RU2265141C1

RU2265141C1 - Multistage compressor

Info

Publication number: RU2265141C1
Application number: RU2004111217/06A
Authority: RU
Inventors: В.В. Кожевин (RU); В.В. Кожевин
Original assignee: Кожевин Виталий Валерьевич
Priority date: 2004-04-12
Filing date: 2004-04-12
Publication date: 2005-11-27
Also published as: RU2004111217A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; compressors.

SUBSTANCE: invention relates to axial-flow compressors and it can be used in different industries. According to invention, two impellers are installed for rotation in opposite directions coaxially in compressor housing. Carrying disks of impellers are made in form of coaxial rings with fitted-on blades to form coaxially arranged stages successively connected by channels.

EFFECT: provision of high efficiency, reduced overall axial dimensions and mass of compressor.

3 cl, 2 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к компрессоростроению, в частности к конструкции осевого многоступенчатого компрессора, и может быть использовано в различных областях промышленности.The claimed invention relates to compressor engineering, in particular to the design of an axial multistage compressor, and can be used in various industries.

Известен двухроторный компрессор, в котором роторы расположены концентрично и имеют возможность вращения в противоположных направлениях, при этом рабочие лопатки одного из них являются направляющими лопатками для другого (Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, 1989, с.55, 3.4.в).Known two-rotor compressor, in which the rotors are concentric and have the ability to rotate in opposite directions, while the working blades of one of them are guide vanes for the other (Design and engineering of aircraft gas turbine engines. - M .: Mashinostroenie, 1989, p.55, 3.4 .in).

Осуществление такой конструктивной схемы компрессора связано с большими конструктивными трудностями.The implementation of such a design of the compressor is associated with great structural difficulties.

Наиболее близкий аналог предлагаемого изобретения по технической сущности - многоступенчатый компрессор, включающий установленные на неподвижной оси с возможностью вращения в противоположных направлениях рабочие колеса, привод и передающие механизмы (патент РФ № 2212567, М.кл. F 04 D 17/12, 2003).The closest analogue of the invention according to the technical essence is a multi-stage compressor, including impellers, a drive and transmission mechanisms mounted on a fixed axis with the possibility of rotation in opposite directions (RF patent No. 2212567, Mcl F 04 D 17/12, 2003).

Недостаток этого устройства - низкий коэффициент полезного действия из-за нерационального использования площади диска рабочих колес компрессора.The disadvantage of this device is the low efficiency due to irrational use of the disk area of the compressor impellers.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение КПД компрессора при необходимых степени повышения давления и расходе воздуха. Другой вид технического результата, получение которого может обеспечить изобретение по сравнению с наиболее близким аналогом, заключается в уменьшении общего числа ступеней, а также в уменьшении осевых габаритных размеров и массы компрессора.The problem to which the invention is directed is to increase the efficiency of the compressor with the necessary degree of increase in pressure and air flow. Another type of technical result, which can be obtained by the invention in comparison with the closest analogue, consists in reducing the total number of stages, as well as in reducing the axial overall dimensions and mass of the compressor.

Для достижения указанного технического результата предлагаемое устройство содержит корпус, установленные с возможностью вращения в противоположных направлениях рабочие колеса с закрепленными на несущем диске лопатками. Несущий диск выполнен в виде коаксиально расположенных колец с зафиксированными на них лопатками с образованием последовательно чередующихся в радиальном направлении кольцевых зон с рабочими и направляющими лопатками. Кольца одного рабочего колеса сопряжены с кольцами другого колеса и снабжены уплотнениями. Рабочие лопатки кольцевых зон одного колеса служат направляющими лопатками кольцевых зон соседнего колеса с образованием коаксиально расположенных ступеней, которые последовательно соединены одна с другой при помощи переходных каналов в корпусе. Площадь зон колеса уменьшается по ходу потока.To achieve the specified technical result, the proposed device comprises a housing mounted with the possibility of rotation in opposite directions of the impellers with blades mounted on the carrier disk. The carrier disk is made in the form of coaxially arranged rings with blades fixed on them with the formation of annular zones alternately alternating in the radial direction with working and guide vanes. The rings of one impeller are interfaced with the rings of the other wheel and are provided with seals. The rotor blades of the annular zones of one wheel serve as guide vanes of the annular zones of the adjacent wheel with the formation of coaxially arranged steps that are connected in series with each other using transition channels in the housing. The area of the zones of the wheel decreases along the flow.

Для повышения технического результата путем устранения внутренних перетечек рабочей среды переходные каналы оснащены направляющими перегородками.To improve the technical result by eliminating internal re-flow of the working medium, the transition channels are equipped with guide baffles.

С целью существенного роста степени повышения давления переходные каналы выполнены сужающимися по ходу потока.In order to significantly increase the degree of pressure increase, the transition channels are made tapering along the flow.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен предлагаемый компрессор, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows the proposed compressor, a longitudinal section; figure 2 is a section aa in figure 1.

