RU2304729C1

RU2304729C1 - Stage of centrifugal turbine machine

Info

Publication number: RU2304729C1
Application number: RU2005138433/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Васильевич Гусин (RU); Николай Васильевич Гусин; Александр Викторович Трубин (RU); Александр Викторович Трубин; Александр Исаакович Рабинович (RU); Александр Исаакович Рабинович; Олег Михайлович Перельман (RU); Олег Михайлович Перельман; Геннадий Леонидович Дорогокупец (RU); Геннадий Леонидович Дорогокупец; Олег Евгеньевич Иванов (RU); Олег Евгеньевич Иванов; Павел Борисович Куприн (RU); Павел Борисович Куприн; Михаил Юрьевич Мельников (RU); Михаил Юрьевич Мельников
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь"
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2007-08-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: stage of centrifugal turbine machine comprises outlet branch pipe, wheel provided with driven and driving disks, and blades interposed between the disks. The peripheral section of the wheel has an abrupt thickening in the meridional section. The inner side of the disk downstream of the thickening is mounted with a spaced relation to the face of the disk upstream of the thickening. The value of the face space does not exceed 0.2-0.3 of the width of the wheel at the outlet.

EFFECT: enhanced efficiency.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к турбостроению, в частности к центробежным насосам и компрессорам.The invention relates to turbine construction, in particular to centrifugal pumps and compressors.

Известны ступени многоступенчатых насосов, содержащие рабочее колесо и направляющий аппарат (например, Лопастные насосы: Справочник. / Под редакцией В.А.Зимницкого и В.А.Умова. Л.: Машиностроение, 1986. С.215, рис.7.8).Known stages of multistage pumps containing an impeller and a guiding apparatus (for example, Vane pumps: a Handbook. / Edited by V.A. Zimnitsky and V.A. Umov. L .: Engineering, 1986. P.215, Fig.7.8).

Недостаток таких ступеней состоит в том, что они выполнены с закрытым сочленением рабочего колеса и направляющего аппарата, т.е. вход в диффузорные каналы направляющего аппарата по ширине меньше, чем ширина рабочего колеса вместе с дисками. Пазухи, образованные соответствующими дисками колеса, стенкой направляющего аппарата и диафрагмой, разделяющей ступени, при этом оказываются закрытыми. Поток из пазух, инициированный дисковым трением колеса и направленный по плоскости дисков от центра к периферии, наталкивается на уступ в месте сочленения рабочего колеса и направляющего аппарата и теряет значительную часть своей энергии, которая, таким образом, не используется полезно.The disadvantage of such steps is that they are made with a closed joint of the impeller and the guide apparatus, i.e. the entrance to the diffuser channels of the guide vane is less than the width of the impeller along with the disks. The sinuses formed by the respective discs of the wheel, the wall of the guide apparatus and the diaphragm separating the steps are closed. The sinus flow, initiated by disk friction of the wheel and directed along the plane of the disks from the center to the periphery, encounters a ledge at the junction of the impeller and the guide apparatus and loses a significant part of its energy, which, therefore, is not used useful.

Известны ступени насосов со спиральным отводом и рабочим колесом, сочленение которых выполнено открытым, например отечественные насосы типа Д (Лопастные насосы: Справочник. / Под редакцией В.А.Зимницкого и В.А. Умова. Л.: Машиностроение, 1986. С.186, рис.6.4). Такие ступени позволяют полезно использовать часть энергии дискового трения. Поток из пазух, идущий по поверхности дисков, сливается с основным потоком из колеса и сообщает жидкости дополнительную энергию.Known stages of pumps with a spiral outlet and impeller, the articulation of which is made open, for example, domestic pumps of type D (Vane pumps: Handbook. / Edited by V.A. Zimnitsky and V.A. Umov. L .: Engineering, 1986. P. 186, Fig. 6.4). Such steps make it possible to use part of the energy of disk friction. The sinus flow that runs along the surface of the discs merges with the main flow from the wheel and gives the fluid additional energy.

