IT9021314A1 - Compressore centrifugo - Google Patents

Description

"Compressore centrifugo"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce alla costruzione dei compressori e, più precisamente, a un compressore centrifugo.

Con maggiore vantaggio la presente invenzione può essere impiegata nei compressori centrifughi ad alta velocità, aventi velocità elevate di circolazione del mezzo operativo compresso nella camera anulare di accumulo e nel condotto di uscita. Tali compressori possono essere impieti per il pompaggio dei gas nei gasdotti, negli impianti tecnologici per il trattamento del petrolio e del gas, per effettuare il soffiaggio negli altiforni ed alimentare l'aria nei blocchi di separazione dell'aria, nonché in altri settori.

Attualmente, in seguito al sempre più crescente uso dei compressori nei processi tecnologici di produzione sia tradizionali, sia di nuova elaborazione, nella pratica mondiale di costruzione dei compressori esiste il problema mettere a punto un compressore economico in un vasto intervallo di variazione della produttività ed affidabile in esercizio.

Un compressore centrifugo comprende di solito un corpo e una girante, un diffusore, uno spazio anulare a valle del diffusore e una camera anulare di accumulo, situati successivamente nel corpo. Lo spazio anulare a valle del diffusore e la camera anulare di accumulo sono limitati dalla superficie interna cilindrica della parete del corpo. La camera di accumulo comunica con lo spazio anulare a valle del diffusore tramite un interstizio circolare. Il compressore è dotato di un condotto di uscita tangenziale, la cui cavità interna costituisce la continuazione della camera anulare di accumulo e dello spazio anulare a valle del diffusore nella direzione tangenziale, con ciò, la superficie interna della parete del condotto di uscita e quella cilindrica interna del corpo formano una così detta "lingua" .

In un tale compressore la maggior parte dell'ambiente compresso, dopo il diffusore tramite l'interstizio circolare che fa comunicare lo spazio anulare a valle del diffusore con la camera anulare di accumulo, viene orientata in quest'ultima e nel condotto di uscita, mentre la parte minore dell'ambiente compresso dopo il diffusore e lo spazio anulare a valle del diffussore viene direttamente orientata nel condotto di uscita. Il vantaggio di tale metodo di evacuazione dell'ambiente compresso dal compressore centrifugo è la diminuzione dell'effetto dinamico di ritorno del flusso di ambiente compresso nella camera anulare di accumulo e nel condotto di uscita sul funzionamento degli elementi precedenti, cioè del diffusore e della girante. Ciò riduce la probabilità delle loro rotture di fatica nel corso di esercizio della macchina.

Però la consistenza di detto vantaggio è persa a causa del carattere complesso della corrente di ambiente compresso nella regione di disposizione del foro d'entrata del condotto d'uscita, attraverso il quale comunicano con esso 10 spazio a valle del diffusore e la camera anulare di accumulo. Nella regione di questo foro 11 movimento dei flussi nello spazio a valle del diffusore, della camera anulare di accumulo e del condotto di uscita non è concorde. La velocità e la direzione di moto nel piano radiale del flusso uscente dallo spazio a valle del diffusore, nella regione del foro d'entrata del condotto di uscita, differiscono sostanzialmente dalla velocità e dalla direzione di moto nel piano radiale del flusso che esce dalla camera anulare di accumulo. Inoltre, il flusso passante attraverso l'interstizio circolare dallo spazio a valle del diffusore nella camera anulare di accumulo ha una componente assiale/traversale della velocità, orientata nella regione del foro d'entrata del condotto perpendicolarmente al movimento del flusso nella camera anulare di accumulo. Tutto ciò, in primo luogo, provoca alte perdite di energia dovute alla formazione di vortici nella zona del foro d'entrata del condotto, il cbè abbassa sostanzialmente il rendimento del compressore. In secondo luogo, sorgono zone stagnanti nella regione della sezione iniziale della camera anulare di accumulo, cioè della sezione trasversale di detta camera accanto alla "lingua", essendo dette zone dovute alla formazione di vortici ed allo spostamento dei flussi. Le zone stagnanti rendono non efficiente una parte del volume della camera anulare di accumulo e provocano perdite supplementari a causa dell'aumento della velocità media del flusso nella camera anulare di accumulo, il che abbassa ancor di più il rendimento del compressore. In terzo luogo, le zone stagnanti, restringendo le sezioni vive dello spazio anulare a valle del diffusore, della camera anulare di accumulo e del condotto di uscita, alterano la simmetria del flusso rispetto all’asse della girante del compressore e provocano lo scostamento dei parametri del flusso da quelli calcolati. Questo fatto limita la zona di esercizio economico del compressore, cioè riduce l'intervallo di variazione della sua produttività, nel quale viene assicurato il suo funzionamento economico, abbassa ancor di più il rendimento e crea effetti dinamici di ritorno sul funzionamento della girante e del diffusore, il che può causare rotture di fatica degli ultimi, cioè riduce l'affidabilità di esercizio del compressore. Inoltre, a causa dell'aumento delle velocità medie del flusso nello spazio anulare a valle del diffusore e nella camera anulare di accumulo, aumentano lè perdite d'urto dovute al contatto del flusso con la "lingua", il che a sua volta abbassa il rendimento del compressore e restringe la zona del suo valoro economico.

