RU2615566C1 - Рабочее колесо центробежного компрессора - Google Patents
Рабочее колесо центробежного компрессора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2615566C1 RU2615566C1 RU2016116992A RU2016116992A RU2615566C1 RU 2615566 C1 RU2615566 C1 RU 2615566C1 RU 2016116992 A RU2016116992 A RU 2016116992A RU 2016116992 A RU2016116992 A RU 2016116992A RU 2615566 C1 RU2615566 C1 RU 2615566C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- impeller
- meridional
- straight line
- angle
- contour
- 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
- F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
- F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
- F04D29/284—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for compressors
-
- 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
- F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
- F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
- F04D29/30—Vanes
-
- 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
- F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
- F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2250/00—Geometry
- F05D2250/70—Shape
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Заявленное техническое решение относится к области компрессоростроения, а именно к рабочим колесам центробежных компрессоров. При работе центробежного компрессора газу, поступающему в межлопаточные каналы, передается кинетическая энергия вращающегося рабочего колеса. Существующая разность давлений рабочего тела в межлопаточном канале вызывает вторичные течения, перпендикулярные к основному потоку, которые направлены от стороны давления к стороне разрежения, а также от корневой части к периферии пера лопатки рабочего колеса. Интенсивность вторичных течений зависит от величины углов лопатки βл пер и βл вт, а получение оптимального распределения данных углов вдоль меридионального контура колеса способствует снижению потерь от вихреобразования при смешивании и повышает КПД компрессора в целом. Технический результат изобретения заключается в снижении гидравлических потерь в рабочем колесе и в повышении КПД центробежного компрессора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Заявленное техническое решение относится к области компрессоростроения, а именно к рабочим колесам центробежных компрессоров, может быть использовано в конструкциях одно- или многоступенчатых компрессоров газотурбинных двигателей, а также в насосах, радиальных турбинах.
Известно полуоткрытое рабочее колесо центробежного компрессора, где средняя поверхность лопатки образована радиальными лучами, проходящими через ось колеса, в связи с чем углы лопатки на втулочном меридиональном контуре определяются из уравнения («Автомобильные двигатели с турбонаддувом» Аболтин Э.В., Ханин Н.С. и др. «Машиностроение», 1991, стр. 88, 89), где
βл - угол лопатки;
вт - втулочный контур проточной части рабочего колеса;
пер - периферийный контур проточной части рабочего колеса;
Dвт - диаметр пересечения радиального луча с втулочным меридиональным контуром;
Dпер - диаметр пересечения радиального луча с периферийным меридиональным контуром.
Недостатком известного рабочего колеса центробежного компрессора является то, что имеется однозначная связь между углами лопатки у основания βл вт и углом лопатки на периферии βл пер, что не позволяет обеспечить одновременно оптимальное значение углов βл вт и βл пер от входной кромки лопатки до выходной, полученных из расчета потока в канале колеса, что приводит к снижению КПД колеса компрессора в целом.
Наиболее близким к заявленному техническому решению по совокупности существенных признаков является рабочее колесо центробежного компрессора (свидетельство на полезную модель №6588, пр. 02.04.1997 г., МКИ F04D 29/22), содержащее основной и покрывной диски, образующие канал для прохождения рабочего газа, в котором установлены лопатки с переменными по ширине канала углами входа β1л и углами выхода β2л, причем поверхность каждой лопатки выполнена в виде поверхности вращения, имеющей угол наклона к собственной оси. При этом угол наклона выполнен плавно изменяющимся от основного диска к покрывному диску.
Это техническое решение позволяет повысить КПД центробежного компрессора за счет обеспечения оптимального обтекания потоком входной и выходной кромок лопатки рабочего колеса, при этом профиль средней линии лопатки вдоль канала от входной кромки лопатки к выходной образован частью окружности, что в отличие от заявленного решения не позволяет обеспечить необходимые углы лопатки βл пер и βл вт на периферийном и втулочном контурах меридионального сечения рабочего колеса, что приводит к снижению КПД центробежного компрессора.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в снижении гидравлических потерь в рабочем колесе и в повышении КПД центробежного компрессора за счет обеспечения необходимых углов лопатки как по ширине канала рабочего колеса, так и по длине.