Недостаток ступеней с открытым сочленением рабочего колеса и отвода состоит в ограниченности применения такой схемы, она не может быть использована в многоступенчатых машинах с радиальным лопаточным отводом в виде направляющего аппарата. Кроме того, энергия, инициированная дисковым трением, используется недостаточно. Часть ее затрачивается на вихреобразование в спирали, когда в последнюю поступает поток из пазух.The disadvantage of steps with an open articulation of the impeller and retraction is the limited application of such a scheme, it cannot be used in multistage machines with a radial blade outlet in the form of a guide apparatus. In addition, the energy initiated by disk friction is not used enough. Part of it is spent on vortex formation in a spiral, when the latter receives a stream from the sinuses.

Предлагаемая конструкция ступени позволяет полнее использовать энергию дискового трения вне зависимости от вида сочленения рабочего колеса и отвода и благодаря этому повысить КПД и напор ступени.The proposed design of the stage allows you to more fully use the energy of disk friction, regardless of the type of articulation of the impeller and exhaust, and thereby increase the efficiency and pressure of the stage.

Указанная цель достигается тем, что ступень центробежной турбомашины, состоящая из отвода и рабочего колеса с ведомым и ведущим дисками и лопастями между ними, согласно изобретению выполнена с внезапным расширением меридианного сечения рабочего колеса в его периферийной части в одну или обе стороны, причем между внутренней поверхностью дисков после расширения и внешней торцевой поверхностью этих же дисков до расширения образован торцевой зазор в направлении выхода потока из рабочего колеса и величина торцевого зазора не превышает (0,2-0,3) ширины колеса на выходе.This goal is achieved by the fact that the centrifugal stage of the turbomachine, consisting of a branch and the impeller with a driven and driving disks and blades between them, according to the invention is made with a sudden expansion of the meridian section of the impeller in its peripheral part in one or both sides, and between the inner surface disks after expansion and the outer end surface of the same disks before expansion, an end gap is formed in the direction of flow exit from the impeller and the end gap does not exceed (0.2-0 3) the width of the wheel at the exit.

На фиг.1 представлена ступень центробежной турбомашины, меридианное сечение; на фиг.2 - ведомый диск, вид сверху; на фиг.3 и 4 - варианты исполнения ступени.Figure 1 presents the step of a centrifugal turbomachine, meridian section; figure 2 - a driven disk, a top view; figure 3 and 4 are versions of the stage.

Ступень содержит отвод 1, рабочее колесо 2 с ведущим диском 3, ведомым диском 4, лопастями 5 и пазухами 6 и 7 между соответствующими дисками и стенками корпуса 8 (фиг.1). Периферийная часть рабочего колеса 2 выполнена с расширением 9 таким образом, что между внутренней поверхностью диска 4 после расширения и внешней поверхностью того же диска до расширения образован торцевой зазор 5 в направлении выхода потока из колеса. Аналогичное расширение может быть выполнено и на ведущем диске 3.The step comprises a tap 1, an impeller 2 with a drive disk 3, a driven disk 4, blades 5 and sinuses 6 and 7 between the respective disks and the walls of the housing 8 (Fig. 1). The peripheral part of the impeller 2 is made with an extension of 9 in such a way that between the inner surface of the disk 4 after expansion and the outer surface of the same disk before expansion, an end gap 5 is formed in the direction of flow exit from the wheel. A similar extension can be performed on the master disk 3.

На фиг.1 пунктиром (поз.10) показан вариант исполнения, при котором расширенная часть ведомого диска 4 на периферии рабочего колеса продлена в сторону оси вращения и на расстоянии торцевого зазора перекрывает основную часть диска 4 на участке до внезапного расширения меридианного сечения.In Fig. 1, a dotted line (pos. 10) shows an embodiment in which the expanded part of the driven disk 4 at the periphery of the impeller is extended towards the axis of rotation and at the distance of the end gap overlaps the main part of the disk 4 in the section until the meridian section suddenly expands.

В варианте исполнения, представленном на фиг.3, торцевой зазор δ образован конусными поверхностями периферийной и основной частей ведомого диска 4. Наклон конусных поверхностей ориентирован в сторону ведущего колеса 3.In the embodiment shown in FIG. 3, the end gap δ is formed by the conical surfaces of the peripheral and main parts of the driven disk 4. The inclination of the conical surfaces is oriented towards the driving wheel 3.

