CS260850B1

CS260850B1 - Stator of axial turbocharger especially stationary

Info

Publication number: CS260850B1
Application number: CS871835A
Authority: CS
Inventors: Zbynek Janc; Jiri Koubik; Miloslav Kratochvil; Dusan Misarek; Jiri Fajman; Jiri Feierfeil; Lubor Klaus
Original assignee: Zbynek Janc; Jiri Koubik; Miloslav Kratochvil; Dusan Misarek; Jiri Fajman; Jiri Feierfeil; Lubor Klaus
Priority date: 1987-03-18
Filing date: 1987-03-18
Publication date: 1989-01-12
Also published as: CS183587A1

Abstract

Řešení se týká problému provozu axiálních turbokompresorů zejména stacionárního provedení. Jde o provoz, který se vyznačuje častými a rvohlými změnami provozních parametrů, především teplot a tlaků. Podstatou řešení ^e použití difuzorové vložky ve výtlačné části skříně. Její nedílnou součástí je spirální žebro v jjorní, polovině skříně přecházející v usměrňovači nos e usměrnovacím žebrem, zasahující až do výstupního hrdla stroje. Tím je vytvořena dvojitá sběrná komora. Příznivý tvar sběrné komory spoluvytváří tvar boční stěny výtlačné části skříně. Boční stěna svírá s osou rotace plynule se měnící úhel, který se směrem k dělicí rovině postupně zvětšuje. V alternativním provedení ;je spirální žebro v příčném řezu rovné, případně žlabovitě tvarované.The solution concerns the problem of operation of axial turbocompressors, especially of stationary design. This is an operation characterized by frequent and rapid changes in operating parameters, especially temperatures and pressures. The essence of the solution is the use of a diffuser insert in the discharge part of the casing. Its integral part is a spiral rib in the lower half of the casing, which passes into the rectifying nose and a rectifying rib, reaching up to the outlet neck of the machine. This creates a double collection chamber. The favorable shape of the collection chamber co-creates the shape of the side wall of the discharge part of the casing. The side wall forms a continuously changing angle with the axis of rotation, which gradually increases towards the dividing plane. In an alternative embodiment, the spiral rib is straight in cross section, or has a trough-shaped shape.

Description

Vynález se týká stator» osových kompresoru, zejména stacionárních, určených především pro provoz se značnými a současně velmi rychlými změnami provozních parametrů.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to stator axial compressors, in particular stationary compressors, intended primarily for operation with significant and at the same time very rapid changes in operating parameters.

Stacionární osové turbokompresory jsou převážně určeny pro technologii s poměrně malým a velmi pomalým kolísáním provozních parametrů. Pouze ve výjimečných případech, jsou-li tyto stroje např. součástí experimentálně výzkumného zařízení apod., je nutno již při konstrukci počítat s velkými a přitom velmi rychlými změnami provozních parametrů, dokonce i se skokovými změnami tlaků a teplot a současně i s nutností velmi rychlého najíždění stroje z klidu na maximální provozní parametry. Pro tyto podmínky musí být vhodně voleno konstrukční provedení celého turbokompresoru a pokud se statoru týká, především jeho střední a zvláště pak výtlačné části, kde jsou změny tlaků a teplot nejvýraznejsi.Stationary axial turbo compressors are mainly designed for technology with relatively small and very slow fluctuation of operating parameters. Only in exceptional cases, when these machines are part of an experimental research facility, etc., must the design consider large and very rapid changes in operating parameters, even step changes in pressures and temperatures, and at the same time the need for very fast start-up machine from standstill to maximum operating parameters. For these conditions, the design of the entire turbocharger must be suitably chosen and, as far as the stator is concerned, especially its central and especially the discharge part, where the pressure and temperature changes are most pronounced.

Pro výše uvedené provozní podmínky bylo vyvinuto speciální řešení výtlačné části skříně. Zatímco v její horní polovině má skříň v příčném řezu tvar dvojdílné spirály, je v její spodní části, přilehlé k výstupnímu hrdlu, vytvořena jako součást skříně dutá výztuha, jejíž čelní stěna je napojena na vnější okraj jazyka mezikruhového difuzoru a vnitřní stěny pak tečně napojeny na vnitřní válcovou stěnu sběrné komory.For the above-mentioned operating conditions a special solution of the casing discharge part has been developed. While in the upper half of the housing the cross-sectional shape of a two-part spiral, in its lower part adjacent to the outlet throat, a hollow brace is formed as part of the housing, the front wall of which is connected to the outer edge of the tongue of the annular diffuser. inner cylindrical wall of the collecting chamber.

