RU2662989C1 - Способ изготовления рабочего колеса радиального турбогенератора, ступень - Google Patents

Способ изготовления рабочего колеса радиального турбогенератора, ступень Download PDF

Info

Publication number
RU2662989C1
RU2662989C1 RU2017120316A RU2017120316A RU2662989C1 RU 2662989 C1 RU2662989 C1 RU 2662989C1 RU 2017120316 A RU2017120316 A RU 2017120316A RU 2017120316 A RU2017120316 A RU 2017120316A RU 2662989 C1 RU2662989 C1 RU 2662989C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
impeller
radial
hub
imp
distance
Prior art date
Application number
RU2017120316A
Other languages
English (en)
Inventor
Вернер ЙОНЕН
Original Assignee
Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сименс Акциенгезелльшафт filed Critical Сименс Акциенгезелльшафт
Application granted granted Critical
Publication of RU2662989C1 publication Critical patent/RU2662989C1/ru

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
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/68—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers
    • F04D29/681—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/04—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines
    • F01D5/043—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines of the axial inlet- radial outlet, or vice versa, type
    • F01D5/048—Form or construction
    • 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
    • F04D29/02—Selection of particular materials
    • 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
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/2261—Rotors specially for centrifugal pumps with special measures
    • F04D29/2272—Rotors specially for centrifugal pumps with special measures for influencing flow or boundary layer
    • 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
    • F04D29/40—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
    • F04D29/441—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for elastic fluid 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
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/50—Building or constructing in particular ways
    • 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
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/20—Rotors
    • F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/31—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor with roughened surfaces
    • 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
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/50—Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/516—Surface roughness