Infine, in tale compressore, una parte del flusso compie la ricircolazione nella camera anulare di accumulo. Sull'intensità del flusso ricircolante e sulla massa del mezzo operativo ricircolante hanno una grande influenza le zone vorticose situate nella regione del foro d'entrata del condotto. Le zone vorticose ostacolano il passaggio di una certa parte del flusso dalla camera anulare di accumulo nel condotto di uscita, obbligando questa parte di flusso a compiere un movimento circolare ripetuto nella camera anulare di accumulo, cioè intorno all'asse di rotazione della girante. Ciò limita la zona di funzionamento economico del compressore e abbassa ancor di più il suo rendimento.

I tentativi di migliorare il rendimento, di allargare la zona di funzionamento economico e di escludere l'effetto dinamico di ritorno della camera anulare di accumulo sul funzionamento del diffusore e della girante hanno portato alla messa a punto di una struttura di compressore centrifugo, nel quale, nella camera anulare di accumulo, è montata una nervatura, trovantesi nel piano tangente alla "lingua" ed alla superficie cilindrica, che determina il diametro interno della camera anulare di accumulo. La nervatura separa la parte iniziale della camera anulare della sua parte di uscita. Nel resto l'esecuzione di questo compressore è analogo all'esecuzione del compressore sopra descritta.

L'impiego di una tale nervatura permette di abbassare sostanzialmente l'intensità di ricircolazione e la massa del flusso ricircolante nella camera anulare, e questo riduce le perdite di energia per la ricircolazione, cioè per il movimento circolare di una certa parte del flusso nella camera.

Allo stesso tempo il vantaggio ottenuto in detta struttura di compressore è compromesso dalla complicazione del carattere di circolazione dell'ambiente compresso nella regione del foro d'entrata del condotto d'uscita, dovuta al montaggio della nervatura. Il peggioramento più sensibile dell'andamento della corrente ha luogo nelle zone situate a monte ed a valle della nervatura nella direzione di movimento del flusso nella camera anulare di accumulo. In queste zone i flussi nel diffusore, nello spazio anulare a valle del diffusore, nella camera anulare e nel condotto d'uscita differiscono particolarmente gli uni dagli altri per quanto riguarda le velocità e le direzioni di movimento. La velocità e la direzione di movimento del flusso uscente dal diffusore e dallo spazio anulare a valle del diffusore nel senso della camera anulare e del condotto di uscita, differiscono in più grande misura dalla velocità e dalla direzione del flusso che esce da detta camera anulare nel senso del condotto d'uscita, di quanto aveva luogo nel caso dell'assenza della nervatura. Inoltre, è pure conservata la componente assiale della velocità del flusso passante attraverso l'interstizio circolare a partire dallo spazio a valle del diffusore nel senso della camera anulare, orientata nella regione del foro d'entrata del condotto perpendicolarmente al moto del flusso nella camera anulare. Tutto ciò causa notevoli perdite di energia per la formazione di vortici, il che riduce il rendimento del compressore. Oltre a ciò, la nervatura forma una zona stagnante stabile situata a valle della nervatura nella direzione di moto del flusso in detta camera anulare, il che non consente alla parte iniziale della camera di operare efficacemente e crea perdite supplementari in seguito all'aumento della velocità media del flusso in detta camera anulare e nello spazio anulare a valle del diffusore. Nei compressori ad alta velocità le zone stagnanti condizionate dalla presenza della nervatura, in primo luogo, restringono la sezione viva dello spazio anulare a valle del diffusore e della camera anulare, alterano la simmetria del flusso uscente dal diffusore, rispetto all'asse della girante e provocano lo scostamento dei parametri del flusso da quelli calcolati. I fattori summenzionati condizionati dalla presenza della nervatura, abbassano il rendimento del compressore, limitano l'intervallo del suo funzionamento economico ed esercitano una sollecitazione dinamica sulla girante e sugli elementi del diffusore, che può portare rotture di fatica dei particolari.

Alla base dell'invenzione è posto il compito di provvedere un compressore centrifugo, la cui struttura permetta di ridurre nettamente la turbolenza nella regione del foro d'entrata del condotto di uscita e di escludere in questa regione la formazione di zone stagnanti e, con ciò, di elevare il rendimento del compressore, di allargare la zona del suo funzionamento economico e di aumentare la sua affidabilità in esercizio.