Takovéto provedení výtlačné části skříně zajišťuje spolehlivý provoz stroje i při velmi náročných podmínkách. Při dostatečné tuhosti skříně zajišťuje bezporuchový vliv dilatací skříně i při rychlých změnách teploty a tlaku. Takto konstruovaná skříň statoru má však přece jen jeden velmi závažný nedostatek. Nárazovým' změnám teploty a tlaku jsou vystaveny bezprostředně přímoSuch a design of the discharge part of the casing ensures reliable operation of the machine even under very demanding conditions. With sufficient rigidity of the cabinet, it ensures trouble-free effect of the cabinet dilatations even during rapid changes in temperature and pressure. However, the stator housing constructed in this way has one very serious drawback. Impact changes in temperature and pressure are directly exposed

260 8S0 stěny skříně. Při extrémních podmínkách, kdy dochází přímo k tepelným šokům mohlo by dojit vlivem maximálního tepelného a tlakového namáhání v časově shodném úseku k deformaci skříně, případně i havárii stroje.260 8S0 cabinet wall. In extreme conditions, where heat shocks occur directly, the casing deformation and / or machine crash could occur as a result of maximum thermal and pressure stress in the same time period.

Jeden ze známých způsobů řešení této problematiky ve střední části stroje spočívá v tom, že je stator v oblasti lopatkování proveden v podstatě s dvojitou stěnou. Statorové lopatky jsoa neseny v samostatných prstencích, které jsoa achyceny ve vnější stěně a jejich válcová část vytváří vlastní vnitřní stěna. Tato vnitřní stěna zachycaje vliv rychlých změn teplot a tlaka. Nedostatkem tohoto řešení je však skutečnost, že problematika není dořešena i ve výtlačné části stroje, kde maže dojít stejně k deformaci skříně a z toho pak k dalším ev. důsledkům.One known method of solving this problem in the central part of the machine is that the stator is essentially double-walled in the blade region. The stator blades are supported in separate rings which are attached to the outer wall and their cylindrical part forms its own inner wall. This inner wall captures the effects of rapid temperature and pressure changes. The disadvantage of this solution, however, is the fact that the problem is not solved even in the discharge part of the machine, where the casing can be deformed equally and from that it can lead to further ev. the consequences.

Uvedené nedostatky jsou z převážné části odstraněny řešením podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že sběrná komora je z vnější strany tvořena výtlačnou částí skříně a z vnitřní strany spirálním žebrem difuzorové vložky, která je rozebíratelně uchycena ve výtlačné části skříně. Difuzorová vložka současně tvoří vnější stěnu výstupního difuzoru. Horní polovina skříně má v příčném řezu na svém největším průměru kruhový průřez s konstantní vzdáleností od osy rotace stroje. Vzdálenost spirálního žebra se směrem k ose rotace postupně oboustranně zmenšuje až na poloměr vnější stěny výstupního difuzoru.These drawbacks are largely overcome by the solution according to the invention. It is based on the fact that the collecting chamber is formed from the outside by the discharge part of the casing and from the inside by a spiral rib of the diffuser insert, which is detachably mounted in the discharge part of the casing. The diffuser insert simultaneously forms the outer wall of the exit diffuser. The upper half of the housing has a circular cross-section at its largest diameter with a constant distance from the axis of rotation of the machine. The distance of the spiral rib gradually decreases towards the rotation axis on both sides to the radius of the outer wall of the outlet diffuser.

Usměrňovači nos opatřený případně usměrňovačím žebrem je s výhodou součástí difuzorové vložky.The deflecting nose provided with an optionally deflecting rib is preferably part of the diffuser insert.

Spirální žebro je žlabovitě vytvarováno, takže vytváří v příčném řezu oválný průřez sběrné komory.The spiral rib is trough shaped so as to form an oval cross-section of the collecting chamber in cross-section.

Boční stěna výtlačné části skříně svírá s osoa rotace stroje plynule se měnící úhel, který se směrem k dělicí rovině postupně zvětšuje'.The side wall of the displacement part of the housing encloses with the axis of rotation of the machine a continuously varying angle which gradually increases towards the dividing plane.

