RU173928U1

RU173928U1 - CENTRIFUGAL COMPRESSOR DOUBLE-TIER SHOVEL DIFFUSER

Info

Publication number: RU173928U1
Application number: RU2016150433U
Authority: RU
Inventors: Олег Григорьевич Машков; Андрей Анатольевич Мартынов; Евгений Анатольевич Бабин
Original assignee: Акционерное общество "Специальное конструкторское бюро "Турбина"
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2017-09-19

Abstract

Техническое решение относится к области компрессоростроения, а именно к конструкции диффузоров центробежных компрессоров.Лопаточный диффузор выполнен с безлопаточным участком на входе, при этом между лопатками полной длины размещены укороченные лопатки, а выходные кромки всех лопаток расположены на общей окружности. Укороченные лопатки имеют специальное профилирование спинки и корытца лопатки по кривой Безье, а входная кромка имеет эллиптическую форму, касательно сопрягаемую с контурами спинки и корытца.Технический результат данного технического решения заключается в снижении потерь полного давления при торможении дозвукового, трансзвукового или сверхзвукового потока в лопаточных каналах диффузоров многорежимных компрессоров, увеличении запаса устойчивости работы центробежного компрессора при дозвуковом, трансзвуковом или сверхзвуковом течении в диффузоре, расширении эффективного диапазона работы центробежного компрессора, уменьшении массогабаритных характеристик.The technical solution relates to the field of compressor engineering, namely to the design of centrifugal compressor diffusers. The blade diffuser is made with a bladeless section at the inlet, while shortened blades are placed between the full-length blades, and the outlet edges of all the blades are located on a common circle. Shortened blades have a special profiling of the back and trough of the blade according to the Bezier curve, and the input edge has an elliptical shape tangentially mating with the contours of the back and trough. The technical result of this technical solution is to reduce the loss of total pressure when braking subsonic, transonic or supersonic flow in the scapular channels diffusers of multimode compressors, increasing the margin of stability of the centrifugal compressor with subsonic, transonic or supersonic ones enii a diffuser, expanding the effective range of the centrifugal compressor, reducing the weight and size characteristics.

Description

Техническое решение относится к области компрессоростроения, а именно к конструкции диффузоров центробежных компрессоров, применяемых например, в турбокомпрессорах, газотурбинных двигателях, вентиляторах и насосах.The technical solution relates to the field of compressor engineering, namely, to the design of diffusers of centrifugal compressors used, for example, in turbocompressors, gas turbine engines, fans and pumps.

Известен диффузор центробежного компрессора, содержащий корпус, расположенные в нем две лопаточные решетки, лопатки одной из которых установлены с возможностью осевого перемещения в отверстиях кольцевого элемента и закреплены на подвижном диске, соединенном с приводом, отличающийся тем, что с целью повышения КПД компрессора на переменных режимах, лопатки другой решетки установлены неподвижно, привод выполнен в виде электромагнитов, диск подпружинен относительно кольцевого элемента, угол входа неподвижных лопаток на 5-8° меньше угла подвижных, а отношение входных диаметров решеток с неподвижными и подвижными лопатками равно 1,13-1,17 (см. авторское свидетельство SU 1286824 А1, опубликовано 30.01.1987).A known diffuser of a centrifugal compressor, comprising a housing, two vanes located in it, vanes of one of which are mounted with axial movement in the holes of the annular element and mounted on a movable disk connected to the drive, characterized in that in order to increase the efficiency of the compressor in variable modes , the blades of the other grating are fixedly mounted, the drive is made in the form of electromagnets, the disk is spring-loaded relative to the annular element, the angle of entry of the stationary blades is 5-8 ° less than movable, and the ratio of the input diameters of the gratings with fixed and movable blades is 1.13-1.17 (see copyright certificate SU 1286824 A1, published January 30, 1987).

Внедрение промежуточных лопаток в данном техническом решений направлено на расширение диапазона работы и увеличение КПД компрессора, если в процессе работы промежуточные лопатки будут убраны, произойдет увеличение траектории движения частиц рабочего потока, движущегося в диффузоре, при этом снизится величина степени повышения давления в компрессоре и КПД соответственно, увеличится пропускная способность диффузора, что приведет к смещению характеристики компрессора.The introduction of intermediate blades in this technical solution is aimed at expanding the operating range and increasing the compressor efficiency, if the intermediate blades are removed during operation, the trajectory of the particles of the working stream moving in the diffuser will increase, while the degree of increase in pressure in the compressor and efficiency will decrease, respectively , the diffuser throughput will increase, which will lead to a shift in the compressor characteristics.