Il compito posto viene risolto in modo che nel compressore centrifugo, comprendente un corpo, un condotto di uscita, una girante, un diffusore, uno spazio anulare a valle del diffusore, limitato dalla superficie cilindrica interna della parete del corpo, ed una camera anulare di accumulo limitata dalla superficie interna cilindrica della parete del corpo e comunicante con lo spazio anulare a valle del diffusore mediante un interstizio anulare, da ciò che la cavità interna del condotto costituisce la continuazione della camera anulare summenzionata e dello spazio anulare a valle del diffusore nella direzione tangenziale, mentre la superficie interna della parete del condotto di uscita e la superficie interna cilindrica della parete del corpo formano una "lingua", secondo l'invenzione, nella cavità interna del condotto d'uscita è montato un tramezzo longitudinale, una parte del quale entra nell'interstizio anulare tra lo spazio anulare a valle del diffusore e la camera anulare di accumulo e separa quest'ultimi nella regione della loro coniugazione con il condotto d'uscita, con ciò, la parte della cavità interna del condotto situata da un lato del tramezzo longitudinale, costituisce la continuazione dello spazio anulare a valle del diffusore, mentre la parte della cavità interna del condotto d'uscita situata dall'altro lato del tramezzo longitudinale, costituisce la continuazione della camera anulare di accumulo .

Tale esecuzione costruttiva del compressore aumenta il rendimento del compressore in tutti i regimi del suo funzionamento, in quanto riguarda la produttività da quella minima a quella massima, specialmente nel caso di un compressore ad alta velocità, allarga la zona di funzionamento economico ed abbassa essenzialmente l'effetto dinamico di ritorno del flusso nella regione del foro d'entrata del condotto influenzante il funzionamento della girante e del diffusore, il che eleva l'affidabilità d'esercizio del compressore.

L'aumento del rendimento del compressore si ottiene in seguito alla riduzione notevole dell'intensità della turbolenza nella regione del foro d'entrata del condotto d'uscita, il che è diventato possibile grazie alla separazione con il tramezzo longitudinale dello spazio anulare a valle del diffusore dalla camera anulare nella regione della loro coniugazione con il condotto d'uscita. Con ciò, vengono anche assicurate tali condizioni di corrente, nelle quali le differenze dei valori delle velocità e delle direzioni di movimento dei flussi da ogni lato del tramezzo, non influiscono sulle caratteristiche del flusso nella regione del foro d'entrata del condotto d'uscita, siccome i flussi dai diversi lati del tramezzo non si mescolano più tra di loro e non influiscono l'uno sull'altro. La zona di mescolamento è riportata ora oltre il margine del tramezzo dalla parte della sezione d'uscita del condotto dove i flussi da ogni lato del tramezzo hanno velocità e direzioni uguali, con ciò, queste velocità hanno un valore minore di quelle nello spazio anulare a valle del diffusore e della camera anulare.

Inoltre, l'aumento supplementare del rendimento viene ottenuto sia in seguito all'esclusione delle zone stagnanti, condizionate dalla turbolenza e dal mescolamento dei flussi nella regione della sezione iniziale della camera anulare di accumulo, cioè nel piano della sezione trasversale della camera nella vicinanza della "lingua", che in seguito all'esclusione delle cosiddette zone stagnanti nascoste, dovute nella struttura nota del compressore alla presenza della nervatura nella sezione iniziale della camera anulare. L'esclusione delle zone stagnanti assicura la conservazione del valore della sezione viva della camera nella regione della sua sezione trasversale nella vicinanza della "lingua" e previene l'aumento della velocità media del flusso in detta camera anulare. La riduzione brusca dell'intensità della turbolenza e l'esclusione delle zone stagnanti assicurano la simmetria del flusso uscente dal diffusore, rispetto all'asse della girante, ed eliminano le cause che provocano la deviazione dei parametri effettivi del flusso da quelli calcolati. L'ultimo aumenta ancor di più il rendimento del compressore, allarga la zona del suo funzionamento economico e previene l'effetto dinamico di ritorno sulla girante e sul diffusore a palette, il che eleva la sicurezza d'esercizio del compressore.

E' opportuno che i margini contrapposti del tramezzo longitudinale, nella sua parte che entra nell'interstizio circolare che fa comunicare lo spazio anulare a valle del diffusore con la camera anulare d'accumulo, abbiano degli smussi, con ciò, il margine trovantesi dal lato della "lingua", ha uno smusso dal lato dello spazio anulare a valle del diffusore, mentre il margine trovantesi dal lato opposto ha uno smusso dalla parte della camera anulare d'accumulo.

Tale realizzazione del compressore, in primo luogo, assicura l'unione graduale, cioè senza perdite marginali e perdite dovute ai vortici, del flusso che esce dallo spazio anulare a valle del diffusore nella regione della "lingua", al flusso che recircola nella camera anulare di accumulo, dato che il bordo del tramezzo si assottiglia gradualmente nella direzione di moto del flusso, che lo lambisce. In secondo luogo, tale realizzazione costruttiva del compressore permette di escludere le perdite di urto all'affluire del flusso che esce dallo spazio anulare a valle del diffusore in detta camera anulare, dato che avviene l'aumento graduale dello spessore del bordo nella direzione di movimento del flusso affluente. Tutto questo aumenta il rendimento del compressore, allarga la zona del suo funzionamento economico, esclude l'effetto dinamico di ritorno del flusso sulla girante e sul diffusore a palette e rende maggiore l'affidabilità d'esercizio del compressore.