Provedení statoru osového turbokompresoru podle vynálezu* zvláště pak jeho výstupní části* má řadu výhod. Nejdůležitějěí výhodou je možnost jeho bezporuchového použití v krajně obtížných podmínkách, tj. při provozu s extrémně rychlými změnami teplot a provozních tlaků. Difuzorová vložka chrání” vnější stěnu skříně statoru ve výstupní části. Její případné deformace v důsledku tepelných dilatací se nepřenášejí na skříň statoru a proto ani nedeformují ani na ni nepřenášejí přídavná napětí,The embodiment of the stator of an axial turbo compressor according to the invention *, in particular its output part *, has a number of advantages. The most important advantage is the possibility of its trouble-free use in extremely difficult conditions, ie when operating with extremely rapid changes in temperatures and operating pressures. The diffuser insert protects the outer wall of the stator housing in the outlet section. Its possible deformations due to thermal dilatations are not transmitted to the stator housing and therefore neither deform nor transfer additional voltages to it,

260 8SQ která by mohla způsobit vznik trhlin apod. Pokud by teoreticky vlivem opakovaných tepelných šoků.přece došlo ke vzniku trhlin, mohly by se vyskytnout pouze na difuzorové vložce, kde v podstatě nemohou mít za následek provozní poruchu.260 8SQ that could cause cracks, etc. If theoretically, due to repeated thermal shocks, cracks would occur, they could only occur on the diffuser insert, where they could not in principle result in operational failure.

Další výhoda spočívá v tom, že při relativně velmi jednoduchém tvaru výstupní části skříně statoru umožňuje použití difuzorové vložky velmi dokonalé vytvarování jak výstupního difuzoru, tak i sběrné komory. K tomu podstatně přispívá řešení spirálního žebra a tvar boční stěny výtlačné části skříně.A further advantage is that, with the relatively very simple shape of the outlet part of the stator housing, the use of the diffuser insert allows very perfect shaping of both the outlet diffuser and the collecting chamber. This is largely due to the spiral rib design and the shape of the side wall of the displacement part of the housing.

Na připojených obrázcích je znázorněno provedení části statoru osového turbokompresoru podle vynálezu. Na obr. 1 je vidět podélný řez svislou rovinou touto částí stroje. Obr. 2 představuje příčný řez výstupní částí turbokompresoru. Na obr. 3 je znázorněn řez horní polovinou výtlačné části v rovině 0-C z obr. 2, přičemž poloha boční stěny výtlačné části skříně a poloha spirálního žebra je znázorněna v rovině 0-B čárkovaně. Na obr. 4 je vidět opět podélný řez horní polovinou výtlačné části stroje s alternativním řešením tvaru spirálního žebra.The attached figures show an embodiment of a stator part of an axial turbo compressor according to the invention. FIG. 1 shows a longitudinal section through a vertical plane through this part of the machine. Giant. 2 is a cross-sectional view of the outlet portion of the turbocharger. Fig. 3 is a cross-sectional view of the upper half of the dispensing portion in the plane 0-C of Fig. 2, wherein the position of the side wall of the dispensing portion of the housing and the position of the spiral rib are shown in dashed lines in the plane 0-B; Fig. 4 shows again a longitudinal section through the upper half of the discharge part of the machine with an alternative solution of the spiral rib shape.

