EP0291535A1 - Working wheel of centrifugal compressor - Google Patents
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- EP0291535A1 EP0291535A1 EP87902020A EP87902020A EP0291535A1 EP 0291535 A1 EP0291535 A1 EP 0291535A1 EP 87902020 A EP87902020 A EP 87902020A EP 87902020 A EP87902020 A EP 87902020A EP 0291535 A1 EP0291535 A1 EP 0291535A1
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- F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
- F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
- F04D29/284—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for compressors
Definitions
- the invention relates to compressor construction, in particular it relates to the impellers of radial compressors.
- an impeller for radial compressors which contains a base plate, the cylindrical blades and a cover plate.
- the sheet metal part of the base plate has an inner and an outer surface, the generators of which are inclined at different angles to the plane which is normal to the axis of rotation of the impeller (see, for example, VFRis "Tsentrobezhnye kompressornye mashiny", publisher M.-L. Mashinostroenie, 1964, Pp. 10, 265).
- the base plate of the impeller consists of a solid hub support body and a relatively thin sheet metal part, the generatrix of the inner surface of the sheet metal part extending normal to the axis of rotation and the generatrix of the outer surface of the sheet metal part of the base disc being inclined to the impeller axis of rotation.
- the present invention has for its object to develop an impeller for centrifugal compressors in which the respective design of the surfaces of the base plate means that the latter have a low stress level at the point of attachment of the blades to the plate, which would make it possible to produce a rolling material for the Base plate to apply.
- the impeller for radial compressors which contains a base plate, which carries cylindrical blades and a cover plate and has an inner and an outer surface of the sheet metal part, the generators of which are inclined at different angles to the plane which is normal to the axis of rotation of the impeller, according to the invention the angle between the inner surface of the sheet metal part of the Base plate and the plane perpendicular to the axis of rotation of the impeller is 0.5 - 1 ° larger than the angle between the outer surface and the same plane.
- the sheet metal part of the base plate When working with such an impeller, the sheet metal part of the base plate is subjected to the centrifugal force of its own mass and the centrifugal force of part of the mass of the blades.
- its cross-sectional center line With the selected difference between the angles of inclination of the generatrix of the inner surface and the outer surface of the sheet metal part, its cross-sectional center line has such an angle of inclination to the axis of rotation of the impeller that the effects of bending moments of the centrifugal forces counteract the inherent mass of the sheet metal part and the centrifugal forces of part of the mass of the blades.
- the summary bending moment that acts on the sheet metal part is determined by a difference between these moments and consequently the stresses in its endangered cross section.
- the size of the difference between the angles of inclination (0.5-1 °) of the generatrices of the inside and outside surfaces of the sheet metal part is chosen on the basis of the condition of ensuring minimum stresses in the endangered cross section.
- the impeller according to the invention for radial compressors contains a base plate 1 (FIG. 1) which carries cylindrical blades 2 which are rigidly connected to it, namely welded or soldered, and a cover plate 3.
- the sheet metal part of the base plate 1 has an outer surface 4 and an inner surface 5, the generatrices of which are inclined to a plane p which is perpendicular to the axis of rotation 0-0 of the impeller at angles ⁇ and ⁇ , where ⁇ is an angle formed by the generatrix of the outer surface 4 and the plane p normal to the axis of rotation 0-0 of the impeller, and an angle formed by the generatrix of the inner surface 5 and the same plane p.
- ⁇ is an angle formed by the generatrix of the outer surface 4 and the plane p normal to the axis of rotation 0-0 of the impeller
- the win kel ⁇ greater than the angle ⁇ by 0.5-1 °.
- a bending moment M 1 which results from the centrifugal forces F 1 , F 2 ,... F i, of the dead weight of the sheet metal part of the base plate 1, is to the side. of the inner surface 5 and a bending moment M2 of the (not indicated in the drawing) centrifugal forces of the mass of the blades 2 towards the side of the outer surface 4, the total bending moment of the difference in the values of the moments M 1 and M 2 being equal.
- Technological-economic effectiveness in the application of the present invention is to reduce the stresses on the base plate, which allows the hub thickness to be reduced and rolled material to be used instead of forgings, thereby reducing the metal consumption and labor involved in the manufacture.
- the present invention can most successfully in the wheels of high pressure centrifugal compressors - circuited Senen type with unilateral sucking apply.
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf den Verdichterbau. Das Laufrad enthält eine Grundscheibe (1), bei der erfindungsgemäss der Winkel (ß) zwischen ihrer Innenfläche (5) und der Ebene (p), die senkrecht zur Drehachse (0-0) des Laufrads ist, um 0,5-1° grösser als der Winkel (a) zwischen ihrer Aussenfläche (4) und derselben Ebene (p) ist. The invention relates to the construction of compressors. The impeller contains a base plate (1), according to which the angle (β) between its inner surface (5) and the plane (p), which is perpendicular to the axis of rotation (0-0) of the impeller, by 0.5-1 ° is greater than the angle (a) between its outer surface (4) and the same plane (p).