Il margine del tramezzo longitudinale dal lato della sezione di uscita del condotto di uscita, deve essere situato in modo che nel posto di disposizione di questo margine l'area della sezione trasversale della parte della cavità interna del condotto d'uscita, che costituisce la continuazione della camera anulare, sia maggiore di 3-6 volte dell'area della sezione trasversale della parte della cavità interna del condotto d'uscita, costituente la continuazione dello spazio anulare a valle del diffusore.

Tale esecuzione costruttiva del compressore permette di assicurare l'uguaglianza delle velocità dei flussi uscenti dallo spazio anulare a valle del diffusore e dalla camera anulare d'accumulo nel piano della sezione traversale del condotto, nel quale si trova l'estremità d'uscita del tramezzo.

Ciò riduce le perdite dovute ai vortici, il che eleva il rendimento del compressore.

E' opportuno che la parte della superficie interna della parete del condotto di uscita, che insieme alla superficie interna cilindrica della parete del corpo, forma la parte della "lingua" situata di fronte allo spazio anulare a valle del diffusore, sia tangente alla traettoria di movimento dell'ambiente compresso sul tratto che si estende dal diffusore a questa parte della "lingua".

Tale esecuzione della "lingua" permette di assicurare il suo lambire graduale da parte del flusso che arriva dallo spazio anulare a valle del diffusore. Questo esclude le perdite di energia all’urto, riduce l'intensità della turbolenza esclude le zone stagnanti nella regione della "lingua" , il che a sua volta eleva il rendimento del compressore, allarga la zona del suo funzionamento economico , diminuisce 1 'effetto dinamico di ritorno della "lingua" sul lavoro della girante e del diffusore a palette.

E' conveniente, che il diffusore sia eseguito sotto forma di un diffusore a palette, e la parte della superficie interna della parete del condotto di uscita, che forma insieme alla superficie interna cilindrica della parete del corpo, la parte della "lingua" disposta di fronte allo spazio anulare a valle del diffusore, si trovi in un piano situato ad un angolo uguale a quello di uscita delle palette del diffusore, rispetto al piano tangente alla superficie cilindrica determinante il diametro esterno del diffusore, attraverso la linea di intersezione di detta superficie cilindrica con il piano, nel quale si trova la parte indicata della superficie interna della parete del condotto di uscita.

Tale esecuzione costruttiva del compressore permette di ottenere il lambire graduale della "lingua" da parte del flusso affluente dallo spazio anulare a valle del diffusore, quando l'ultimo è provvisto di palette montate ad un angolo prestabilito, le quali formano i canali del diffusore.

Questo esclude le perdite di energia per urto e la turbolenza nella regione della "lingua", il che eleva il rendimento del compressore, allarga la zona del suo funzionamento economico e riduce l'effetto dinamico di ritorno sul funzionamento del diffusore a palette, cioè eleva l'affidabilità d'esercizio del compressore.

Infine, è opportuno che la parte della superficie interna della parete del condotto e la parte della superficie interna cilindrica della parete del corpo, che formano quella parte della "lingua", che è disposta di fronte alla camera anulare d'accumulo, siano coniugate con una curva a raggio pari a/0,2-0,4/ V’S, dove S è l'area della sezione d'uscita del condotto.

Una tale esecuzione costruttiva del compressore permette di assicurare il lambire graduale della "lingua" da parte del flusso, che affluisce dalla camera anulare d'accumulo, e diminuisce la quantità del flusso che compie la ricircolazione. Questo fatto esclude le perdite di energia dovute all'urto ed alla turbolenza nella regione della parte della "lingua", disposta di fronte alla camera anulare d'accumulo, e diminuisce l'energia usata per la ricircolazione del flusso nella camera anulare d'accumulo.

Come conseguenza, aumenta ancor di più il rendimento del compressore, si allarga la zona del suo funzionamento economico e cresce l'affidabilità d'esercizio.

L'invenzione viene chiarita dalla descrizione dettagliata di un esempio concreto della sua realizzazione, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

la figura 1 mostra schematicamente un compressore centrifugo secondo l'invenzione, sezione parziale longitudinale;

la figura 2 è una sezione lungo la linea II-II della figura 1;

la figura 3 è una sezione lungo la linea III-III della figura I;

la figura 4 è una sezione lungo la linea IV-IV della figura 2;

la figura 5 è una vista lungo la freccia C della figura 2

la figura 6 mostra in scala ingrandita la parte della sezione mostrata nella figura 3;

la figura 7 mostra una sezione lungo la linea VII-VII della figura 6;

la figura 8 mostra in scala ingrandita l'altra parte della sezione mostrata nella figura 3;

la figura 9 è una sezione lungo la linea IX-IX della figura 8.

In conformità con le figure 1-6 il compressore centrifugo comprende un corpo 1 ed una girante 2, un diffusore a palette 3 ed una camera anulare d'accumulo 4, disposti nel corpo 1 in successione. Il diffusore 3 ha una moltitudine di palette 5 (figura 2), situate uniformemente tra una superficie cilindrica 6 determinante il diametro interno del diffusore 3 ed una superficie cilindrica 7, che determina il suo diametro esterno. Le superfici 6 e 7 sono mostrate nella figura 2 con linee a tratti e punti. A valle del diffusore 3 (figure 1-6)c'è uno spazio anulare 8. La camera anulare d'accumulo 4 e lo spazio anulare 8 sono limitati dalla superficie interna cilindrica 9 della parete del corpo 1. La camera anulare d'accumulo 4 è separata dal diffusore 3 ed in parte dallo spazio anulare 8 mediante un tramezzo circolare radiale 10. Lo spazio anulare 8 comunica con la camera 4 tramite un interstizio anulare 11 tra il margine esterno 1Oa del tramezzo 10 e la superficie 9.