Stator _1_ turbokompresoru je tvořen nezakreslenou sací částí, střední válcovou částí 2 a výstupní částí 7· Skříň statoru J_ se skládá z válcové části 1 3> výtlačné části 14 a z čelního víka 1 3. Tyto části jsou spojeny přírubovými spoji s nezakreslenými spojovacími šrouby. Ve válcové části 13 jsou uchyceny nosné prstence 16, 17, 18, opatřené statorovými lopatkami 3, 4, 5.· Vnitřní stěna výstupního difuzoru 8 je vytvořena prodlouženou částí 19 čelního víka -13 skříně. Vnější stěna' výstupního difuzoru 8 je tvořena stěnou difuzorové vložky 20, která je ve skříni J_ statoru uchycena na rotační ozub 21 . Sběrná komora 9 je vytvořena stěnou výtlačné čásťi 14 skříně a spirálním žebrem 22, které je součástí difuzorové vložky 20. Horní.část výtlačné části 14 skříně má na svém největším průměru kruhový průřez s konstantní vzdáleností R od osy o rotace až k místu, kde je napojeno výstupní hrdlo 10. Spirální žebro 22 je vytvořeno tak, že se největší vzdálenost P jeho průřezu (obr. 2) protilehlého výstupní přírubě 11 v obou směrech od osy’ o rotace plynule zmenšuje v podstatě až na poloměr £ vnější stěny výstupního difuzoru 8. Současně se plynule zvětšuje směrem k horizontální dělicí rovině 12 úhel boční stěny 23, 23 výtlačné části 14 skříně (obr. 3), a tím i průtočný pru_{?ez sb}^_rné komory 9. Poloha spirálního žebra 22' v rovině 0 - B je zřejmá z obr. 3·The stator 11 of the turbocharger consists of an intake section, a central cylindrical section 2 and an outlet section 7. The stator housing 11 comprises a cylindrical section 13 and a front cover 13, respectively. Supporting rings 16, 17, 18 provided with stator blades 3, 4, 5 are mounted in the cylindrical part 13. The inner wall of the outlet diffuser 8 is formed by an extended part 19 of the housing front cover -13. The outer wall 'of the outlet diffuser 8 is formed by the wall of the diffuser insert 20, which is fixed in the stator housing 11 to the rotary tooth 21. The collecting chamber 9 is formed by a wall of the housing displacement part 14 and a spiral rib 22 which is part of the diffuser insert 20. The upper part of the housing displacement part 14 has a circular cross section at its largest diameter with constant distance R from the axis of rotation to The spiral rib 22 is formed such that the greatest distance P of its cross-section (FIG. 2) of the opposite outlet flange 11 in both directions from the axis of rotation o decreases substantially substantially up to the radius £ of the outer wall of the outlet diffuser 8. at the same time gradually increases toward a horizontal parting plane 12 of the angle of sidewalls 23, 23 of the discharge housing portion 14 (Fig. 3), and thus the flow _{elasticity? ez} ^ _sb _ters the chamber 9. the location of the spiral ribs 22 'in the plane 0 - B is evident from Figure 3 ·

260 850260 850

Součásti difuzorové vložky 20 je i usměrňovači nos 24, jimž je vytvořeno vyústěni dvojité sběrné komory 9 do výstupního hrdla 10. V přikladu provedeni je usměrňovači nos 24 opatřen wsměrňovacím žebrem 25 · V témže přikladu provedeni je poslední nosný prstenec 26 statorových lopatek 6 uchycen ve stěně válcové dutiny 27, vytvořené ve vstupní části difuzorové vložky 20. Na obr.4 je spirálni žebro 22” žlabovitě vytvarováno, takže spolu s horní stěnou výtlačné části 14 skříně vytváří v příčném řezu z aerodynamického hlediska výhodný oválný průřez sběrné komory 9·The diffuser insert 20 also comprises a baffle nose 24, through which a double collecting chamber 9 is formed into the outlet throat 10. In the exemplary embodiment, the baffle nose 24 is provided with a baffle rib 25. In the same embodiment, the last support ring 26 of the stator blades 6 is mounted in the wall The cylindrical cavities 27 formed in the inlet portion of the diffuser insert 20. In FIG. 4, the spiral rib 22 'is trough shaped so that, together with the top wall of the housing displacement part 14, it forms an aerodynamically advantageous oval cross-section of the collecting chamber 9.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

260 850

1. An axial turbocompressor stator, in the name of a stationary embodiment, divided in a horizontal plane, with stator blades mounted in separate support rings, which are mounted in the cylindrical part of the housing and form its own cylindrical double wall of this part of the stator to which its separate output a part comprising an annular diffuser symmetrical about the axis of rotation and a two-part collecting chamber symmetrical to a vertical plane passing through the axis of rotation with a gradually increasing flow cross-section connected to the outlet port, characterized in that the collecting chamber (9) is bounded from the outside by 14) a casing, from the inside by a spiral rib (22) of a diffuser insert (20), which at the same time forms the outer wall of the outlet diffuser (8) and which is detachably mounted in the casing discharge part (14) m of the largest diameter a circular cross-section with a constant distance (R) from the axis (o) of the machine rotation, whereby the distance (P) of the spiral rib (22) gradually decreases towards the rotation axis (o). (8).

An axial turbo-compressor stator according to claim 1, characterized in that the diffuser insert (20) also comprises a rectifying nose (24) provided with a rectifying rib (25).

Stator of an axial turbo compressor according to Claims 1 and 2, characterized in that the spiral rib (22) is trough shaped so that, together with the upper wall of the housing discharge part (14), it forms an oval cross-section of the collecting chamber (9).

4. An axial turbo-compressor stator according to claims 1 to _5A, characterized in that the side wall (25) of the discharge part of the housing encloses a continuously varying angle with the axis of rotation (o) which gradually increases towards the dividing plane.