising a base disk carrying cylindrical impellers and a cover disk and comprising a sheet metal part having an outer and inner surface, the generating lines of which are inclined at different angles to a plane perpendicular to the impeller rotation axis.

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.There is known an impeller for a radial compressor consisting of a base disk carrying cylindrical impellers and a cover disk. The impeller base plate consists of a massive hub hub body and a relatively thin sheet-metal part. The sheet metal portion of the base plate comprises an inner and an outer surface whose forming lines are inclined at different angles to a plane perpendicular to the axis of rotation of the impeller, the forming line of the inner surface of the sheet metal extending perpendicular to the axis of rotation inclined.

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.When rotating, the base disk is subjected to bending moment from the centrifugal forces of the masses of the vanes mounted unbalanced to the disk and to the bending moment of the unbalanced masses of the sheet metal part, both moments pointing unilaterally and adding up. The highest stresses occur in this case in the cross-section of the base disc, which is located near the connection of the rotating blades to the disc. In the same cross-section, in addition to the stress concentration resulting from the attachment of the blades to the disk, the most intense wear and corrosion effects by the gas flow occur.

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.All of this requires high safety against fracture and the use of materials with high mechanical properties. Therefore, in this known impeller, high-strength steel swings are used for the production of base disks. However, the use of high-strength steel forgings for the production of basic tufts is associated with high labor intensity and high material consumption for the forged blanks. The use of rolled material for the production of base disks would allow a substantial reduction in labor and material consumption. However, the rolled material has lower mechanical properties and its use is therefore impossible for impellers operating at high peripheral speeds, i.e. at 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.It is therefore an object of the present invention to provide an impeller for a radial compressor in which the corresponding design of the surfaces of the base disk has a lower clamping level at the blade attachment point to the disk, thereby allowing the use of rolled material to produce the base disk.

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.Disadvantages of the known impeller are eliminated in a radial compressor impeller consisting of a base disk carrying cylindrical impellers and a cover disk and comprising a sheet metal part having an outer and inner surface, the generating lines of which are inclined below the plane perpendicular to the impeller rotation axis. different angles, according to the invention, the principle being that the angle between the inner surface of the metal plate of the base plate and the plane perpendicular to the axis of rotation of the impeller is 0.5 ° to 1 ° greater than the angle between the outer surface of the metal plate of the base plate and the same plane .

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.During the working rotation of the impeller formed in this way, the sheet metal part of the base disc is subjected to the centrifugal force of its own mass and the centrifugal force of a part of the mass of the blades. With the selected difference between the angles of inclination of the inner and outer surfaces of the sheet metal part of the impeller base plate, its axis of cross-section relative to the axis of rotation of the impeller is such inclined that the bending moments are exerted by the bending moments. counter-directionally. The cumulative bending moment acting on the sheet metal portion of the impeller base plate and hence the stress in its endangered cross-section is determined by the difference between these opposing forces. The magnitude of the difference between the inclination angles (0.5 ° to 1 °) forming the lines of the inner and outer surfaces of the sheet metal part shall be chosen from the condition of guaranteeing minimum stresses in the endangered cross-section.

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.The technical-economic efficiency of using the impeller of the present invention is to reduce the stress on the base disc, thereby reducing the thickness of the hub and using it to produce the rolled material instead of the forging, thereby reducing material consumption and labor.

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.1 is a longitudinal section through a portion of an impeller according to the invention; FIG. 2 is a cross-sectional view of the radial and tangential stresses of the inner surface of the sheet metal portion of the impeller base according to the invention; FIG. 3 shows the characteristics of the dependence of the stress quantities in the endangered cross-section of the base disc on the difference between the inclination angles of the generating surface of the base disc relative to the plane perpendicular to the axis of rotation according to the invention.

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.The impeller of the radial compressor according to the invention comprises a base disk 1 - Fig. 1 - carrying firmly attached, for example welded or soldered, cylindrical impellers 2 and a cover disk 3. The sheet metal part of the base disk 1 comprises an outer surface 4 and an inner surface S, whose generating lines are inclined at angles β β with respect to the plane p, perpendicular to the axis of rotation 0 00 of the impeller.

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.The angle α is the angle formed by the generating line of the outer surface 4 with the plane p perpendicular to the axis of rotation 0-0 of the impeller, and the angle β is the angle formed by the generating line of the inner surface 5 with the same plane p. ° to 1 ° greater than angle α.

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.In Fig. 1, the outer diameter D of the impeller and the width B of the impeller flow portion at the outlet of the gas flow from the impeller are further indicated as mutually conditional.

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.Upon rotation of the impeller Mj bending moment exerted by centrifugal forces Fj, F ₂ .. .Fj own mass of the sheet portion of the basic disc 1 faces the inner surface 5 and a bending moment M _2, not shown exerted by the centrifugal forces of vanes material 2 faces the outer surface .4, where the sum of the bending moment is equal to the difference in torque values; and Μ ₂ .

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,.¹a 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.In Fig. 2, plots of irradiate stresses σ _Γ α and / and tangential circumferential stresses σ _τ and σ ^ · are plotted on the inner surface 5 of the sheet metal part of the basic disk 1 of the impeller. The stresses in the impeller according to the invention and σ, are designated as σ _Γ and σ _τ . ¹ and στ ^ι stress in the known impeller. In the impeller base plate 1 according to the invention, the stresses _αv and σ _{τ are} significantly lower, that is, by 30% to 50%, than the stress σ / and σ _τ1 in the base impeller of the known impeller.

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.Fig. 3 shows the experimentally determined dependence of the values of the maximum stress _ffal , and the inner surface 5 of the base disc 1 on the difference of angles β - a. This dependence is shown for two limit values diameter D of impeller.

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.Curve 6 corresponds to b: D = 0.03 and curve 7 corresponds to b: D = 0.07. Impellers with b: D ratios <0.03 or> 0.07 are used very rarely because of their low efficiency. The size difference between the inclination angles B - and the generatrices of the outer surface 4 and the inner surface 5 of the base sheet portion of the disc 1 relative to a plane P perpendicular to the rotation axis 0-0 of the impeller is chosen from condition to ensure minimal stress σ and _σ τ affected in cross-section base plate 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 :This difference is between 0,75 ° and T1 for impellers with a ratio b: D = 0,05 to 0,07 and for impellers with a ratio b:

: D = 0,03 až 0,05 musí tento rozdíl ležet v rozmezí 0,5° až 0,75°.D = 0.03 to 0.05 this difference must lie between 0.5 ° and 0.75 °.

Claims

An impeller for a radial compressor consisting of a base disk carrying cylindrical impellers and a cover disk and comprising a sheet metal part with an outer and inner surface, the forming lines of which are inclined at different angles to a plane perpendicular to the axis of rotation of the impeller. that the angle (/ S ¹ ) between the inner surface (5) of the sheet metal part of the impeller base plate (1) and the plane (pj, perpendicular to the impeller rotation axis (0-0) is about 0.5 ° to 1 ° greater than the angle (α) between the outer surface (4) of the sheet metal portion of the base disc (1) and the same plane (p).