Il compressore è provvisto di un condotto d'uscita 12, eseguito in un tutt'uno con il corpo 1. La cavità interna del condotto 12 comunica con la camera anulare d'accumulo 4 e con lo spazio anulare 8 a valle del diffusore 3, costituendone la continuazione in direzione longitudinale. La superficie interna della parete del condotto d'uscita 12 e quella cilindrica 9 della parete del corpo 1 formano una "lingua", avente due parti che hanno una forma diversa, cioè una parte 13a , situata di fronte allo spazio anulare 8, ed una parte 13b, trovantesi di fronte alla camera anulare d'accumulo 4.

Nella cavità del condotto 12 è montato un tramezzo longitudinale 14. Una parte del tramezzo 14 entra nell'intervallo circolare il tra 10 spazio anulare 8 e la camera 4, separando lo spazio 8 e la camera 4 uno dall'altra sul tratto della loro coniugazione con il condotto 12.

11 tramezzo 14 è montato in modo, che la parte 15 della cavità interna del condotto 12, situata da un lato del tramezzo 14, costituisce la continuazione tangenziale dello spazio anulare 8, mentre l'altra parte 16, situata dall'altro lato del tramezzo 14, costituisce la continuazione tangenziale della camera anulare d 'accumulo 4

La parte del tramezzo 14 che entra nell'interstizio anulare 11, ha un margine allungato 14a passante lungo il margine 10a del tramezzo radiale 10, e due margini corti 14b e. 14c , aderenti al margine 14a dalle parti opposte, con ciò, il margine 14b si trova dal lato della "lingua" I3a, 13b, ed il margine 14c si trova dalla parte opposta. Tra il margine 14a del tramezzo 14 e quello 10a del tramezzo 10 è montata una guarnizione 17, eseguita, p.e., in gomma.

Il margine 14d del tramezzo 14 dal lato della sezione d'uscita 18 del condotto 12 è situato in modo che nel posto, dove si trova il margine 14d, l'area della sezione trasversale della parte 16 della cavità interna del condotto 12 supera 3-6 volte l'area della sezione trasversale della parte 15 della sua cavità interna. A questo scopo, il tramezzo 14 è incurvato nel senso della parte 15 della cavità interna del condotto 12. E’ da notare, però, che la forma concreta del tramezzo 14 dipende dalla forma del condotto d'uscita 12, in altri termini, sono possibili casi nei quali per l'ottenimento del rapporto indicato delle aree delle sezioni trasversali delle parti 15 e 16, il tramezzo 14 può essere eseguito piano oppure incurvato verso la parte 16.

La parte della superficie interna della parete del condotto 12, la quale con la superficie interna 9 della parte del corpo 1 forma la parte 13a della "lingua", si trova in un piano P (figura 2), la cui posizione viene determinata dall'angolo oCd'uscita delle palette 5 del diffusore 3. Il piano P è situato in modo che l'angolo tra di esso e il piano Q, tangente alla superficie cilindrica 7 attraverso la linea d'intersezione di detta superficie con il piano P, è uguale all'angolo d'uscita delle palette 5. Con ciò, la porzione 13a della "lingua" ha una forma appuntita. A differenza di ciò, la porzione 13b (figure 3 e 6) della lingua ha una forma arrotondata. Il raggio di curvatura della porzione 13b della "lingua" cioè il raggio R della curva, che coniuga la parte della superficie interna della parete del condotto 12 con la parte della superficie interna 9 della parete del corpo 1, viene scelto in conformità al rapporto

R = 0,2 - 0,4 V3⁄4.

dove S è l'area della sezione d'uscita 18 del condotto 12. La porzione arrotondata 13b della "lingua in scala ingrandita è mostrata nella figura 6.

Come si può vedere nelle figure 6-9, i margini 14b e 14c del tramezzo 14 hanno rispettivamente degli smussi 19, 20. Lo smusso 19 sul margine 14b è eseguito dal lato dello spazio anulare 8, e lo smusso 20 sul margine 14c si trova dal lato dalla camera anulare d'accumulo 4.

