RU2138693C1

RU2138693C1 - Multi-stage turbocompressor

Info

Publication number: RU2138693C1
Application number: RU97122096A
Authority: RU
Inventors: Цахариас Вольфганг; Фингерхут Удо
Original assignee: Маннесманн Акциенгезелльшафт
Priority date: 1996-12-23
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 1999-09-27
Also published as: DE19654840C2; DE19654840A1

Abstract

FIELD: compressing gas in impellers. SUBSTANCE: each impeller located in case of multi-stage sleeve-type radial turbo-compressor at opposite sense of rotation is followed by diffuser after which collector with tangential branch pipe is integrated mainly in outer case. Turbo-compressor has inner case with three impellers located inside it; bladeless diffuser section is located after each impeller in radial direction of outgoing flow; return blades are mounted after elbow in diffuser. Diameter of impellers are greatly reduced and ratio of diameter of bladeless diffuser section to diameter of impeller reaches D_RR/D₂≥1,6 (index RR stands for circular spaces and "2" is outlet impeller). Larger stage is provided with bladed section mounted after bladeless diffuser section which is fitted on larger diameter as compared with elbow of adjacent stage. Base is connected with inner case by means of bolted joint passed through area of bladed section of last stage. EFFECT: enhanced efficiency of turbo-compressor. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к многоступенчатому турбокомпрессору радиальной конструкции стаканного типа с противоположным направлением вращения согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. The invention relates to a multistage turbocharger of a radial design of a glass type with an opposite direction of rotation according to the restrictive part of paragraph 1 of the claims.

В турбокомпрессоре газ сжимается и ускоряется в рабочих колесах. In a turbocharger, gas is compressed and accelerated in the impellers.

При этом, в частности, для рабочих колес с большим коэффициентом пропускания, выполняемых обычно в виде рабочих колес с трехмерными поверхностями лопаток, следует выбирать возможно более длинное протяжение диффузоров для сильного замедления потока при хорошем коэффициенте полезного действия и, тем самым, для снижения потерь в последующих кольцевых пространствах и на отрезках с возвратными лопатками. In this case, in particular, for impellers with a high transmittance, usually made in the form of impellers with three-dimensional surfaces of the blades, one should choose the longest possible extension of the diffusers to greatly slow down the flow with a good efficiency and, thereby, to reduce losses in subsequent annular spaces and on segments with returnable blades.

Из DE 4231452 A1 известен турбокомпрессор радиальной конструкции стаканного типа с противоположным направлением вращения, причем за каждыми двумя рабочими колесами следует один дисковый диффузор с расположенными на нем диффузорными направляющими лопатками, а за второй и, тем самым, последней ступенью следует коллектор с тангенциальным выходным патрубком. A cup-type radial turbocharger with opposite direction of rotation is known from DE 4231452 A1; moreover, for each two impellers there is one disk diffuser with diffuser guide vanes located on it, and a manifold with a tangential outlet pipe follows the second and, thus, last stage.

Недостатком этой конструкции является то, что за счет распределения работы сжатия на две ступени рабочие колеса становятся длинными, и, тем самым, становится неблагоприятным соотношение диаметра кольцевого пространства и диаметра рабочего колеса, что означает соответствующие потери. Как другой недостаток следует рассматривать то, что лопатки диффузора во второй и последней ступени расположены на том же диаметре, что и в первой ступени, так что скорость выхода следует считать слишком высокой, что приводит к соответствующим потерям на выходе. The disadvantage of this design is that due to the distribution of the compression work into two stages, the impellers become long, and, thus, the ratio of the diameter of the annular space to the diameter of the impeller becomes unfavorable, which means corresponding losses. As another drawback, it should be considered that the diffuser blades in the second and last stage are located on the same diameter as in the first stage, so that the exit speed should be considered too high, which leads to corresponding output losses.

Задачей изобретения является создание турбокомпрессора с противоположным направлением вращения, который при заданном внешнем корпусе имеет более высокий коэффициент полезного действия по сравнению с известными турбокомпрессорами. The objective of the invention is to provide a turbocharger with an opposite direction of rotation, which, given a given outer casing, has a higher efficiency compared to known turbochargers.

Эта задача решается с помощью признаков пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения. This problem is solved using the characteristics of paragraph 1 of the claims. Preferred embodiments are the subject of the dependent claims.

В отличие от известного уровня техники работа сжатия распределена на три рабочих колеса. Поэтому необходимые диаметры рабочих колес примерно на 20% меньше, чем при двухступенчатой конструкции. За счет этого можно, несмотря на наличие внутреннего корпуса, достигать соотношения диаметра безлопаточного диффузора к диаметру рабочего колеса D_RR/D₂≥1,6.In contrast to the prior art, the compression work is distributed on three impellers. Therefore, the required impeller diameters are approximately 20% less than with a two-stage design. Due to this, despite the presence of the inner case, it is possible to achieve a ratio of the diameter of the bladeless diffuser to the diameter of the impeller D _RR / D ₂ ≥1.6.