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Изобретение касается рабочего колеса (IMP) радиального турбогенератора (RTF), содержащего: диск колеса (SW), защитную шайбу (CW), лопатки (BL), ступицу (HB), причём ступица (HB) выполнена таким образом, что её можно монтировать на распространяющемся вдоль оси (X) валу (SH), диск колеса (SW) распространяется радиально, защитная шайба (CW) соединяется с диском колеса (SW) при помощи лопаток (BL) таким образом, что между диском колеса (SW) и защитной шайбой (CW) посредством лопаток (BL) в окружном направлении в радиальной зоне рабочего колеса (IMP) в окружном направлении определяются отделённые друг от друга каналы (FC). Рабочее колесо (IMP) имеет первый сквозной проход для потока (О1) в осевом направлении, в радиальной близости от ступицы (HB), рабочее колесо (IMP) имеет второй сквозной проход для потока (О2) в радиальном направлении, расположенный от ступицы (HB) дальше, чем первый сквозной проход для потока (О1). Для снижения потерь потока при одновременной оптимизации затрат на изготовление предлагается, чтобы обращённая к диску колеса (SW) поверхность защитной шайбы (CW) имела меньшую шероховатость, чем обращённая к защитной шайбе (CW) поверхность диска колеса (SW). 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к рабочему колесу радиального турбогенератора, содержащего: диск колеса, защитную шайбу, лопатки и ступицу. При этом ступица выполнена таким образом, что её можно монтировать на распространяющемся вдоль оси валу, причём диск колеса, начиная от ступицы, распространяется, по существу, радиально, причём защитная шайба соединяется с диском колеса при помощи лопаток таким образом, что между диском колеса и защитной шайбой посредством лопаток в окружном направлении, по меньшей мере, в одной радиальной зоне рабочего колеса в окружном направлении определяются отделённые друг от друга каналы, причём рабочее колесо имеет первый сквозной проход для потока, по существу, в осевом направлении, в радиальной близости от ступицы, причём рабочее колесо имеет второй сквозной проход для потока, по существу, в радиальном направлении, расположенный от ступицы дальше, чем первый сквозной проход для потока. Кроме того, изобретение касается ступени, содержащей определённое таким образом рабочее колесо.
Наряду с этим, в изобретении предлагается, кроме того, способ для изготовления обтекаемого потоком, вращающегося элемента конструкции энергомашины.
Такие турбогенераторы известны как компрессоры или экспандеры. В них радиальная конструкция рабочего колеса возможна открытого или закрытого типа, причём изобретение касается закрытого рабочего колеса, так что защитная шайба, в отличие от диска колеса, определяет отдельные каналы в осевом и в радиальном направлении. При протекании рабочей среды через рабочие колёса и при обтекании радиальных рабочих колёс рабочей средой на обтекаемых поверхностях возникают обусловленные трением потери давления, которые снижают коэффициент полезного действия турбомашины. При соответствующих рабочих условиях, включающих тип газа, давление и температуру рабочей среды, локальные, обусловленные трением, потери давления зависят от локальной скорости потока, а также от локальной шероховатости обтекаемых поверхностей.
Из документа ЕР 0593797 В1 известно, что, зная шероховатость элементов конструкции, можно целенаправленно воздействовать на поток и применять эти знания при работе с радиальным турбокомпрессором.
Исходя из описанных недостатков уровня техники, задача изобретения заключается в том, чтобы улучшить коэффициент полезного действия радиальных турбогенераторов указанного в начале типа, не увеличивая необходимые для этого расходы на изготовление. Для решения предложенной в изобретении задачи предлагается рабочее колесо определённого в начале типа с дополнительными признаками, перечисленными в независимом пункте 1 формулы изобретения. Кроме того, предлагается ступень согласно зависимому пункту 8 формулы изобретения. Соответствующие приведённые ниже пункты формулы изобретения содержат предпочтительные варианты выполнения изобретения.
В плане своей терминологии изобретение исходит из того, что во время технологического процесса на соответствующих компонентах предложенного в изобретении рабочего колеса (защитная шайба, диск колеса, лопатки и ступица), прежде всего, предусмотрена единая шероховатость, и эта шероховатость уменьшается в предложенных в изобретении соответствующих зонах посредством дополнительной обработки. Таким образом, постоянно возникают поверхностные зоны, в которых шероховатость более низкая, и другие зоны, в которых такая обработка не была проведена, и где, наоборот, шероховатость более высокая. Принципиально, согласно изобретению, также возможно придавать шероховатость тем зонам, в которых шероховатость, наоборот, снижена. Однако такой вариант менее предпочтителен.