Указанный технический результат достигается тем, что в рабочем колесе центробежного компрессора, содержащем несущий диск, на котором установлены лопатки с переменными по длине канала углами βл пер и βл вт на его периферийном и втулочном контурах проточной части рабочего колеса, причем средняя поверхность пера каждой лопатки выполнена в виде поверхности, полученной перемещением прямолинейного отрезка, концы которого получены перемещением точек пересечения с периферийным и втулочным контурами меридионального сечения проточной части рабочего колеса прямой линией, совершающей поворот в меридиональной плоскости рабочего колеса с постоянным центром на угол ψ от перпендикуляра к оси рабочего колеса, проходящего через центр поворота прямой, и прямой линией от входной кромки лопатки до выходной по дуге окружности на углы ϕпер и ϕвт между меридиональной плоскостью и радиусами данной окружности, проходящими от оси колеса в данные точки, а геометрические параметры рабочего колеса выполнены с учетом обеспечения соотношений
где
ϕ - угол между радиусом, проходящим через концы средней линии лопатки, и меридиональной плоскостью при текущем значении угловой координаты ψ;
пер. - периферийный контур проточной части рабочего колеса в меридиональном ее сечении;
i - порядковый номер отрезка при разбиении проточной части меридионального контура на n частей по значению угла ψ;
n - число частей при разбиении проточной части меридионального контура по значению угла ψ;
RA - расстояние от центра поворота прямой линии до точки пересечения данной прямой с периферийным контуром меридионального сечения проточной части рабочего колеса при принятом значении угла ψ;
ψ - угловая координата рабочего колеса в пределах ее меридиональной плоскости, начало которой берется от перпендикуляра к оси колеса, проходящего через центр поворота прямой, и прямой, при пересечении которой с меридиональным контуром получены периферийные и втулочные точки, при повороте которых по дуге окружности на угол ϕ от меридиональной плоскости образуются концы средней линии лопатки;
β л пер - угол лопатки на периферийном контуре проточной части меридионального сечения рабочего колеса;
Ho - расстояние от оси рабочего колеса до центра поворота прямой линии;
вт. - втулочный контур проточной части рабочего колеса в меридиональном ее сечении;
βл вт - угол лопатки на втулочном контуре проточной части меридионального сечения рабочего колеса;
RБ - расстояние от центра поворота прямой линии до точки пересечения данной прямой с втулочным контуром меридионального сечения проточной части рабочего колеса при принятом значении угла ψ.
При этом обеспечиваются углы лопатки на периферийном βл пер и втулочном βл вт контурах рабочего колеса, независимых друг от друга. Продолжение средней линии лопатки может проходить как через ось колеса (ϕ пер=ϕ вт), так и не пересекая ее (ϕ пер не равно ϕ вт). Неравенство углов ф пер и ф вт на начальном участке лопатки от ее входной кромки позволяет обеспечить оптимальные углы атаки потока на входе в рабочее колесо с обеспечением прочности лопатки, а на конечном участке у выходной кромки позволяет получить более равномерный поток на выходе из рабочего колеса, что в целом повышает эффективность работы компрессора.
Заявленное техническое решение поясняется чертежами, где на:
- фиг. 1 изображено рабочее колесо центробежного компрессора с частичным продольным разрезом (меридиональное сечение) с возможным набором лопаток как полных осерадиальных, так и расчетно-укороченных, разделительных;
- фиг. 2 показано сечение лопатки Д-Д, проходящей через концы отрезка прямой, образующих среднюю линию лопатки с равным значением величины углов ϕ пер=ϕ вт;
- фиг. 3 показано сечение лопатки Г-Г, проходящей через концы отрезка прямой образующих среднюю линию лопатки с неравным значением величины углов ϕ пер и ϕ вт.
Рабочее колесо центробежного компрессора содержит (фиг. 1) несущий диск 1 и взаимосвязанные с ним осерадиальные лопатки - основные 7 и разделительные 5, образующие канал для прохода рабочего газа. При этом каждая лопатка имеет полученные из расчета потока в канале колеса углы βл пер 10 на периферийном 4 и βл вт 9 на втулочном 2 контурах меридионального сечения. При этом каждая из вышеназванных лопаток имеет входные 8 и выходные 3 кромки.
На фиг. 1, 2, 3 показана схема получения средней поверхности пера лопатки прямой ОБ при пересечении ее периферийного 4 (точка А) и втулочного 2 (точка Б) контуров меридионального сечения.
Прямая ОБ совершает поворот вокруг центра 6 на угол ψ от вертикали. Центр 6 находится на расстоянии Н0 от оси рабочего колеса.
На фиг. 3 показано, что углы поворота ϕпер и ϕвт точек А и Б могут иметь неравное значение.
На фиг. 2 показано, что углы поворота ϕ пер и ϕ вт точек А и Б имеют равное значение.
Для обеспечения полученных из газодинамического расчета потока рабочего колеса углов βл пер и βл вт определяются углы ϕ пер и ϕ вт поворота концов отрезка прямой АБ при известном угле ψ поворота прямой вокруг постоянного центра 0 с учетом обеспечения соотношений (см. фиг. 1, 2 и 3).
