RU183324U1 - Безлопаточный диффузор малорасходной центробежной компрессорной ступени - Google Patents
Безлопаточный диффузор малорасходной центробежной компрессорной ступени Download PDFInfo
- Publication number
- RU183324U1 RU183324U1 RU2017147064U RU2017147064U RU183324U1 RU 183324 U1 RU183324 U1 RU 183324U1 RU 2017147064 U RU2017147064 U RU 2017147064U RU 2017147064 U RU2017147064 U RU 2017147064U RU 183324 U1 RU183324 U1 RU 183324U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diffuser
- flow
- angle
- centrifugal compressor
- compressor stage
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
- F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
Abstract
Полезная модель относится к области машиностроения и предназначена для использования в центробежных компрессорах. Задачей заявляемой полезной модели является снижение коэффициента потерь безлопаточного диффузора за счет снижения потерь трения при безотрывном течении, что в свою очередь ведет к повышению коэффициента полезного действия малорасходной центробежной компрессорной ступени. Безлопаточный диффузор малорасходной центробежной компрессорной ступени, представляющий собой кольцевой элемент проточной части, образованный расходящимися коническими поверхностями, в котором начальная часть выполнена суженной, угол наклона наружной стенки диффузора равен углу наклона конической образующей покрывающего диска на выходе из рабочего колеса, а образующая внутренней поверхности диффузора составляет угол с наружной стенкой диффузора в пределах 0°40’ - 1°20’.
Description
Безлопаточный диффузор малорасходной центробежной компрессорной ступени
Полезная модель относится к области машиностроения и предназначена для использования в центробежных компрессорах с целью снижения потерь трения в диффузоре и повышения коэффициента полезного действия ступени.
Безлопаточный диффузор представляет собой кольцевой элемент проточной части с параллельными или расходящимися в сторону больших диаметров стенками. Движение воздуха в диффузоре обладает всеми особенностями движения в расширяющемся канале, где кроме потерь на трение имеются ещё потери, вызванные наличием вихрей и срыва потока. В составе центробежных компрессоров безлопаточный диффузор также применяют для выравнивания потока воздуха перед лопаточным диффузором.
Известен безлопаточный диффузор, расширяющийся в меридиональной плоскости по всей длине, начиная от входного участка, и позволяющий получить выигрыш по напору и КПД для средненапорных и высоконапорных ступеней (см. авт. св. СССР № 323570, опубл. 10.12.1971 по индексу МПК F04D29/44).
Известен безлопаточный диффузор центробежного нагнетателя, содержащий последовательно включенные его части, первая из которых по ходу потока выполнена в виде вращающегося диффузора, последующие части диффузора выполнены в виде расширяющегося диффузора с углом раскрытия 3-6°, диффузора с параллельными стенками и радиально-осевого диффузора. Относительная радиальная протяженность частей диффузора составляет: для вращающегося диффузора до D3/D2=1,1-1,15, для расширяющегося диффузора – до D4/D2=1,4-1,45, для диффузора с параллельными стенками – до D5/D2=1,65-1,70, для радиально-осевого диффузора – до D6/D2=1,85-1,90, где D2 - наружный диаметр рабочего колеса по концам лопаток, D3 - наружный диаметр вращающегося диффузора, D4 - наружный диаметр расширяющегося диффузора, D5 - наружный диаметр диффузора с параллельными стенками, D6 - наружный диаметр радиально-осевого диффузора (см. патент РФ № 2181855, опубл. 20.12.2001 по индексу МПК: F04D29/44).
Наиболее близким аналогом является безлопаточный диффузор в составе безлопаточного аппарата промежуточной ступени центробежного нагнетателя. Безлопаточный аппарат выполнен с вращающимся (при относительной радиальной протяженности 
=1,10-1,15), расширяющимся ( 
=1,45-1,70) и кольцевым поворотным каналом. Диффузор выполнен с последовательно изменяющейся шириной канала от ширины b2 по концам лопаток рабочего колеса до граничной ширины вращающегося диффузора b3= 0,90 - 0,95 b2, выходной ширины расширяющегося диффузора b4=1,40 - 1,45 b2, ширины кольцевого канала при повороте потока на 900 из радиального направления в осевое b5= 1,65 - 1,70 b2 и ширины канала на входе в обратный направляющий аппарат b6= 1,10 - 1,15 b2 (см. патент РФ № 2173409, опубл. 10.09.2001 по индексу МПК F04D29/44).
Перечисленные безлопаточные диффузоры не могут быть использованы в малорасходных ступенях. У ступеней этого типа углы потока на выходе из рабочего колеса менее 20-25°. При таких небольших углах потока на входе и расширении безлопаточного диффузора неизбежен отрыв потока, ведущий к снижению КПД и возникновению вращающегося срыва (Галеркин Ю.Б. Турбокомпрессоры. Рабочий процесс, расчёт и проектирование проточной части. [текст] / Ю.Б. Галеркин // М.: ООО «Информационно-издательский центр «КХТ». - 2010. С. 596 с.).