Description
Die Erfindung bezieht sich auf den Verdichterbau, insbesondere betrifft sie die Laufräder von Radialverdichtern.The invention relates to compressor construction, in particular it relates to the impellers of radial compressors.
Bekannt ist ein Laufrad für Radialverdichter, das eine Grundscheibe, die zylindrische Laufschaufeln und eine Deckscheibe enthält. Der Blechteil der Grundscheibe hat eine Innen- und eine Aussenfläche, deren Erzeugenden unter verschiedenem Winkel zur Ebene geneigt sind, die zur Drehachse des Laufrades normal verlauft (siehe z.B. V.F.Ris "Tsentrobezhnye kompressornye mashiny", Verlag M.-L. Mashinostroenie, 1964, S. 10, 265).Known is an impeller for radial compressors, which contains a base plate, the cylindrical blades and a cover plate. The sheet metal part of the base plate has an inner and an outer surface, the generators of which are inclined at different angles to the plane which is normal to the axis of rotation of the impeller (see, for example, VFRis "Tsentrobezhnye kompressornye mashiny", publisher M.-L. Mashinostroenie, 1964, Pp. 10, 265).
Die Grundscheibe des Laufrades besteht aus einem massiven Nabentragkörper und einem relativ dünnen Blechteil, wobei die Erzeugende der Innenfläche des Blechteils normal zur Drehachse verläuft und die Erzeugende der Aussenfläche des Blechteils der Grundscheibe zur Laufraddrehachse geneigt ist.The base plate of the impeller consists of a solid hub support body and a relatively thin sheet metal part, the generatrix of the inner surface of the sheet metal part extending normal to the axis of rotation and the generatrix of the outer surface of the sheet metal part of the base disc being inclined to the impeller axis of rotation.
Auf die Grundscheibe wirkt das Biegemoment von den Fliehkräften der Masse der in bezug auf die Scheibe unsymmetrisch gelagerten Schaufeln und das Biegemoment der unsymmetrisch verteilten Blechteilmassen, wobei die beiden Momente einseitig gerichtet sind und sich summieren.The bending moment from the centrifugal forces of the mass of the blades, which are mounted asymmetrically with respect to the disk, and the bending moment of the asymmetrically distributed sheet metal masses act on the base plate, the two moments being directed on one side and adding up.
Die Höchstspannungen entstehen hierbei im Scheibenquerschnitt, der sich nahe an der Befestigungsstelle der Scheibe mit den Schaufeln befindet. In demselben Querschnitt findet neben der Konzentration von Spannungen, die von der Befestigung der Schaufeln an der Scheibe herruhren, der intensivste Verschleiss und die Korrosionswirkung des Gasstromes statt. Alles das erfordert, dass eine hohe Bruchsicherheit gewährleistet und Materialien mit hohen mechanischen Eigenschaften verwendet werden. Deshalb werden im bekannten Laufrad für die Herstellung der Grundscheiben Schmiedestücke aus hochfesten Stählen angewendet.The maximum stresses arise in the disc cross-section, which is close to the attachment point of the disc with the blades. In the same cross-section, in addition to the concentration of stresses resulting from the attachment of the blades to the disc, the most intensive wear and tear and the corrosion effect of the gas flow take place. All of this requires that a high level of break resistance is guaranteed and materials with high mechanical properties are used. For this reason, forgings made of high-strength steels are used in the known impeller for the production of the base disks.