где
ϕ - угол между радиусом, проходящим через концы средней линии лопатки, и меридиональной плоскостью при текущем значении угловой координаты ψ;
пер. - периферийный контур проточной части рабочего колеса в меридиональном ее сечении;
i - порядковый номер отрезка при разбиении проточной части меридионального контура на n частей по значению угла ψ;
n - число частей при разбиении проточной части меридионального контура по значению угла ψ;
RA - расстояние от центра поворота прямой линии до точки пересечения данной прямой с периферийным контуром меридионального сечения проточной части рабочего колеса при принятом значении угла ψ;
ψ - угловая координата рабочего колеса в пределах ее меридиональной плоскости, начало которой берется от перпендикуляра к оси колеса, проходящего через центр поворота прямой, и прямой, при пересечении которой с меридиональным контуром получены периферийные и втулочные точки, при повороте которых по дуге окружности на угол ϕ от меридиональной плоскости образуются концы средней линии лопатки;
βл пер - угол лопатки на периферийном контуре проточной части меридионального сечения рабочего колеса;
Нo - расстояние от оси рабочего колеса до центра поворота прямой линии;
вт.- втулочный контур проточной части рабочего колеса в меридиональном ее сечении;
βл вт - угол лопатки на втулочном контуре проточной части меридионального сечения рабочего колеса;
RБ - расстояние от центра поворота прямой линии до точки пересечения данной прямой с втулочным контуром меридионального сечения проточной части рабочего колеса при принятом значении угла ψ.
Данный расчет проводится как для периферийного, так и для втулочного контуров. Величины βл пepi и βл втi, RAi, RБi=f(ψ) получены из расчета потока в канале колеса. При полученных значениях ϕпepi=f(ψ) и ϕвтi=f(ψ) определяется положение скелетной линии лопатки (см. рис. 2, 3).
При работе центробежного компрессора газу, поступающему в межлопаточные каналы, передается кинетическая энергия вращающегося рабочего колеса 1 (фиг. 1). Существующая разность давлений рабочего тела в межлопаточном канале вызывает вторичные течения, перпендикулярные к основному потоку, которые направлены от стороны давления к стороне разрежения, а также от корневой части к периферии пера лопатки рабочего колеса. Интенсивность вторичных течений зависит от величины углов лопатки βл пер и βл вт, а получение оптимального распределения данных углов вдоль меридионального контура колеса способствует снижению потерь от вихреобразования при смешивании и повышает КПД компрессора в целом.
Согласно представленному в описании техническому решению изготовлены образцы рабочего колеса центробежного одноступенчатого компрессора со степенью сжатия πк=6-8, прошедшие испытания в профиле реального газотурбинного наземного транспортного двигателя, на котором повышен коэффициент полезного действия компрессора на 2%, что подтверждает заявленный технический результат.
Claims (16)
1. Рабочее колесо центробежного компрессора, содержащее несущий диск, на котором установлены лопатки с переменными по длине канала углами βл пер и βл вт на его периферийном и втулочном контурах проточной части рабочего колеса, отличающийся тем, что средняя поверхность пера каждой лопатки выполнена в виде поверхности, полученной перемещением прямолинейного отрезка, концы которого получены перемещением точек пересечения с периферийным и втулочным контурами меридионального сечения проточной части рабочего колеса прямой линией, совершающей поворот в меридиональной плоскости рабочего колеса с постоянным центром на угол ψ от перпендикуляра к оси рабочего колеса, проходящего через центр поворота прямой, и прямой линией от входной кромки лопатки до выходной по дуге окружности на углы ϕпер и ϕвт между меридиональной плоскостью и радиусами данной окружности, проходящими от оси колеса в данные точки, а геометрические параметры рабочего колеса выполнены с учетом обеспечения соотношений
где
ϕ - угол между радиусом, проходящим через концы средней линии лопатки, и меридиональной плоскостью при текущем значении угловой координаты ψ;
пер. - периферийный контур проточной части рабочего колеса в меридиональном ее сечении;
i - порядковый номер отрезка при разбиении проточной части меридионального контура на n частей по значению угла ψ;
n - число частей при разбиении проточной части меридионального контура по значению угла ψ;
RA - расстояние от центра поворота прямой линии до точки пересечения данной прямой с периферийным контуром меридионального сечения проточной части рабочего колеса при принятом значении угла ψ;
ψ - угловая координата рабочего колеса в пределах ее меридиональной плоскости, начало которой берется от перпендикуляра к оси колеса, проходящего через центр поворота прямой, и прямой, при пересечении которой с меридиональным контуром получены периферийные и втулочные точки, при повороте которых по дуге окружности на угол ϕ от меридиональной плоскости образуются концы средней линии лопатки;
βл пер - угол лопатки на периферийном контуре проточной части меридионального сечения рабочего колеса;
Н0 - расстояние от оси рабочего колеса до центра поворота прямой линии;
вт. - втулочный контур проточной части рабочего колеса в меридиональном ее сечении;
RБ - расстояние от центра поворота прямой линии до точки пересечения данной прямой с втулочным контуром меридионального сечения проточной части рабочего колеса при принятом значении угла ψ;
βл вт - угол лопатки на втулочном контуре проточной части меридионального сечения рабочего колеса.