Большие потери давления возникают там, где имеются большие локальные скорости потоков и локальные шероховатости обтекаемых поверхностей. Обычно для обтекаемых потоком поверхностей указанных в начале рабочих колёс, которые также называются радиальными колёсами, как в каналах лопаток, то есть в отношении поверхностей лопаток, или в основаниях каналов рабочих колёс внутри рабочего колеса, так и снаружи на дисках колёс, или на защитных шайбах, требуется, соответственно, единая максимально допустимая шероховатость. Эта шероховатость указывается, например, с помощью нормированного обозначения RZ12. Такая единая шероховатость требуется, в частности, в тех случаях, когда соответствующие поверхности изготавливаются из одного элемента конструкции или из одной заготовки или вместе прошли заключительный технологический процесс обработки.
Из документов US 2007/0134086 А1, US 2471174 А1, EP 0593797 81, WO 2013/162896 A1 уже известны турбомашины, которые частично имеют основные признаки.
Существовавшая до сих пор практика выполнять рабочее колесо и соответствующие элементы конструкции турбогенератора, которые обтекаются потоком, с единым качеством поверхности приводит к большим производственным затратам и к большим расходам на проведение экспериментов, чтобы, таким образом, минимизировать обусловленные этим потери потока. Соответствующую полировку и мероприятия для снижения шероховатости поверхности часто приходится проводить вручную, и поэтому являются очень дорогостоящими. Это изобретение помогает избежать часть таких расходов.
В вышеприведённом основном определении рабочего колеса в качестве, по меньшей мере, отдельного понятия, вводится ступица. Как правило, ступица выполнена с диском колеса в виде единой детали и, в соответствии с этим, её можно только мысленно отделить вследствие её функции соединения с валом. В связи с этим возможно, чтобы ступица, диск колеса и лопатки выполнялись в виде единой детали или изготавливались даже из одной единственной первичной заготовки. Помимо этого возможно, кроме того, чтобы защитная шайба, лопатки, диск колеса и ступица были выполнены в виде одной детали или изготавливались даже из одной единственной первичной заготовки, например, с помощью современного способа фрезерования или с помощью электроэрозионной обработки. В ходе последних разработок также возможно изготовление с помощью «Аддитивного производства».
Идея изобретения заключается в том, что локальная скорость потока обычно зачастую не всегда соответствует данной локальной шероховатости поверхности. Таким образом, возникают большие, обусловленные трением, потери давления в зонах, где встречаются высокие скорости потока и одновременно высокие значения шероховатости. В изобретении предлагается, кроме того, в зоне с высокими значениями скорости потока обтекаемые потоком поверхности выполнять с меньшей шероховатостью, чем в зоне с меньшими скоростями потока.
Помимо этого, в изобретении предлагается, кроме того, способ для изготовления обтекаемого потоком вращающегося элемента конструкции энергомашины, со следующими этапами:
а. технический расчёт элемента конструкции,
б. определение, по меньшей мере, одного предельного значения для первого частного от деления скорости обтекающего потока поверхностных зон элемента конструкции на расстоянии δ на окружную скорость соответственно по отношению к расчётной рабочей точке,
в. определение поверхностных зон элемента конструкции, в которых первое частное от деления лежит выше предельного значения,
г. изготовление элемента конструкции с обеспечением, по меньшей мере, двух различных значений шероховатости поверхностных зон, первого с более низкой шероховатостью, по меньшей мере, в некоторых поверхностных зонах, в которых первое частное от деления лежит выше предельного значения, и обеспечение или разрешение более высокой шероховатости, по меньшей мере, в некоторых поверхностных зонах, в которых первое частное от деления лежит ниже предельного значения.
Помимо этого изобретение касается элемента конструкции, который был изготовлен в соответствии с предварительно определённым способом. При этом особенно предпочтительно рабочее колесо радиального турбогенератора, в частности радиального турбокомпрессора.
В одном предпочтительном варианте выполнения способа предусматривается, что элемент конструкции изготавливается из цельной заготовки. В другом преимущественном варианте выполнения изобретения предусматривается, что элемент конструкции выполнен в виде цельного изделия, причём предпочтительно на элементе конструкции не предусмотрены разборные, неразрушающиеся, составные части. В другом преимущественном варианте выполнения изобретения предусматривается, что на стадии технологического процесса поверхностные зоны, которые относятся к первой группе поверхностных зон, проходят обработку, которая снижает шероховатость поверхности. В другом преимущественном варианте выполнения изобретения предусматривается, что на другом этапе обработки поверхностные зоны, которые относятся ко второй группе поверхностных зон, проходят обработку, которая увеличивает шероховатость поверхности.
Далее изобретение описывается более подробно при помощи специальных примеров выполнения со ссылкой на обозначения, приведённые на чертежах. На чертежах представлено следующее:
фиг. 1 - продольное сечение вдоль оси ротора радиального турбогенератора через предложенное в изобретении рабочее колесо;