Nel corso del funzionamento del compressore centrifugo, la girante 2 viene messa in rotazione ed è alimentato nel diffusore 3 il gas compresso. Il gas passa tra le palette 5 del diffusore 3 nella direzione della superficie 6 della superficie 7 ed esce nello spazio anulare 8 a valle del diffusore 3. L'angolo d'uscita del flusso di gas in ogni punto della superficie 7 è uguale all'angolo d'uscita delle palette 5 del diffusore 3-Dallo spazio anulare 8, una parte relativamente piccola di gas, arriva direttamente nella cavità interna del condotto 12. La parte principale di gas proveniente dallo spazio 8, attraverso l'interstizio anulare 11, entra nella camera 4. Di solito, il volume della parte di gas che entra nella camera 4, supera di 3-6 volte il volume di gas entrante nel condotto 12 direttamente dallo spazio anulare 8. Dalla camera 4, la porzione principale di gas viene alimentata nella cavità interna del condotto 12. Una piccola parte di gas nella camera 4 scorre oltre il foro d'entrata del condotto 12 e continua a circolare in movimento circolare, rimanendo nella camera 4 e formando il cosiddetto flusso ricircolanze .

Grazie alla presenza del tramezzo longitudinale 12, separante lo spazio anulare 8 e la camera 4 uno dall’altra, sul tratto della loro coniugazione con il condotto 12, il gas si dirige nel condotto 12 in due flussi A e B (figura 4). Il flusso A passa dallo spazio anulare 8 nella parte 15 della cavità interna del condotto 12. La struttura del flusso A viene illustrata da linee convenzionali "a - a" mostrate nella figura 2. Il flusso passante dallo spazio anulare 8 nella camera 4, là dove si trova la "lingua" 13a, I3b, è mostrato da una linea "a - b". Il flusso B passa dalla camera 4 alla porzione 16 della cavità interna del condotto 12. La struttura del flusso viene illustrata con linee "b - b", mostrate nella figura 3- Il flusso ricircolante nel posto dove si trova la lingua 13a, 13b è mostrato con una linea "b - c".

Il carattere di movimento del flusso A viene determinato dalla posizione delle palette 5 del diffusore 3, mentre il carattere del flusso B è determinato dalla rotazione del flusso nella camera 4 nei piani meridionali e radiali. Perciò le velocità e le direzioni delle componenti, che formano i flussi A e B, nella regione del foro d'entrata del condotto 12, attraverso il quale l'ultimo comunica con lo spazio anulare 8 e la camera d’accumulo anulare 4, differiscono nettamente tra di loro. Infatti, essendo i flussi A e B separati uno dall'altro dal tramezzo 14, essi non si mescolano e non influiscono uno sull'altro. Ciò permette di ridurre la formazione di vortici nella regione del foro d'entrata del condotto 12, condizionata nelle strutture note dall'interazione dei flussi che arrivano nel condotto di uscita dallo spazio a valle del diffusore dalla camera anulare d'accumulo.

L'interazione dei flussi A e B che arrivano nel condotto di uscita 12 dallo spazio 8 a valle del diffusore 3 e dalla camera 4, nella struttura rivendicata ha luogo fuori del margine I4d del tramezzo 14, trovantesi dal lato della sezione d'uscita 18 del condotto 12. Qui i flussi A e B si uniscono uno all'altro, avendo velocità e direzioni uguali. Dette velocità hanno un valore più basso, che nello spazio anulare 8 e nella camera anulare 4, il che esclude la formazione di vortici nella zona di interazione dei flussi A e B.

Inoltre, il tramezzo longitudinale 14 previene il sorgere nella regione del foro d'entrata del condotto 12 di un flusso trasversale attraverso l'interstizio anulare 11.

Grazie a ciò viene prevenuta la repulsione del flusso "b - c" sotto l'effetto del flusso trasversale orientato dal tramezzo radiale 10 nella profondità della camera 4, ed anche si previene l'aumento dalla velocità media dei flussi "b - b" e "c - c", il quale provoca perdite supplementari di energia.

L'esclusione dell'interazione dei flussi A e B nella regione del foro d'entrata del condotto 12 e l'evitare dell'apparizione di un flusso trasversale, permette di abbassare notevolmente l'intensità della formazione dei vortici nella zona del foro d'entrata del condotto 12, il che riduce le perdite di energia e, con ciò aumenta il rendimento del compressore.

Inoltre, la riduzione dell'intensità della turbolenza e l'esclusione dello spostamento dei flussi nella zona del foro d'entrata del condotto 12, prevengono l'apparizione delle zone stagnanti nella regione della sezione iniziale della camera anulare d'accumulo 4, cioè della sezione trasversale di questa camera nella vicinanza della parte 13b della "lingua". La sezione iniziale della camera 4 coincide pressappoco con il piano IV-IV, indicato nella figura 2. L'esclusione delle zone di stagnazione previene la diminuzione delle sezioni vive della camera 4 nella zona della sua sezione iniziale e, con ciò, l'aumento della velocità media dei flussi A e B nello spazio 8 e nella camera 4. Questo rende maggiore il rendimento del compressore ed esclude l'alterazione della simmetria dei flussi nello spazio 8 e nella camera 4 rispetto all'asse della girante 2. Di conseguenza viene assicurata la coincidenza dei parametri effettivi e calcolati dei flussi nella girante 2, nel diffusore 3 e nella camera, il che allarga la zona di funzionamento economico del compressore ed esclude l'effetto dinamico di ritorno sul lavoro della girante 2 e del diffusore 3, cioè eleva l'affidabilità d'esercizio del compressore. Inoltre, il tramezzo 14, a differenza della nervatura usata nella struttura nota summenzionata del compressore, non crea zone di stagnazione nascoste, le quali sono capaci di peggiorare sostanzialmente il funzionamento del compressore.