Die Verwendung von Schmiedestücken aus hochfesten Stählen für die Herstellung der Grundscheiben ist jedoch mit hohem Arbeitsaufwand und grossem Metallverbrauch für Halbzeuge verbunden. Die Benutzung von Walzmaterial bei der Herstellung von Grundscheiben wurde es ermöglichen, den Arbeitsaufwand und Metallbedarf beträchtlich herabzusetzen, aber das Walzmaterial hat niedrigere mechanische Eigenschaften, und es ist unmöglich, dieses in Rädern, die bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten arbeiten, bei V > 180 m/s, zu verwenden.The use of forgings from high strength However, steels for the production of the base disks involve a lot of work and a large amount of metal for semi-finished products. The use of rolling stock in the manufacture of base disks would have made it possible to reduce the labor and metal requirements considerably, but the rolling stock has lower mechanical properties and is impossible to do at V> 180 m / s in wheels operating at high peripheral speeds , to use.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Laufrad für Radialverdichter zu entwickeln, bei dem durch jeweilige konstruktive Ausführung der Oberflächen der Grundscheibe die letztere ein niedriges Spannungsniveau an der Befestigungsstelle der Schaufeln an der Scheibe aufweisen, was es ermöglichen wurde, ein Walzmaterial zur Herstellung der Grundscheibe anzuwenden.The present invention has for its object to develop an impeller for centrifugal compressors in which the respective design of the surfaces of the base plate means that the latter have a low stress level at the point of attachment of the blades to the plate, which would make it possible to produce a rolling material for the Base plate to apply.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass im Laufrad für Radialverdichter; das eine Grundscheibe enthält, die zylindrische Schaufeln und eine Deckscheibe trägt sowie eine Innen-und eine Aussenfläche des Blechteils aufweist, deren Erzeugenden unter verschiedenem Winkel zur Ebene, die normal zur Drehachse des Laufrades verläuft, geneigt sind, erfindungsgemäss derWinkel zwischen der Innenfläche des Blechteils der Grundscheibe und der zur Drehachse des Laufrades senkrechten Ebene um 0,5 - 1° grösser als der Winkel zwischen der Aussenfläche und derselben Ebene ist.The task is solved in that in the impeller for radial compressors; which contains a base plate, which carries cylindrical blades and a cover plate and has an inner and an outer surface of the sheet metal part, the generators of which are inclined at different angles to the plane which is normal to the axis of rotation of the impeller, according to the invention the angle between the inner surface of the sheet metal part of the Base plate and the plane perpendicular to the axis of rotation of the impeller is 0.5 - 1 ° larger than the angle between the outer surface and the same plane.
Bei der Arbeit solch eines Laufrades wird der Blechteil der Grundscheibe von der Fliehkraft der Eigenmasse und von der Fliehkraft eines Teils der Masse der Schaufeln beansprucht. Beim gewählten Unterschied zwischen den Neigungswinkeln der Erzeugenden der Innenfläche und der Aussenfläche des Blechteils hat seine Querschnittsmittellinie einen solchen Neigungswinkel zur Laufraddrehachse, dass die Wirkungen von Biegemomenten der Fliehkräfte der Eigenmasse des Blechteils und der Fliehkräfte eines Teils der Masse der Schaufeln entgegengerichtet sind. Das summarische Biegemoment, das auf den Blechteil wirkt, wird durch eine Differenz zwischen diesen Momenten und folglich den Spannungen in seinem gefährdeten Querschnitt bestimmt. Die Grösse der Differenz zwischen den Neigungswinkeln (0,5-1°) der Erzeugenden der Innen- und der Aussanfläche des Blechteils wird ausgehend von der Bedingung gewählt, minimale Spannungen im gefährdeten Querschnitt zu gewährleitsten. Durch die Verminderung der Beanspruchungen im Blechteil der Grundscheibe wird es möglich, Grundscheiben aus Walzmaterial herzustellen.When working with such an impeller, the sheet metal part of the base plate is subjected to the centrifugal force of its own mass and the centrifugal force of part of the mass of the blades. With the selected difference between the angles of inclination of the generatrix of the inner surface and the outer surface of the sheet metal part, its cross-sectional center line has such an angle of inclination to the axis of rotation of the impeller that the effects of bending moments of the centrifugal forces counteract the inherent mass of the sheet metal part and the centrifugal forces of part of the mass of the blades. The summary bending moment that acts on the sheet metal part is determined by a difference between these moments and consequently the stresses in its endangered cross section. The size of the difference between the angles of inclination (0.5-1 °) of the generatrices of the inside and outside surfaces of the sheet metal part is chosen on the basis of the condition of ensuring minimum stresses in the endangered cross section. By reducing the stresses in the sheet metal part of the base plate, it is possible to produce base plates from rolled material.
Nachstehend wird die Erfindung durch eingehende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels derselben unter Bezugnahme auf beigelegte Zeichnungen naher erläutert, wobei es zeigen:
- Fig. 1 einen Teil des erfindungsgemässen Laufrads, Längsschnitt,
- Fig. 2 Verläufe der Radial- und Tangentialspannungen der Innenfläche des Blechteils der Grundscheibe des erfindungsgemässen Laufrads und der Innenfläche des Blechteils der Grundscheibe eines bekannten Laufrads;
- Fig. 3 Kennlinien der Abhängigkeit der Spannungsgrössen im gefährdeten Querschnitt der Grundscheibe von der Differenz zwischen den Neigungswinkeln der Erzeugenden der Oberflächen der Grundscheibe zu der zur Drehachse senkrechten Ebene, nach der Erfindung.