фиг. 2 - увеличенное изображение согласно II по фиг. 1;
фиг. 3 - блок-схема последовательности выполнения предложенного в изобретении способа.
На фиг. 1 показано рабочее колесо IMP радиального турбогенератора RTF, который схематично демонстрируется здесь в виде фрагментов со ступенью STA. При работе в качестве компрессора поток рабочей среды PF протекает через рабочее колесо IMP вдоль направления основного потока MFD. Если рабочее колесо IMP используется в выполненном в виде турбины радиальном турбогенераторе, технологическая рабочая среда PF направлена вдоль направления основного потока MFD', противоположном направлению основного потока MFD для компрессора. Если в дальнейшем имеется ссылка на конкретное направление основного потока MFD, MFD', то речь идёт о варианте выполнения радиального турбогенератора RTF в виде компрессора, не ограничивая изобретение компрессором.
Рабочее колесо IMP содержит диск колеса SW, лопатки BL и защитные шайбы CW, причём диск колеса SW содержит ступицу HB. При помощи ступицы HB рабочее колесо IMP монтируется на не показанном валу SH, который распространяется вдоль оси вращения X. К этой оси вращения Х в дальнейшем относятся все понятия, которые касаются оси, например осевые, радиальные, окружное направление, и т.д., если не указано другое.
В показанном примере лопатка BL оформлена скрученной в трёхмерном пространстве в направлении по ширине канала FC. Такое оформление типично для рабочих колёс, которые имеют высокую пропускную способность. Лопатки BL распространяются, главным образом, не только на радиально проходящем участке канала FC, но также на проходящем в осевом направлении участке.
Изобретение также целесообразно применять в отношении рабочих колёс IMP с лопатками BL, которые находятся, главным образом, на распространяющемся радиально участке. Такие рабочие колёса IMP устанавливаются зачастую в так называемых компрессорах высокого давления и, в большинстве случаев, имеют, главным образом, лопатки BL, оформленные цилиндрическими.
Диск колеса SW простирается, начиная от ступицы НВ, главным образом, радиально. Защитная шайба CW соединена при помощи лопаток BL с диском колеса SW. Таким образом, между диском колеса SW и защитной шайбой CW посредством лопаток BL в окружном направлении, по меньшей мере, в одной радиальной зоне рабочего колёса IMP образуются отделённые друг от друга каналы FC. В радиальных зонах, в которых лопатки BL не распространяются, в окружном направлении канала FC такое отделение не выполняется, причём, кроме того, общий канал в радиальном и в осевом направлении определяется посредством диска колеса SW и защитной шайбы SC.
Главным образом, в центре между диском колеса SW и защитной шайбой CW, начиная от осевого направления в зоне входа потока, в случае компрессора, направление основного потока MFD распространяется вдоль отклонения в радиальном направлении к выходу из рабочего колёса IMP. Обозначенный для случая радиального турбокомпрессора в виде входа участок рабочего колёса IMP с целью общей универсальности в плане терминологии называется в изобретении первым сквозным проходом для потока О1. Аналогично, выход называется вторым сквозным проходом для потока О2.
Рабочее колесо IMP окружено статором STO, который определяет так называемые боковые пространства колеса WSC по обеим сторонам рабочего колёса IMP с помощью расстояния между рабочим колесом IMP и статором STO.
Для примера с левой стороны рабочего колёса IMP показано, как боковое пространство колеса WSC уплотнено при помощи образованного в виде лабиринта уплотнения вала, чтобы обводной поток не попадал через боковое пространство колеса WSC в канал FC рабочего колёса IMP. Аналогичное, не показанное здесь на фигуре, уплотнение находится на правой стороне рабочего колёса IMP. Канал FC рабочего колёса IMP входит в кольцевое пространство RC статора STO в радиальном направлении, так что в случае компрессора технологическая рабочая среда FD может проходить в продолжение направления выходного потока MFD из рабочего колёса IMP и не показанная в данном случае, завершающая возвратная ступень направлена к более широкому рабочему колёсу IMP или в сборный резервуар с целью дальнейшего вытекания её из радиального турбогенератора RTF.
Обращённая к диску колеса SW поверхность защитной шайбы CW образована, по меньшей мере, местами, в примере полностью, с меньшей шероховатостью, чем обращённая к защитной шайбе поверхность диска колеса SW. При этом предусмотрено, что лопатки BL в расположенной ближе к защитной шайбе и на границе с защитной шайбой CW первой поверхностной зоне BLA1 имеют меньшую шероховатость, чем во второй, расположенной дальше от защитной шайбы CW, поверхностной зоне BLA2. Кроме того, предусмотрено, что первая поверхностная зона BLA1 лопаток с увеличением расстояния от ступицы HB имеет сужающуюся часть канала FC вертикально относительно направления основного потока MFD. Детально – в представленном случае оформленная скрученной в трёхмерном пространстве в направлении по ширине канала FC лопатка BL – первая поверхностная зона лопатки BLA1 на участке, который находится ближе всего к ступице НВ, на расстоянии, составляющем более 40% ширины канала FC, распространяется вертикально относительно направления основного потока MFD и постоянно уменьшается до расположенного дальше от ступицы НВ участка в радиальном направлении на расстоянии, составляющем менее чем 35% ширины канала FC вертикально относительно направления основного потока MFD.