2. Рабочее колесо по п. 1, отличающееся тем, что величины углов ϕпер и ϕвт поворота вокруг оси колеса концов средней линии лопатки могут иметь как равные, так и различные значения.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016116992A RU2615566C1 (ru) | 2016-04-28 | 2016-04-28 | Рабочее колесо центробежного компрессора |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016116992A RU2615566C1 (ru) | 2016-04-28 | 2016-04-28 | Рабочее колесо центробежного компрессора |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2615566C1 true RU2615566C1 (ru) | 2017-04-05 |
Family
ID=58505602
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016116992A RU2615566C1 (ru) | 2016-04-28 | 2016-04-28 | Рабочее колесо центробежного компрессора |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2615566C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0575763A1 (de) * | 1992-06-20 | 1993-12-29 | Robert Bosch Gmbh | Laufrad für einen Radiallüfter |
RU6588U1 (ru) * | 1997-04-02 | 1998-05-16 | Акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров" | Рабочее колесо центробежного компрессора |
DE102010039889A1 (de) * | 2010-08-27 | 2012-03-01 | Man Diesel & Turbo Se | Vorrichtung zur Anordnung eines Verdichterrads an einer Antriebswelle einer Strömungsmaschine |
RU2449179C1 (ru) * | 2010-12-10 | 2012-04-27 | Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. Шнеппа" | Рабочее колесо центробежного компрессора |
-
2016
- 2016-04-28 RU RU2016116992A patent/RU2615566C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0575763A1 (de) * | 1992-06-20 | 1993-12-29 | Robert Bosch Gmbh | Laufrad für einen Radiallüfter |
RU6588U1 (ru) * | 1997-04-02 | 1998-05-16 | Акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров" | Рабочее колесо центробежного компрессора |
DE102010039889A1 (de) * | 2010-08-27 | 2012-03-01 | Man Diesel & Turbo Se | Vorrichtung zur Anordnung eines Verdichterrads an einer Antriebswelle einer Strömungsmaschine |
RU2449179C1 (ru) * | 2010-12-10 | 2012-04-27 | Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. Шнеппа" | Рабочее колесо центробежного компрессора |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9587646B2 (en) | Centrifugal compressor diffuser vanelet | |
EP0671563B1 (en) | Axial-flow pumps | |
EP2623794B1 (en) | Centrifugal compressor diffuser | |
RU2651905C2 (ru) | Лопаточный диффузор радиального или диагонального компрессора | |
US10221854B2 (en) | Impeller and rotary machine provided with same | |
JP3393653B2 (ja) | ポンプ輸送または多相圧縮装置とその用途 | |
CN104358707A (zh) | 一种带长短折边叶片的无堵塞旋流泵叶轮设计方法 | |
US11035380B2 (en) | Diffuser vane and centrifugal compressor | |
RU2615566C1 (ru) | Рабочее колесо центробежного компрессора | |
CN107624150B (zh) | 导向叶片、径流式压缩机、废气涡轮增压器 | |
RU152113U1 (ru) | Антикавитационное осецентробежное рабочее колесо циркуляционного насоса для высокотемпературного теплоносителя | |
RU2646984C1 (ru) | Радиальная лопаточная решётка центробежного колеса | |
RU2631846C1 (ru) | Радиальный лопаточный диффузор центробежного компрессора | |
RU105695U1 (ru) | Направляющий аппарат центробежного насоса | |
RU2537205C1 (ru) | Магистральный нефтяной насос и рабочее колесо магистрального нефтяного насоса | |
RU2606294C1 (ru) | Рабочее колесо высокооборотного осевого вентилятора | |
DK147187B (da) | Diffusor til en aksialpumpe eller halvaksialpumpe | |
RU2727275C1 (ru) | Рабочее колесо центробежного насоса | |
RU155495U1 (ru) | Лопатка рабочего колеса ротора компрессора низкого давления газотурбинного двигателя | |
RU2448279C1 (ru) | Направляющий аппарат центробежного насоса | |
RU2334129C1 (ru) | Осерадиальное рабочее колесо компрессора | |
RU2754049C1 (ru) | Ступень лопастного многоступенчатого насоса | |
RU2611122C1 (ru) | Рабочее колесо центробежного насоса | |
RU2511956C1 (ru) | Рабочее колесо центробежного компрессора | |
RU155496U1 (ru) | Лопатка рабочего колеса ротора компрессора низкого давления газотурбинного двигателя |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190429 |