Кроме того, наличие подвижных лопаток значительно усложняет данную конструкцию.In addition, the presence of movable blades greatly complicates this design.

Наиболее близким аналогом, выбранным за прототип, является лопаточный диффузор турбомашины с расширяющимися проточными радиальными каналами кольцевой решетки, выполненной многоярусной, с целью расширения пределов устойчивой работы турбомашины, с лопатками полной длины, между которыми размещены укороченные лопатки, а выходные кромки всех лопаток расположены на общей окружности (см. авторское свидетельство SU 170606, опубликовано 23.04.1965).The closest analogue selected for the prototype is a turbomachine blade diffuser with expanding flowing radial channels of the annular grill, made multilevel, with the aim of expanding the limits of stable operation of the turbomachine, with full-length blades, between which shortened blades are placed, and the output edges of all blades are located on a common circles (see copyright certificate SU 170606, published 04/23/1965).

Использование дополнительных укороченных лопаток между лопатками полной длины, обеспечивает лучшую направленность рабочего потока в диффузоре, увеличивая степень повышения давления в турбомашине, и прижимает пограничный слой потока, обтекающего спинку лопатки полной длины, увеличивая запас устойчивости работы турбомашины.The use of additional shortened blades between the blades of full length provides a better directivity of the working flow in the diffuser, increasing the degree of pressure increase in the turbomachine, and presses the boundary layer of the stream flowing around the back of the blades of the full length, increasing the stability margin of the turbomachine.

Однако отсутствие специального профилирования промежуточных лопаток и их входных кромок, способствует увеличению неравномерности потока и потерь полного давления в лопаточных каналах.However, the lack of special profiling of the intermediate blades and their inlet edges, increases the uneven flow and total pressure loss in the scapular channels.

Технической задачей предлагаемого технического решения является разработка лопаточного диффузора, обеспечивающего получение следующих результатов:The technical task of the proposed technical solution is the development of a blade diffuser, providing the following results:

- снижение потерь полного давления при торможении дозвукового, трансзвукового или сверхзвукового потока в лопаточных каналах диффузоров многорежимных компрессоров;- reduction of total pressure loss during braking of a subsonic, transonic or supersonic flow in the scapular channels of diffusers of multimode compressors;

- увеличение запаса устойчивости работы центробежного компрессора при дозвуковом, трансзвуковом или сверхзвуковом течении в диффузоре;- increase the margin of stability of the centrifugal compressor during subsonic, transonic or supersonic flow in the diffuser;

- расширение эффективного диапазона работы центробежного компрессора;- expansion of the effective range of operation of a centrifugal compressor;

- уменьшение массогабаритных характеристик.- reduction of overall dimensions.

Для решения поставленной задачи в известном лопаточном диффузоре с расширяющимися проточными радиальными каналами кольцевой решетки, выполненной многоярусной с лопатками полной длины, между которыми размещены укороченные лопатки, а выходные кромки всех лопаток расположены на общей окружности, укороченные лопатки имеют специальное профилирование спинки и корытца лопатки по кривой Безье, а входная кромка имеет эллиптическую форму, плавно сопрягаемую с контурами спинки и корытца.To solve the problem in the known blade diffuser with expanding flowing radial channels of the annular lattice, made multilevel with full length blades, between which shortened blades are located, and the output edges of all blades are located on a common circle, the shortened blades have special profiling of the back and trough of the blade along the curve Bezier, and the input edge is elliptical in shape, smoothly mating with the contours of the back and trough.

Использование кривой Безье для профилирования спинки и корытца укороченных лопаток обеспечивает плавное изменение кривизны профиля контура лопатки, что снижает потери полного давления при торможении дозвукового, трансзвукового или сверхзвукового потока в лопаточных каналах и уменьшает отрыв пограничного слоя рабочего потока со спинки профиля укороченной лопатки, увеличивая запас устойчивости работы центробежного компрессора при дозвуковом, трансзвуковом или сверхзвуковом течении в диффузоре. Так как укороченные лопатки менее чувствительны к изменению углов атаки, применяется эллиптическая входная кромка, обеспечивающая меньший уровень потерь полного давления. Увеличение степени повышения давления в ступени компрессора позволяет уменьшить массогабаритные характеристики высоконапорных компрессоров.The use of the Bezier curve for profiling the back and troughs of shortened blades provides a smooth change in the curvature of the profile of the blade contour, which reduces the loss of total pressure when braking a subsonic, transonic or supersonic flow in the scapular channels and reduces the separation of the boundary layer of the working flow from the back of the profile of a shortened blade, increasing the margin of stability operation of a centrifugal compressor in a subsonic, transonic or supersonic flow in a diffuser. Since shortened blades are less sensitive to changes in angles of attack, an elliptical inlet edge is used to provide a lower level of total pressure loss. Increasing the degree of pressure increase in the compressor stage allows reducing the weight and size characteristics of high-pressure compressors.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где изображены:The claimed technical solution is illustrated by drawings, which depict:

На фиг. 1 изображен разрез Б-Б, на котором показан профиль лопаточного диффузора.In FIG. 1 shows a section BB, which shows the profile of the scapular diffuser.