Наряду с внутренней поверхностью рабочего колёса IMP также часть внешней поверхности рабочего колёса IMP обрабатывается в отношении шероховатости с целью снижения потерь. Защитная шайба CW выполнена на противоположной от лопаток BL поверхности в третьей поверхностной зоне CWA3 с меньшей шероховатостью, чем в другой, четвёртой поверхностной зоне CWA4. При этом третья поверхностная зона CWA3 распространяется радиально по внешней поверхности защитной шайбы CW на расстоянии до 50% радиального распространения защитной шайбы CW. На чертеже указан меньший диаметр сниженной шероховатости DRZ, причём эта зона распространяется до внешнего диаметра D2 рабочего колёса IMP. В конкретном примере выполнения минимальный диаметры защитной шайбы CW и диска колеса SW со сниженной шероховатостью DRZ выполнены идентичными. На практике соответствующие диаметры со стороны защитной шайбы и со стороны диска колеса могут отличаться. Диск колеса на обращённой к лопаткам поверхности в пятой поверхностной зоне SWA5 имеет меньшую шероховатость, чем в другой, шестой, поверхностной зоне SWA6. Пятая поверхностная зона SWA5 специально выполнена расширяющейся радиально по внешней поверхности диска колеса и составляет до 50% радиального распространения диска колеса.
Радиальная, внешняя, распространяющаяся в окружном направлении, кольцеобразная поверхность кромки ES как защитной шайбы CW, так и диска колеса SW, выполнена, соответственно, с меньшей шероховатостью, чем в других зонах, которые не имеют меньшую шероховатость. Преимущественно и целесообразно использовать такую меньшую шероховатость также на внешних краях лопаток.
На фиг. 3 в схематичном виде показана блок-схема последовательности выполнения предложенного в изобретении способа для изготовления обтекаемых потоком элементов конструкции COM энергомашины FEM. При этом речь идёт, например, о рабочем колесе IMP или детали ступени STA, которые обтекаются потоком. С учётом данных термодинамики THD, в способе предусматривается изготовление обтекаемого потоком элемента конструкции СОМ из заготовки GRN.
На первом шаге a. выполняется технический расчёт элемента конструкции СОМ с учётом данных термодинамики THD. Первый шаг расчёта является основанием для второго шага б., на котором устанавливается предельное значение LIM; для расчёта первого частного Q01 скорость обтекающего потока VL в поверхностных зонах SUA элемента конструкции СОМ на расстоянии δ делят на окружную скорость UV соответственно в одной расчётной рабочей точке. Эту скорость обтекающего потока VL следует брать из соответствующего технического вычисления на определённом расстоянии δ от самих поверхностей элемента конструкции. Окружная скорость получается в расчётной рабочей точке непосредственно для соответствующего диаметра и числа оборотов (n, ω). В то время как в примере на фиг. 3 для первого частного Q01 устанавливается только одно предельное значение LIM, возможно, чтобы в рамках изобретения устанавливались также зоны значений частного, определённые нижними и верхними предельными значениями, которым на следующих шагах соответствуют поверхностные зоны SUA, в которых в рамках изготовления предусматриваются различные шероховатости.
На третьем шаге в. с ссылкой на предельное значение LIM устанавливается поверхностная зона SUA, которая в отношении первого частного Q01 лежит выше предельного значения. В примере выполнения фиг. 3 соответственно поверхность элемента конструкции СОМ поделена на две группы; одна группа – для которой первое частное Q01 лежит выше предельного значения LIM, и вторая группа – для которой первое частное Q01 лежит ниже предельного значения LIM.
Четвёртый шаг г. касается изготовления элемента конструкции СОМ из заготовки и получения, по меньшей мере, двух различных шероховатостей RZ для поверхностных зон SUA. Заготовка GRN может представлять собой необработанное изделие, предназначенное для фрезерования, и быть выполненным из сплошного материала, в виде полуфабриката, в виде кусков или также в форме порошка, предназначенных для спекания, или в виде другого сырья, предназначенных для изготовления элемента конструкции СОМ. Решающим в смысле изобретения является то, что качество поверхности согласно изобретению определяется на этапе обработки. Первая, меньшая шероховатость RZ изготавливается, по меньшей мере, в некоторых поверхностных зонах SUA, в которых скорость обтекающего потока VL лежит выше предельного значения LIM. Более высокая шероховатость RZ изготавливается или сохраняется, по меньшей мере, в некоторых поверхностных зонах SUA, в которых скорость обтекающего потока VL лежит ниже предельного значения LIM.
Результатом предложенного в изобретении способа является элемент конструкции СОМ энергомашины FEM.