Многоступенчатый компрессор содержит корпус 1, в котором на валах 2 и 3 соосно установлены с возможностью вращения в противоположных направлениях два рабочих колеса 4 и 5, расположенных относительно друг друга с зазором. Каждое колесо имеет свой привод (на чертеже они условно обозначены стрелками), однако, вращение может осуществляться приводом одного колеса, связанного передающими механизмами с другим колесом. Несущие диски колес 4 и 5 выполнены в виде коаксиально расположенных колец 6, 7, 8, 9 и 10, 11, 12, 13 соответственно, на которых зафиксированы лопатки с образованием кольцевых зон 14, 15, 16, 17 с рабочими лопатками и кольцевых зон 18, 19, 20, 21 с направляющими лопатками. При этом образуются коаксиально расположенные ступени компрессора с зонами 14 и 20, 16 и 18, 15 и 21, 17 и 19. Ступени соединены последовательно одна с другой переходными каналами 22, 23 и 24 в корпусе 1. Переходные каналы могут быть оснащены направляющими перегородками 25 и могут быть выполнены сужающимися по ходу потока воздуха. Конструктивно число ступеней может быть больше, но ограничено диаметром рабочего колеса. Кольца 6, 7, 8 и 9 колеса 4 сопряжены соответственно с кольцами 10, 11, 12 и 13 колеса 5 и снабжены уплотнениями 26 для исключения перетечки воздуха при работе компрессора. Площадь зон 16 и 18 меньше площади зон 14 и 20. Площадь зон 15 и 21 меньше площади зон 16 и 18. Площадь зон 17 и 19 меньше площади зон 15 и 21. В зависимости от площади зон с лопатками на различных ступенях компрессора можно изменять степень сжатия воздуха.The multi-stage compressor comprises a housing 1, in which two impellers 4 and 5, arranged relative to each other with a gap, are mounted coaxially on the shafts 2 and 3 in rotation with respect to one another. Each wheel has its own drive (in the drawing they are conventionally indicated by arrows), however, rotation can be carried out by the drive of one wheel connected by transmitting mechanisms to another wheel. The bearing disks of the wheels 4 and 5 are made in the form of coaxially arranged rings 6, 7, 8, 9 and 10, 11, 12, 13, respectively, on which the blades are fixed with the formation of annular zones 14, 15, 16, 17 with working blades and annular zones 18, 19, 20, 21 with guide vanes. In this case, coaxially arranged compressor stages are formed with zones 14 and 20, 16 and 18, 15 and 21, 17 and 19. The stages are connected in series with one another by transition channels 22, 23 and 24 in the housing 1. The transition channels can be equipped with guide walls 25 and can be made tapering along the air flow. Structurally, the number of steps can be larger, but limited by the diameter of the impeller. The rings 6, 7, 8 and 9 of the wheel 4 are associated with the rings 10, 11, 12 and 13 of the wheel 5, respectively, and are equipped with seals 26 to prevent air overflow during compressor operation. The area of zones 16 and 18 is less than the area of zones 14 and 20. The area of zones 15 and 21 is less than the area of zones 16 and 18. The area of zones 17 and 19 is less than the area of zones 15 and 21. Depending on the area of the zones with blades at different stages of the compressor, the degree of air compression.

Компрессор работает следующим образом.The compressor operates as follows.

Рабочие колеса 4 и 5 приводятся во вращение приводами. Воздушный поток поступает через входной патрубок 27 на зону 14 рабочего колеса 4, затем на зону 20 рабочего колеса 5. При этом давление и скорость воздуха увеличиваются. После первой ступени в канале 22 за счет снижения скорости потока воздуха повышается давление, далее из канала 22 поток, изменив осевое направление движения по оси в одну сторону на осевое направление в противоположную сторону, поступает на вторую ступень (зоны 16 и 18), где давление потока снова возрастает. По выходе из зоны 18 рабочего колеса 4 воздушный поток под влиянием геометрии канала 23 опять меняет осевое направление движения на противоположное, при этом давление среды повышается еще раз, что обусловлено возникновением градиента давления вследствие падения скорости потока по мере его движения на третью ступень (зоны 15 и 21). Сжатие воздуха увеличивается на третьей ступени, в канале 24 и на четвертой ступени (зоны 17 и 19). Затем поток воздуха поступает к выходному патрубку 28.Impellers 4 and 5 are driven by drives. The air flow enters through the inlet pipe 27 to the zone 14 of the impeller 4, then to the zone 20 of the impeller 5. In this case, the pressure and air speed increase. After the first stage in the channel 22, pressure increases due to a decrease in the air flow rate, then from the channel 22 the flow, changing the axial direction of movement along the axis in one direction to the axial direction in the opposite direction, enters the second stage (zones 16 and 18), where the pressure flow increases again. Upon leaving the zone 18 of the impeller 4, the air flow under the influence of the geometry of the channel 23 again changes the axial direction of motion to the opposite, while the pressure of the medium rises again, due to the occurrence of a pressure gradient due to a drop in the flow velocity as it moves to the third stage (zone 15 and 21). Air compression increases in the third stage, in channel 24 and in the fourth stage (zones 17 and 19). Then the air stream enters the outlet pipe 28.

Таким образом, вследствие выполнения несущего диска рабочих колес в виде коаксиальных колец с закрепленными на них лопатками удается повысить КПД и сократить осевые размеры компрессора.Thus, due to the implementation of the carrier disk of the impellers in the form of coaxial rings with blades fixed on them, it is possible to increase the efficiency and reduce the axial dimensions of the compressor.

Claims

1. A multi-stage compressor comprising a housing, rotor wheels mounted therein with rotatably rotation in opposite directions with vanes mounted on the carrier disk, the vanes of one of the wheels serving as guide vanes for the other, and a drive, characterized in that the carrier disk is made in the form coaxially arranged rings with blades fixed on them with the formation of annular zones alternately alternating in the radial direction with working and guide vanes, while the area of the zones decreases along the flow, and with the formation of coaxially arranged steps connected in series with one another using transition channels in the housing, and the rings of one impeller are interfaced with the rings of the other wheel and provided with seals.

2. The compressor according to claim 1, characterized in that the transition channels are equipped with guide baffles.

3. The compressor according to claim 1, characterized in that the transition channels are made tapering along the stream.