Перед входом потока в зазор δ на основной части диска 3 возможна установка дополнительных лопаток 11 (фиг.4). Лопатки могут быть прямыми вихревыми либо профилированными по типу центробежных.Before the flow enters the gap δ on the main part of the disk 3, it is possible to install additional blades 11 (Fig. 4). The blades can be direct vortex or profiled as a centrifugal type.

Ступень работает следующим образом. При вращении рабочего колеса 2 на внешней поверхности диска 4 до расширения 9 в относительном движении возникает поток, инициированный дисковым трением. Направление этого потока (стрелка А на фиг.2) соответствует направлению потока в межлопастном канале. Через торцевой зазор δ поток от дискового трения поступает в периферийную расширенную часть 9 рабочего колеса 2 и сливается с потоком внутри его, передавая дополнительную энергию, в результате чего повышается напор и КПД ступени. Поскольку направления потока от дискового трения и потока в межлопастном канале близки, их слияние происходит с минимальным вихреобразованием и потерями.The stage works as follows. When the impeller 2 rotates on the outer surface of the disk 4 to the expansion 9 in relative motion, a flow occurs, initiated by disk friction. The direction of this flow (arrow A in FIG. 2) corresponds to the direction of flow in the inter-blade channel. Through the end gap δ, the flow from disk friction enters the peripheral expanded part 9 of the impeller 2 and merges with the flow inside it, transmitting additional energy, as a result of which the pressure and efficiency of the stage increase. Since the flow directions from the disk friction and the flow in the inter-blade channel are close, their merging occurs with minimal vortex formation and losses.

При выполнении расширения меридианного сечения рабочего колеса 2 на ведущем диске 3 картина течения аналогична описанной.When performing the expansion of the meridian section of the impeller 2 on the drive disk 3, the flow pattern is similar to that described.

Известно, что чем меньше коэффициент быстроходности n_s ступени, тем больше доля дискового трения в общей мощности, потребляемой ступенью. Так, при n_s=50 эта доля составляет около 25%, а при n_s=20 - около 60%. Соответственно n_s возрастает и доля полезно используемой энергии при применении конструкции ступени согласно изобретению.It is known that the lower the speed coefficient n _{s of a} step, the greater the fraction of disk friction in the total power consumed by the step. So, at n _s = 50 this fraction is about 25%, and at n _s = 20 it is about 60%. Accordingly, n _s increases and the fraction of useful energy used when applying the design of the stage according to the invention.

Радиус расположения расширения меридианного сечения выбирается из следующих соображений. Мощность дискового трения торцевой поверхности пропорциональна радиусу в пятой степени, поэтому чем на большем радиусе выполнено расширение меридианного сечения, тем выгоднее. С другой стороны, часть диска за расширением должна быть с необходимой прочностью соединена с торцами лопастей и, следовательно, должна иметь определенный размер.The radius of the location of the expansion of the meridian section is selected from the following considerations. The power of the disk friction of the end surface is proportional to the radius to the fifth degree, therefore, the wider the radius of the expansion of the meridian section, the more profitable. On the other hand, the part of the disk behind the extension must be connected with the ends of the blades with the necessary strength and, therefore, must have a certain size.

Выбор размера торцевого зазора δ обусловлен тем расходом жидкости, который обеспечивается дисковым трением ведомого или ведущего дисков. Этот размер не должен превышать величины (0,2-0,3)b₂, где b₂ - ширина рабочего колеса на выходе (см. фиг.1).The choice of the size of the end gap δ is due to the flow rate of the liquid, which is ensured by the disk friction of the driven or leading disks. This size should not exceed the value (0.2-0.3) b ₂ , where b ₂ - the width of the impeller at the exit (see figure 1).

Работоспособность заявленной конструкции подтверждена экспериментально.The performance of the claimed design is confirmed experimentally.

Claims

1. The stage of the centrifugal turbomachine, consisting of a tap and an impeller with a driven and driving disks and blades between them, characterized in that the peripheral part of the impeller is made with a sudden expansion of the meridian section in one or both sides, and between the inner surface of the disks after expansion and the outer end surface of the same discs prior to expansion is formed by an end gap in the direction of flow exit from the impeller.

2. The step according to claim 1, characterized in that the width of the end gap does not exceed (0.2-0.3) the width of the impeller at the exit.