Claims (34)

1. Способ изготовления рабочего колеса (IMP) радиального турбогенератора, при котором выполняют следующие этапы:
а. технический расчёт элемента конструкции (СОМ),
б. определение, по меньшей мере, одного предельного значения (LIM) для первого частного от деления (Q01) скорости обтекающего потока (VL) поверхностных зон (SUA) элемента конструкции (СОМ) на расстоянии (δ) на окружную скорость (UV) соответственно по отношению к расчётной рабочей точке,
в. определение поверхностных зон (SUA) элемента конструкции (СОМ), в которых первое частное от деления (Q01) лежит выше предельного значения (LIM),
г. изготовление элемента конструкции (СОМ) с обеспечением, по меньшей мере, двух различных значений шероховатости (RZ) поверхностных зон (SUA), первого с более низкой шероховатостью (RZ), по меньшей мере, в некоторых поверхностных зонах (SUA), в которых первое частное от деления (Q01) лежит выше предельного значения (LIM), и обеспечение или разрешение более высокой шероховатости, по меньшей мере, в некоторых поверхностных зонах (SUA), в которых первое частное от деления (Q01) лежит ниже предельного значения (LIM).
2. Рабочее колесо (IMP) радиального турбогенератора (RTF), изготовленное с помощью способа по п. 1, содержащее:
- диск колеса (SW),
- защитную шайбу (CW),
- лопатки (BL),
- ступицу (HB),
причём ступица (HB) выполнена с возможностью ее установки на проходящем вдоль оси (X) валу (SH),
причём диск колеса (SW), начиная от ступицы (HB), проходит, по существу, радиально,
причём защитная шайба (CW) соединена с диском колеса (SW) при помощи лопаток (BL) таким образом, что между диском колеса (SW) и защитной шайбой (CW) посредством лопаток (BL) в окружном направлении, по меньшей мере, в одной радиальной зоне рабочего колеса (IMP) в окружном направлении определяются отделённые друг от друга каналы (FC),
причём рабочее колесо (IMP) имеет первый сквозной проход для потока (О1), по существу, в осевом направлении, в радиальной близости от ступицы (HB),
причём рабочее колесо (IMP) имеет второй сквозной проход для потока (О2), по существу, в радиальном направлении, расположенный от ступицы (HB) дальше, чем первый сквозной проход для потока (О1),
отличающееся тем, что обращённая к диску колеса (SW) поверхность защитной шайбы (CW) имеет, по меньшей мере местами, меньшую шероховатость, чем обращённая к защитной шайбе (CW) поверхность диска колеса (SW).
3. Рабочее колесо по п. 2, отличающееся тем, что лопатки (BL) в расположенной ближе к защитной шайбе и на границе с защитной шайбой (CW) первой поверхностной зоне (BLA1) имеют меньшую шероховатость, чем во второй, расположенной дальше от защитной шайбы (CW), поверхностной зоне (BLA2).
4. Рабочее колесо по п. 3, отличающееся тем, что первая поверхностная зона лопаток (BLA1) с увеличением расстояния от ступицы (HB) имеет сужающуюся часть канала (FC) вертикально относительно направления основного потока (MFD).
5. Рабочее колесо по п. 4, отличающееся тем, что
лопатка (BL) выполнена в виде скрученной в трёхмерном пространстве лопатки (BL),
причём первая поверхностная зона лопатки (BLA1) на участке, который расположен ближе всего к ступице (НВ), на расстоянии, составляющем более 40% ширины канала (FC), распространяется вертикально относительно направления основного потока (MFD) и постоянно уменьшается до удаленного от ступицы (НВ) участка в радиальном направлении на расстоянии, составляющем менее чем 35% ширины канала (FC) вертикально относительно направления основного потока (MFD).
6. Рабочее колесо по п. 3, отличающееся тем, что лопатка (BL) выполнена, по существу, в виде цилиндрической лопатки (BL),
причём первая поверхностная зона лопатки (BLA1) на участке, который расположен ближе всего к ступице (НВ), на расстоянии, составляющем более 40% ширины канала (FC), распространяется вертикально относительно направления основного потока (MFD) и постоянно увеличивается до удаленного от ступицы (НВ) участка на расстоянии, составляющем более чем 70% ширины канала (FC) вертикально относительно направления основного потока (MFD).
7. Рабочее колесо по любому из пп. 2-6, отличающееся тем, что
защитная шайба (CW) на противоположной от лопаток (BL) поверхности в третьей поверхностной зоне (CWA3) имеет меньшую шероховатость, чем в другой, четвёртой, поверхностной зоне (CWA4),
причём третья поверхностная зона (CWA3) простирается радиально по внешней поверхности защитной шайбы (CW) на расстоянии до 50% радиального распространения защитной шайбы (CW).
8. Рабочее колесо по любому из пп. 2-7, отличающееся тем, что
диск колеса (SW) на обращённой к лопаткам (BL) поверхности в пятой поверхностной зоне (SWA5) имеет меньшую шероховатость, чем в другой, шестой, поверхностной зоне (SWA6),
причём пятая поверхностная зона (SWA5) простирается радиально по внешней поверхности диска колеса (SW) на расстоянии, составляющем от 10% до 50% радиального распространения диска колеса (SW).
9. Рабочее колесо по любому из пп. 2-8, отличающееся тем, что
защитная шайба (CW) и/или диск колеса (SW) имеет соответственно радиальную, внешнюю, распространяющуюся в окружном направлении, поверхность кромки (ES), которая выполнена с меньшей шероховатостью, чем в других зонах, которые не имеют меньшую шероховатость.
10. Ступень (STA) радиального турбогенератора (RTF), содержащего вращающееся рабочее колесо (IMP) по любому из пп. 2-9, и окружающий рабочее колесо (IMP) статор (STO),
причём статор (STO) имеет примыкающее ко второму сквозному проходу для потока (О2) кольцевое пространство (RC), которое простирается, по существу, радиально и в окружном направлении,
причём примыкающий ко второму сквозному проходу для потока (О2) участок кольцевого пространства (RC) на расстоянии, составляющем более чем 15% радиального распространения кольцевого пространства (RC) седьмой поверхностной зоны (RCA7), имеет меньшую шероховатость, чем в восьмой поверхностной зоне (RCA8) остального радиального распространения.
RU2017120316A 2014-11-10 2015-10-21 Способ изготовления рабочего колеса радиального турбогенератора, ступень RU2662989C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014222877.8 2014-11-10
DE102014222877.8A DE102014222877A1 (de) 2014-11-10 2014-11-10 Laufrad einer Radialturbofluidenergiemaschine, Stufe
PCT/EP2015/074293 WO2016074889A1 (de) 2014-11-10 2015-10-21 Laufrad einer radialturbofluidenergiemaschine, stufe