Недостатком безлопаточных диффузоров малорасходной центробежной компрессорной ступени с параллельными стенками и шириной диффузора примерно равной высоте лопаток рабочего колеса является возникновение отрыва потока на режимах, близких к расчетным. Для малорасходных ступеней рекомендуют применять диффузоры с суженным начальным участком и параллельными стенками основного участка (Галеркин Ю.Б. Турбокомпрессоры. Рабочий процесс, расчёт и проектирование проточной части. [текст] / Ю.Б. Галеркин // М.: ООО «Информационно-издательский центр «КХТ». - 2010. С. 596 с.). У таких диффузоров отрывы не возникают на расчетных режимах и близких к ним, но на расчетном режиме и при расходах больше расчетного из-за повышенного уровня потерь трения имеет место снижение КПД.
Задачей заявляемой полезной модели является снижение коэффициента потерь безлопаточного диффузора за счет снижения потерь трения при безотрывном течении, что в свою очередь ведет к повышению коэффициента полезного действия малорасходной центробежной компрессорной ступени.
Поставленная задача решается за счет конструкции заявляемого безлопаточного диффузора малорасходной центробежной компрессорной ступени, представляющего собой кольцевой элемент проточной части, образованный расходящимися коническими поверхностями, в котором начальная часть выполнена суженной, угол наклона наружной стенки диффузора равен углу наклона конической образующей покрывающего диска на выходе из рабочего колеса, а образующая внутренней поверхности диффузора составляет угол с наружной стенкой диффузора в пределах 0040’ - 1020’.
За счет выполнения безлопаточного диффузора с суженным начальным участком увеличивается угол потока на входе в безлопаточный диффузор, что приводит к предотвращению отрыва потока при углах потока, выходящего из рабочего колеса, менее 15-18°. Для снижения потерь трения стенки основной части диффузора выполнены в виде расходящихся конических поверхностей с углом раскрытия в пределах 0040’ - 1020’, полученным в результате анализа результатов расчетов методом вычислительной газовой динамики.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором изображен меридиональный контур малорасходной центробежной компрессорной ступени. Лопатки рабочего колеса 1 расположены на радиальной поверхности основного диска (на фиг. не показан). При вращении рабочего колеса 1 его лопатки закручивают и перемещают газовый поток в радиальном направлении. Газовый поток движется через межлопаточные каналы рабочего колеса 1 и затем поступает в безлопаточный диффузор 2, где скорость потока снижается, а давление потока увеличивается за счет преобразования кинетической энергии в потенциальную. Затем газовый поток следует в поворотное колено 3, в котором происходит разворот потока на 1800, после чего проходит через межлопаточные каналы обратно-направляющего аппарата 4 и следует в выходной кольцевой конфузор 5, где поток меняет направление с радиального на осевое и далее поступает в следующую ступень.
Безлопаточный диффузор 2 малорасходной центробежной компрессорной ступени, представляющий собой кольцевой элемент проточной части, образованный расходящимися коническими поверхностями, в котором начальная часть сужена, угол наклона наружной стенки α диффузора равен углу наклона конической образующей β покрывающего диска на выходе из рабочего колеса. Образующая внутренней поверхности диффузора составляет угол 
с наружной стенкой диффузора в пределах 0040’ - 1020’.
Методом вычислительной газовой динамики был проведен эксперимент по расчету коэффициента полезного действия и коэффициента потерь от коэффициента расхода для малорасходной центробежной компрессорной ступени с применением заявляемого безлопаточного диффузора для центробежного компрессора. Параметры центробежной малорасходной ступени: условный коэффициент расхода на расчетном режиме 
=0,015, коэффициент теоретического напора 
=0,5. Критерии подобия: показатель изоэнтропы 
=1,4, условное число Рейнольдса 
=5 000 000, условное число Маха 
=0,55.
Размеры рабочего колеса (линейные размеры отнесены к наружному диаметру рабочего колеса 
): относительный диаметр входа 
=0,44, относительная высота лопаток рабочего колеса на входе 
=0,0726, на выходе 
=0,0371, число лопаток 
z=7, относительная толщина лопаток 
=0,012, входной угол лопаток на периферии 
=17°, выходной угол - 
=16,50. Размеры заявляемого безлопаточного диффузора (БЛД): относительная радиальная длина БЛД 
=1,743, относительная ширина суженного участка 
=0,0286, относительная ширина на выходе из диффузора 
=0,0329, угол раскрытия стенок основной части диффузора 
=0045’.
Размеры обратно-направляющего аппарата: 
=0,0371, 
=0,0486, 
= , 
=0,529.
Расчетные исследования проведены в программном комплексе NUMECA Fine/Turbo. Для расчета течения с помощью приложения NUMECA Fine/AutoGrid построена неструктурированная сетка, состоящая из 3,270 тысяч элементов. При моделировании течения была использована однопараметрическая модель турбулентности Спаларта-Аллмараса согласно рекомендациям фирмы NUMECA.