- 1 shows a part of the impeller according to the invention, longitudinal section,
- 2 curves of the radial and tangential stresses of the inner surface of the sheet metal part of the base plate of the impeller according to the invention and the inner surface of the sheet metal part of the base plate of a known impeller;
- Fig. 3 characteristics of the dependency of the stresses in the endangered cross section of the base plate on the difference between the angles of inclination of the generatrix of the surfaces of the base plate to the plane perpendicular to the axis of rotation, according to the invention.
Das erfindungsgemässe Laufrad für Radialverdichter enthält eine Grundscheibe 1 (Fig. 1), die starr mit dieser verbundene, und zwar angeschweisste bzw. angelötete zylindrische Laufschaufeln 2 und eine Deckscheibe 3 tragt. Der Blechteil der Grundscheibe 1 weist eine Aussenfläche 4 und eine Innenfläche 5 auf, deren Erzeugenden zu einer Ebene p, die zur Drehachse 0-0 des Laufrads senkrecht verläuft, unter Winkeln α und β geneigt sind, worin α eine Winkel, gebildet von der Erzeugenden der Aussenfläche 4 und der zur Drehachse 0-0 des Laufrads normale Ebene p, und einen Winkel, gebildet von der Erzeugenden der Innenfläche 5 und derselben Ebene p, bedeuten. Dabei ist der Winkel β grösser als der Winkel α um 0,5-1°.The impeller according to the invention for radial compressors contains a base plate 1 (FIG. 1) which carries
In Fig. 1 sind bedingt der Aussendurchmesser D des Laufrads und die Breite b des Strömungsteils des Laufrads am Austritt des Stromes bezeichnet.In Fig. 1, the outer diameter D of the impeller and the width b of the flow part of the impeller at the outlet of the stream are designated conditionally.
Bei Drehung des Laufrads ist ein Biegemoment M1, das von den Fliehkräften F1, F2, ... Fi der Eigenmasse des Blechteils der Grundscheibe 1 herrührt, nach der Seite . der Innenfläche 5 und ein Biegemoment M2 der (in der Zeichnung nicht angedeuteten) Fliehlkräfte der Masse der Schaufeln 2 nach der Seite der Aussenfläche 4 gerichtet, wobei das summarische Biegemoment der Differenz der Werte der Momente M1 und M2 gleich sein wird.When the impeller rotates, a bending moment M 1 , which results from the centrifugal forces F 1 , F 2 ,... F i, of the dead weight of the sheet metal part of the
In Fig. 2 sind Verlaufe radialer G'r und und tangentialer Gr und G'τ (Umfangs-)spannungen der lnnenfläche 5 des Blechteils der Grundscheibe 1 des Laufrads gezeigt. Dabei sind mit ausgezogenen Linien die Spannungen Gi und Gτ im erf_indungsgemässen Laufrad und mit gestrichelten Linien G'p und G'τ in einem bekannten Laufrad dargestellt. In der Grundscheibe 1 des erfindungsgemässen Laufrads sind die Spannungen Gr und G'τ beträchtlich geringer (um 30-50%) als die Spannungen G'r und G'τ in der Grundscheibe des bekannten Laufrads.2 shows courses of radial G ' r and and tangential G r and G' τ (circumferential) stresses of the
In Fig. 3 sind die sich experimentell ergebenden Ab- hängigkeiten der Werte maximaler Spannungen Grmax und Gτmax der Innenflache 5 in der Grundscheibe 1 von der Differenz der Winkel (ß - α ) dargestellt. Diese Abhängigkeit ist für zwei Grenzwerte des Verhältnisses der Breite b des Strömungsteils am Austritt des Laufrads zum Aussendurch:- messer D des Laufrades gezeigt. Die Kurve 6 entspricht
Technisch-ökonomische Wirksamkeit debei der Anwendung der vorliegenden Erfindung besteht in der Herabsetzung der Beanspruchungen der Grundscheibe, was die Nabenstärke zu vermindern und für ihre Herstellung anstatt Schmiedestücke Walzmaterial zu verwenden, erlaubt, wodurch der Metallverbrauch und Arbeitsaufwand bei der Herstellung verringert werden.Technological-economic effectiveness in the application of the present invention is to reduce the stresses on the base plate, which allows the hub thickness to be reduced and rolled material to be used instead of forgings, thereby reducing the metal consumption and labor involved in the manufacture.
Die vorliegende Erfindung kann am erfolgreichsten in den Laufrädern von Hochdruck-Radialverdichtern geschlos- senen Typs mit einseitigem Einsaugen Anwendung finden.The present invention can most successfully in the wheels of high pressure centrifugal compressors - circuited Senen type with unilateral sucking apply.
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