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2662989C1 true RU2662989C1 (ru) 2018-07-31

Family

ID=54365204

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017120316A RU2662989C1 (ru) 2014-11-10 2015-10-21 Способ изготовления рабочего колеса радиального турбогенератора, ступень

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20170314576A1 (ru)
EP (1) EP3183460A1 (ru)
CN (1) CN107002701A (ru)
DE (1) DE102014222877A1 (ru)
RU (1) RU2662989C1 (ru)
WO (1) WO2016074889A1 (ru)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3460256A1 (de) * 2017-09-20 2019-03-27 Siemens Aktiengesellschaft Durchströmbare anordnung
DE102018132978A1 (de) * 2018-12-19 2020-06-25 Ebm-Papst Mulfingen Gmbh & Co. Kg Turboverdichter mit angepasster Meridiankontur der Schaufeln und Verdichterwand
WO2023165737A1 (en) * 2022-03-04 2023-09-07 Cryostar Sas Method for manufacturing an impeller
CN114876865A (zh) * 2022-06-07 2022-08-09 上海齐耀动力技术有限公司 一种超临界二氧化碳压缩机叶轮封严结构及压缩机

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000227084A (ja) * 1999-02-05 2000-08-15 Nikkiso Co Ltd 遠心ポンプ
RU2183772C2 (ru) * 2000-04-17 2002-06-20 Закрытое акционерное общество "Тольяттинский завод автоагрегатов" Турбина
US20100316502A1 (en) * 2009-06-10 2010-12-16 Khanhson Pham Method of manufacturing impeller of centrifugal rotary machine and impeller of centrifugal rotary machine
DE102012205953A1 (de) * 2012-04-12 2013-10-17 Continental Automotive Gmbh Abgasturbolader mit erhöhter spezifischer Leistung