Существует возможность сократить выходные потери за счет модификации коллектора, соответственно корпуса коллектора. Однако в соответствующем уровню техники компрессоре невозможно модифицировать коллектор за счет частичной интеграции коллектора во внешнем корпусе, соответственно в крышке корпуса. Поэтому дополнительным преимуществом является то, что в третьей и последней ступени за безлопаточным диффузором следует снабженный лопатками отрезок, который находится на большем диаметре, чем колено соседней второй ступени. Такой вид расположения лопаток не ведет к ограничению машинной характеристики, как это имеет место при применении обычных диффузоров с лопатками. Возникающая на отрезке лопаток аксиальная сила передается на внутренний корпус за счет болтового соединения основания с внутренним корпусом. It is possible to reduce output losses by modifying the collector, respectively, of the collector body. However, in the corresponding prior art compressor it is not possible to modify the collector due to the partial integration of the collector in the external housing, respectively, in the housing cover. Therefore, an additional advantage is that in the third and last stage, a segment equipped with blades follows the bladeless diffuser, which is at a larger diameter than the elbow of the adjacent second stage. This type of arrangement of the blades does not limit the machine performance, as is the case with conventional diffusers with blades. The axial force arising on the blade segment is transmitted to the inner casing due to the bolted connection of the base to the inner casing.

Касательная составляющая потока в присоединенном коллекторе вследствие неправильного направления вращения турбокомпрессора оказывается потерянной. Благодаря распределению работы сжатия согласно изобретению на три ступени и низкой скорости потока вследствие расположения диффузора выходные потери соответственно становятся минимальными. The tangential component of the flow in the attached manifold is lost due to the incorrect direction of rotation of the turbocharger. Due to the distribution of the compression work according to the invention into three stages and low flow velocity due to the location of the diffuser, the output losses, respectively, become minimal.

Конструкция турбокомпрессора согласно изобретению поясняется ниже на примере выполнения с помощью чертежа, на котором изображен турбокомпрессор в продольном разрезе. The design of the turbocharger according to the invention is explained below by way of example with the help of a drawing, which shows a turbocharger in longitudinal section.

Показанный на чертеже турбокомпрессор имеет внешний корпус 1. В этом примере выполнения лежащая слева область внешнего корпуса снабжена опорным плечом 2. В этот внешний корпус 1 по принципу стакана аксиально вдвинут модуль, состоящий из роторной и статорной частей, а также вала 3. Роторная часть имеет согласно изобретению три рабочих колеса 4 - 6, которые не показанным подробно способом соединены с валом 3. Статорная часть состоит из внутреннего корпуса 7, который своей левой частью находится в соприкосновении с опорным плечом 2, и двух диафрагменных элементов 8 и 9, а также из основания 10. Основание 10 соединено болтовым соединением 11 с внутренним корпусом 7. Справа конструкцию завершает крышка 12, которая болтами 13 соединена с внешним корпусом 1. The turbocharger shown in the drawing has an outer casing 1. In this embodiment, the left-lying region of the outer casing is provided with a support arm 2. A module consisting of a rotor and stator parts, as well as a shaft 3, is axially pushed into this outer casing 1 by the principle of a cup. according to the invention, three impellers 4 to 6, which are not shown in detail, are connected to the shaft 3. The stator part consists of an inner housing 7, which, with its left part, is in contact with the support arm 2, and two diaphragms ennyh elements 8 and 9 and from the base 10. The base 10 is connected by bolting to the inner case 11 7. Right structure completes the lid 12, which is connected by bolts 13 with the outer housing 1.

Согласно изобретению к каждому рабочему колесу 4 - 6 в радиальном направлении сбегающего потока примыкает безлопаточный диффузорный отрезок 14 - 16. Он переходит в колено 17, 18 и в возвратные лопатки 19, 20. В третьей и последней ступени за безлопаточным диффузорным отрезком 16 следует снабженный лопатками отрезок 21, который имеет больший диаметр, чем колено 18 соседней второй ступени. Замыкает конструкцию коллектор 22, который частично интегрирован во внешнем корпусе 1 и в крышке 12. According to the invention, a bladeless diffuser segment 14-16 is adjacent to each impeller 4-6 in the radial direction of the runaway stream. It passes to the elbow 17, 18 and return blades 19, 20. In the third and last stage, the bladeless diffuser segment 16 is equipped with blades segment 21, which has a larger diameter than the elbow 18 of the adjacent second stage. The collector 22 closes the structure, which is partially integrated in the outer casing 1 and in the cover 12.

Claims

1. A multistage turbocharger of a radial cup type design with an opposite direction of rotation, in which each impeller located in the housing is followed by a diffuser, followed by a collector integrated for the most part in the external housing with a tangential output pipe, characterized in that the turbocharger is equipped with an internal housing (7 ), which contains three impellers (4 - 6) located in it, behind each of which there is a free path lying in the radial direction of the outgoing flow the main diffuser segment (14 - 16) and after the knee (17, 18), return blades (19, 20) are installed in the diffuser, and the diameter of the impellers is greatly reduced and the ratio of the diameter of the bladeless diffuser segment (14 - 16) to the diameter of the impeller (4 - 6) reaches a value of D _RR / D ₂ ≥1.6 (the index RR means the annular space and 2 - the output impeller).

2. A multistage turbocharger according to claim 1, characterized in that in the last stage, the bladeless diffuser segment (16) is followed by a segment (21) equipped with blades, which is located on a larger diameter than the elbow (18) of the adjacent stage.

3. A multistage turbocharger according to claim 1, characterized in that the base (10) is connected to the inner casing (7) by means of a segment (21) of the last bolt connection (11) passing through the region of the blades.