Come è stato spiegato sopra, nel posto di disposizione del margine 14d del tramezzo 14, l'area della sezione trasversale della parte 16 delia cavità interna del condotto 12 è 3-6 volte maggiore dell'area della sezione trasversale della parte 1 5 della cavità interna del condotto 12. Con una tale sistemazione del tramezzo 14 si può livellare le velocità dei flussi A e B, uscenti dallo spazio 8 e dalla camera 4, nel piano della sezione di uscita 18 del condotto 12 e, con ciò, ridurre al minimo le perdite dovute alla turbolenza durante il mescolamento dei flussi A e B. Questo è condizionato dal fatto, che nella porzione 15 della cavità interna del condotto 12, arriva solo una quantità insignificante di gas proveniente dallo spazio anulare 8. La quantità di questo gas viene determinata dalla quantità di canali tra le palette 5 del diffusore 3, aperti nel senso della porzione 15 della cavità interna 12. Di solito, il numero di questi canali aperti varia da 3 a 5· Gli altri canali tra le palette 5 del diffusore 3 orientano il gas nella camera 4 attraverso l'interstizio anulare 11. D'abitudine il numero di questi canali va da 15 a 18. In tal modo, la quantità di gas diretto dallo spazio 8 nella camera 4, in dipendenza dalla struttura concreta del compressore, può essere di 3-6 volte maggiore della quantità di gas orientato direttamente dallo spazio 8 nel condotto 12. Le linee "a - a" della corrente del flusso A, arrivante nel condotto 12 dallo spazio anulare 8 hanno nella zona del foro d'entrata del condotto 12 delle direzioni'precisamente determinate, prestabilite dalle palette 5 del diffusore 3. Queste direzioni vengono determinate dall'angolo di uscita del gas dal diffusore 3, che è uguale all'angolo delle palette 5.

In tal modo, la linea "a -a" della corrente del flusso A, passante vicino alla superficie dalla porzione 13a della "lingua", formata dalla superficie interna del condotto 12, sarà, in sostanza, parallela al piano P, nel quale si trova la superficie summenzionata dalla porzione 13a della "lingua". Di conseguenza viene assicurato il lambire graduale della porzione 13a della "lingua" da parte del flusso proveniente dallo spazio anulare 8. Questo esclude le perdite di energia per urto, riduce l'intensità della turbolenza ed esclude le zone stagnanti nella regione della porzione 13a della "lingua", il che aumenta il rendimento del compressore, allarga la zona del suo funzionamento economico e riduce l'effetto dinamico di ritorno della porzione 13a della "lingua" sul lavoro della girante 2 e del diffusore 3.

A differenza di ciò, la direzione delle linee "b - b" della corrente del flusso B, che arriva nella cavità interna del condotto 12 dalla camera anulare d'accumulo 4 in vicinanze della parte 13b della "lingua", in sostanza non può essere calcolata, dato che la posizione del punto critico K del flusso affluente sulla porzione 13b della "lingua" non è nota. Perciò la forma arrotondata della porzione 13b della "lingua" è ottimale, siccome in questo caso la posizione del punto critico K influisce debolmente sul passaggio attorno alla porzione 13b della "lingua", da parte del flusso uscente dalla camera 4.

Il raggio R di curvatura della porzione 13b della "lingua" è opportuno sceglierlo tanto più grande, quanto più piccola è la velocità del flusso affluente su essa, siccome con la riduzione della velocità del flusso sono ridotte le perdite all'urto del flusso contro la superficie della porzione 13b della "lingua". La velocità del flusso affluente sulla parte 13b della "lingua" sarà tanto maggiore, quanto minore è l'area della sezione d'uscita 18 del condotto 12. Sperimentalmente è stabilito che le perdite minime di energia hanno luogo, quando il raggio R di curvatura della porzione 13b della "lingua" è pari a 0,2 Vs, dove S è l'area della sezione 18 del condotto 12. Se il raggio R è minore di 0,2 N/S, si verificano grandi perdite, condizionate dalla turbolenza se, invece, questo raggio è maggiore di 0,4 VS, hanno luogo alte perdite causate dall'urto del flusso contro la parte 13b della "lingua".

Il flusso di gas passante dallo spazio anulare nella camera 4 attraverso l'interstizio anulare 11, ha due componenti, una delle quali è diretta lungo la circonferenza e, l'altra è perpendicoare al pinao del tramezzo radiale 10. Il vettore sommario della velocità del flusso passante attraverso l'interstizio anulare 11, è diretto, in tale modo, ad angolo rispetto al piano del tramezzo radiale 10. Con ciò, la direzione del turbinio del flusso è tale, che quest'ultimo affluisce sul margine 14c della parte del tramezzo 14, entrante nell'interstizio anulare 11, muovendosi dalla parte dello spazio anulare 8 nella direzione della camera 4, ed esce dal margine 14b di questa parte del tramezzo 14, anche muovendosi dalla parte dell'interstizio anulare 11 nella direzione della camera 4.