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US840771A (en) * 1906-05-12 1907-01-08 Amariah W Jackson Steam turbine-engine.
US2471174A (en) * 1947-04-24 1949-05-24 Clark Bros Co Inc Centrifugal compressor stability means
JPS5756698A (en) * 1980-09-19 1982-04-05 Hitachi Ltd Diffuser for centrifugal compressor
EP0593797B1 (de) 1992-10-17 1996-07-10 Asea Brown Boveri Ag Stabilisierungseinrichtung zur Kennfelderweiterung eines Verdichters
DE19722353A1 (de) * 1997-05-28 1998-12-03 Klein Schanzlin & Becker Ag Kreiselpumpe mit einer Einlaufleiteinrichtung
CN1114045C (zh) * 1998-04-24 2003-07-09 株式会社荏原制作所 混流泵
JP2003201994A (ja) * 2001-12-28 2003-07-18 Ebara Corp 遠心ポンプ
EP1707824A4 (en) * 2003-12-03 2007-05-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd WHEEL FOR COMPRESSORS
JP2007024582A (ja) * 2005-07-13 2007-02-01 Agilent Technol Inc 表示パネルの検査装置、及びそれに用いるインターフェース
FR2927670B1 (fr) * 2008-02-15 2010-03-19 Alstom Hydro France Roue pour machine hydraulique, machine hydraulique comprenant une telle roue et installation de conversion d'energie equipee d'une telle machine hydraulique.
CN102418028B (zh) * 2011-12-12 2013-04-24 大丰市海纳机械有限公司 轿车冷却水泵专用叶轮及其铸造工艺
DE112013001660T5 (de) * 2012-04-23 2014-12-24 Borgwarner Inc. Turbolader-Schaufelversteifungsband mit kreuzweisen Nuten und Turbolader mit Turbolader-Schaufelversteifungsband mit kreuzweisen Nuten
JP2013253505A (ja) * 2012-06-05 2013-12-19 Kawamoto Pump Mfg Co Ltd インペラの製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000227084A (ja) * 1999-02-05 2000-08-15 Nikkiso Co Ltd 遠心ポンプ
RU2183772C2 (ru) * 2000-04-17 2002-06-20 Закрытое акционерное общество "Тольяттинский завод автоагрегатов" Турбина
US20100316502A1 (en) * 2009-06-10 2010-12-16 Khanhson Pham Method of manufacturing impeller of centrifugal rotary machine and impeller of centrifugal rotary machine
DE102012205953A1 (de) * 2012-04-12 2013-10-17 Continental Automotive Gmbh Abgasturbolader mit erhöhter spezifischer Leistung

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016074889A1 (de) 2016-05-19
DE102014222877A1 (de) 2016-05-12
CN107002701A (zh) 2017-08-01
EP3183460A1 (de) 2017-06-28
US20170314576A1 (en) 2017-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2662989C1 (ru) Способ изготовления рабочего колеса радиального турбогенератора, ступень
RU2491447C2 (ru) Кожух для рабочего колеса турбомашины
RU2661916C1 (ru) Возвратная ступень многоступенчатого турбокомпрессора или турборасширителя с шероховатыми поверхностями стенок
US10746196B2 (en) Methods and devices for reducing circumferential pressure imbalances in an impeller side cavity of rotary machines
CN110050128A (zh) 用于离心式压缩机的隔膜
CN105408638B (zh) 离心压缩机以及增压器
JP6785041B2 (ja) シール構造及びタービン
JP2018184962A (ja) 半径方向回転機の軸方向スラストの全体を平衡化するように動的な軸方向スラストを発生させるための装置
JP2016053359A (ja) 遠心圧縮機段
JP2016053363A (ja) 遠心圧縮機段
CN107762963A (zh) 一种用于压气机级间的双重径向封严结构
JP5314255B2 (ja) 回転流体機械のシール装置および回転流体機械
US20150098802A1 (en) Shrouded turbine blisk and method of manufacturing same
JP6589217B2 (ja) 回転機械、回転機械の製造方法
CN102959183A (zh) 用于涡轮机盘的组合式密封和平衡装置
JP5832106B2 (ja) 回転機械
US20170284412A1 (en) Radial compressor impeller and associated radial compressor
KR20180078284A (ko) 시일 핀, 시일 구조, 터보 기계 및 시일 핀의 제조 방법
JP2017180237A (ja) 遠心圧縮機
JP2015010482A (ja) 蒸気タービン
US10801512B2 (en) Thrust bearing system and method for operating the same
US9976566B2 (en) Radial compressor
Hazby et al. Design and testing of a high flow coefficient mixed flow impeller
CN104594954B (zh) 涡轮结构及具有其的燃气轮机
US20190277148A1 (en) Inner ring for a turbomachine, vane ring with an inner ring, turbomachine and method of making an inner ring

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191022