По сравнению с известными ступенями для центробежных компрессоров коэффициент полезного действия ступени выше на 2,8% при коэффициенте расхода 
. Коэффициент потерь ниже на 2,7% в исследуемой области, соответствующей зоне работы малорасходной центробежной компрессорной ступени. Максимальный КПД ступени повысился на 0,6%.
Claims (1)
- Безлопаточный диффузор малорасходной центробежной компрессорной ступени, представляющий собой кольцевой элемент проточной части, образованный расходящимися коническими поверхностями, в котором начальная часть выполнена суженной, угол наклона наружной стенки диффузора равен углу наклона конической образующей покрывающего диска на выходе из рабочего колеса, а образующая внутренней поверхности диффузора составляет угол с наружной стенкой диффузора в пределах 0°40’ - 1°20’.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017147064U RU183324U1 (ru) | 2017-12-29 | 2017-12-29 | Безлопаточный диффузор малорасходной центробежной компрессорной ступени |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017147064U RU183324U1 (ru) | 2017-12-29 | 2017-12-29 | Безлопаточный диффузор малорасходной центробежной компрессорной ступени |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU183324U1 true RU183324U1 (ru) | 2018-09-18 |
Family
ID=63580616
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017147064U RU183324U1 (ru) | 2017-12-29 | 2017-12-29 | Безлопаточный диффузор малорасходной центробежной компрессорной ступени |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU183324U1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0359514A2 (en) * | 1988-09-14 | 1990-03-21 | Hitachi, Ltd. | Multistage centrifugal compressor |
| EP1039142A2 (en) * | 1999-03-22 | 2000-09-27 | Abb Fläkt Oy | Fan diffuser |
| RU2173409C1 (ru) * | 2000-04-27 | 2001-09-10 | Журавлев Юрий Иванович | Безлопаточный аппарат промежуточной ступени центробежного нагнетателя |
-
2017
- 2017-12-29 RU RU2017147064U patent/RU183324U1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0359514A2 (en) * | 1988-09-14 | 1990-03-21 | Hitachi, Ltd. | Multistage centrifugal compressor |
| EP1039142A2 (en) * | 1999-03-22 | 2000-09-27 | Abb Fläkt Oy | Fan diffuser |
| RU2173409C1 (ru) * | 2000-04-27 | 2001-09-10 | Журавлев Юрий Иванович | Безлопаточный аппарат промежуточной ступени центробежного нагнетателя |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2623795A1 (en) | Centrifugal compressor diffuser | |
| JP2013032772A (ja) | 超音速タービン動翼及び軸流タービン | |
| Gong et al. | Total pressure loss mechanism of centrifugal compressors | |
| Galerkin et al. | CFD wind tunnel tests of Centrifugal stage return channel vane cascades | |
| Rekstin et al. | Centrifugal compressor stages efficiency analysis by means of the approximate algebraic equations | |
| Hubrich et al. | Boundary layer suction via a slot in a transonic compressor: numerical parameter study and first experiments | |
| JP6268315B2 (ja) | タービン動翼及び蒸気タービン | |
| RU183324U1 (ru) | Безлопаточный диффузор малорасходной центробежной компрессорной ступени | |
| Ishida et al. | Analysis of secondary flow behavior in low solidity cascade diffuser of a centrifugal blower | |
| Galerkin et al. | The optimal gas dynamic design system of industrial centrifugal compressors based on Universal modeling method | |
| Hayami | Research and Development of a Transonic Turbo Compressor Hiroshi Hayami | |
| Yu et al. | Numerical Investigation of the Effect of Diffuser and Volute Design Parameters on the Performance of a Centrifugal Compressor Stage | |
| CN106662119B (zh) | 用于涡轮机的改进的涡管、包括所述涡管的涡轮机和操作的方法 | |
| RU158651U1 (ru) | Выходной кольцевой диффузор для газовой турбины | |
| Xu et al. | Eliminating static pressure distortion by a large cut back tongue volute | |
| RU2688873C1 (ru) | Ступень центробежного насоса | |
| Liu et al. | Numerical investigation of a high-speed centrifugal compressor with hub vane diffusers | |
| Wolbert et al. | A Numerical Investigation on the Influence of Reynolds Number on the Performance of Volute Stages of Centrifugal Compressors | |
| Baloni et al. | Design and analysis of volute casing: a review | |
| Seralathan et al. | Numerical simulation of flow through a centrifugal impeller | |
| RU2452876C1 (ru) | Ступень центробежного компрессора | |
| US11788557B1 (en) | Centrifugal acceleration stabilizer | |
| RU189277U1 (ru) | Диффузор центробежного компрессора | |
| Al-Busaidi et al. | Review of Efficiency and Stable Operating Range Enhancements Options of Centrifugal Compressors | |
| Podbolotov et al. | Mathematic simulation of the power interchange in the interbucket space of coaxially located impellers of the centrifugal turbo machine |