In tal modo, lo smusso 20 eseguito sul margine 14c dal lato della camera 4, è situato lungo la direzione di movimento del flusso affluente, e lo smusso 19 praticato sul margine 14b dal lato dello spazio anulare 8, è situato lungo la direzione di movimento del flusso uscente. Questo rende possibile il lambire più graduale dei margini 14b e 14c da parte dei flussi affluente e uscente rispettivamente, cioè diminuisce le perdite d'urto sul margine 14c e le perdite di bordo sul margine I4b.

Il compressore centrifugo eseguito secondo l'invenzione e destinato per il pompaggio del gas naturale nei gasdotti, ha nel regime ottimale di funzionamento una velocità di rotazione dell'albero di 4800 giri/min ed una produttivita di 235 m /min ad una pressione iniziale del gas di 5,4 MPa ed una temperatura di partenza di 15°C. La pressione del gas uscente dal condotto, è pari a 7,7 MPa, la potenza assorbita è pari a 9600 kW, mentre il rendimento politropico raggiunge 86%. Con ciò, il compressore è caratterizzato da una larga zona di funzionamento economico e da un'alta affidabilità in esercizio.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1 . Compressore centrifugo, comprendente un corpo, un condotto di uscita e, disposti successivamente nel corpo, una girante, un diffusore, uno spazio anulare a valle del diffusore, limitato dalla superficie interna cilindrica della parete del corpo, ed una camera anulare d'accumulo limitata dalla superficie interna cilindrica della parete del corpo e comunicante con lo spazio anulare a valle del diffusore attraverso un interstizio anulare, con ciò, la cavità interna del condotto d'uscita costituisce la continuazione della camera d'accumulo anulare e dello spazio anulare a valle del diffusore nella direzione tangenziale, mentre la superficie interna della parete del condotto d'uscita e la superficie interna cilindrica della parete del corpo formano una "lingua", caratterizzato dal fatto che nella cavità interna del condotto d'uscita è montato un tramezzo longitudinale, una parte del quale entra nell'interstizio anulare tra lo spazio anulare a valle del diffusore e la camera anulare d'accumulo e separa quest'ultimi sul tratto della loro coniugazione con il condotto d'uscita, con ciò, la porzione della cavità interna del condotto d'uscita, situata da un lato del tramezzo longitudinale, costituisce la continuazione dello spazio anulare a valle del diffusore, mentre la porzione della cavità interna del condotto d'uscita, situata dall’altro lato del tramezzo longitudinale, costituisce la continuazione della camera anulare d'accumulo.
2. 2. Compressore centrifugo secondo la rivendicazione i, caratterizzato dal fatto che il margine del tramezzo longitudinale dal lato della sezione d'uscita del condotto è situato in modo che nel posto di disposizione di questo margine l'area della sezione trasversale della porzione della cavità interna del condotto d'uscita, che costituisce la continuazione della camera anulare d'accumulo, è di 3 - 6 volte maggiore dell’area della sezione trasversale della cavità interna del condotto d'uscita, costituente la continuazione dello spazio anulare a valle del diffusore.
3. 3. Compressore centrifugo secondo le rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto che la porzione della superficie interna della parete del condotto d'uscita, formante insieme alla superficie interna cilindrica della parete del corpo la parte della "lingua", situata di fronte allo spazio anulare a valle del diffusore, è tangente alla traettoria di movimento dell'ambiente compresso nel tratto che si estende dal diffusore a questa parte della "lingua".
4. 4. Compressore centrifugo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il diffusore è eseguito sotto forma di un diffusore a palette, e la porzione della superficie interna della parete del condotto di uscita, formante insieme alla superficie interna cilindrica della parete del corpo, la parte della "lingua" disposta di fronte allo spazio anulare a valle del diffusore, si trova in un piano situato ad un angolo uguale a quello di uscita delle palette del diffusore, rispetto al piano tangente alla superficie cilindrica che determina il diametro esterno del diffusore, attraverso la linea di intersezione di questa superficie cilindrica con il piano, nel quale si trova la detta porzione della superficie interna della parete del condotto d'uscita.
5. 5. Compressore centrifugo secondo qualsiasi rivendicazione 1-4, caratterizzato dal fatto che la porzione della superficie interna della parete del condotto d'uscita e la porzione della superficie interna cilindrica della parete del corpo, che formano la parte della "lingua", disposta di fronte alla camera anulare d'accumulo, sono coniugate con una curva a raggio di curvatura pari a /0,2-0,4/ V'S, dove S è l'area della sezione d'uscita del condotto d'uscita.
6. 6. Compressore centrifugo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i margini contrapposti del tramezzo longitudinale sulla sua porzione entrante nell'interstizio anulare che fa comunicare lo spazio anulare a valle del diffusore con la camera anulare d'accumulo, presentano smussi, e precisamente, il margine trovantesi dal lato della "lingua" ha uno smus so dalla parte dello spazio anulare a valle del diffusore, ed il margine che si trova dal lato opposto, ha uno smusso dalla parte della camera anulare d'accumulo.