На фиг. 2 изображен выносной элемент А, на котором показан контур входной кромки укороченной лопатки.In FIG. 2 shows an extension member A, which shows the contour of the input edge of a shortened blade.

На фиг. 3 показано направление изменения характеристики ступени компрессора при установке двухъярусного лопаточного диффузора со специальным профилированием укороченных лопаток.In FIG. Figure 3 shows the direction of change of the compressor stage characteristics when installing a two-tier blade diffuser with special profiling of shortened blades.

Предлагаемый лопаточный диффузор выполнен двухъярусным с безлопаточным участком 1 (см. фиг. 1) на входе, при этом между лопатками полной длины 2 размещены укороченные лопатки второго яруса 3, а выходные кромки всех лопаток расположены на общей окружности. Укороченные лопатки второго яруса имеют специальное профилирование спинки 4 и корытца 5 лопатки по кривой Безье, а входная кромка 6 имеет эллиптическую форму, касательно сопрягаемую с контурами спинки и корытца (см. фиг. 2).The proposed blade diffuser is made in two tiers with a bladeless section 1 (see Fig. 1) at the inlet, while shortened blades of the second tier 3 are placed between the blades of full length 2, and the output edges of all the blades are located on a common circle. The shortened blades of the second tier have a special profiling of the back 4 and trough 5 of the blade according to the Bezier curve, and the input edge 6 has an elliptical shape tangentially mating with the contours of the back and trough (see Fig. 2).

Лопаточный диффузор центробежного компрессора со специальным профилированием лопаток второго яруса работает следующим образом.The blade diffuser of a centrifugal compressor with a special profiling of the blades of the second tier works as follows.

Рабочая среда, нагнетаемая колесом центробежного компрессора, попадает в безлопаточный участок диффузора 1, где происходит выравнивание параметров и первичное торможение потока после колеса центробежного компрессора. Затем поток рабочей среды набегает на лопатки полной длины 2 диффузора, где направляется профилем этих лопаток и расширяется. Так как в каналах с достаточной высокой степенью расширения существует вероятность отрыва потока с поверхности спинки лопаток, в канал устанавливается дополнительный ряд укороченных лопаток 3, образующих второй ярус, для организации благоприятной структуры течения в месте возможного отрыва. Эллиптическая входная кромка 6 укороченной лопатки второго яруса 3 и поверхности спинки 4 и корытца 5, образованные трехузловой кривой Безье с наиболее плавным изменением кривизны, способствуют снижению потерь полного давления при течении в лопаточном диффузоре. Эллиптическая входная кромка в меньшей степени загромождает канал, что увеличивает максимальный расход на ветке характеристики ступени компрессора в целом, а наличие второго яруса лопаток со специальным профилированием увеличивает запасы по газодинамической устойчивости работы лопаточного диффузора (см. фиг. 3).The working medium pumped by the centrifugal compressor wheel enters the bladeless section of the diffuser 1, where the parameters are aligned and the flow is initially decelerated after the centrifugal compressor wheel. Then the flow of the working medium runs onto the blades of the full length 2 of the diffuser, where it is directed by the profile of these blades and expands. Since in channels with a sufficiently high degree of expansion there is a possibility of flow separation from the surface of the back of the blades, an additional row of shortened blades 3 forming the second tier is installed in the channel to organize a favorable flow structure at the place of possible separation. The elliptical input edge 6 of the shortened blade of the second tier 3 and the surface of the back 4 and trough 5, formed by a three-node Bezier curve with the most smooth change in curvature, help to reduce the total pressure loss during flow in the scapular diffuser. The elliptical inlet edge clutters the channel to a lesser extent, which increases the maximum flow rate on the branch of the compressor stage characteristic as a whole, and the presence of a second tier of blades with special profiling increases the gas-dynamic stability of the blade diffuser (see Fig. 3).

Claims

Spatula diffuser of a centrifugal compressor with expanding flowing radial channels of the annular lattice, made multilevel with full-length blades, between which shortened blades are placed, the edges of all blades being located on the same circle, characterized in that the shortened blades have special profiling of the back and trough of the blade according to the Bezier curve , and their input edge is elliptical in shape, smoothly mating with the contours of the back and trough.