RU2680018C2 - Рабочее колесо для центробежных компрессоров, устойчивое к жидкости - Google Patents

Рабочее колесо для центробежных компрессоров, устойчивое к жидкости Download PDF

Info

Publication number
RU2680018C2
RU2680018C2 RU2016107756A RU2016107756A RU2680018C2 RU 2680018 C2 RU2680018 C2 RU 2680018C2 RU 2016107756 A RU2016107756 A RU 2016107756A RU 2016107756 A RU2016107756 A RU 2016107756A RU 2680018 C2 RU2680018 C2 RU 2680018C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
impeller
inlet
thickness
blade
contour
Prior art date
Application number
RU2016107756A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016107756A (ru
RU2016107756A3 (ru
Inventor
ДЕЛЬ ГРЕКО Альберто СКОТТИ
Андреа АРНОНЕ
Маттео КЕККУЧЧИ
Филиппо РУБЕКИНИ
Original Assignee
Нуово Пиньоне СРЛ
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 Нуово Пиньоне СРЛ filed Critical Нуово Пиньоне СРЛ
Publication of RU2016107756A publication Critical patent/RU2016107756A/ru
Publication of RU2016107756A3 publication Critical patent/RU2016107756A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2680018C2 publication Critical patent/RU2680018C2/ru

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/441Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for elastic fluid pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08Centrifugal pumps
    • F04D17/10Centrifugal pumps for compressing or evacuating
    • F04D17/12Multi-stage pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08Centrifugal pumps
    • F04D17/10Centrifugal pumps for compressing or evacuating
    • F04D17/12Multi-stage pumps
    • F04D17/122Multi-stage pumps the individual rotor discs being, one for each stage, on a common shaft and axially spaced, e.g. conventional centrifugal multi- stage compressors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18Rotors
    • F04D29/22Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/24Vanes
    • F04D29/242Geometry, shape
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/284Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for compressors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/284Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for compressors
    • F04D29/286Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for compressors multi-stage rotors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/289Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps having provision against erosion or for dust-separation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/30Vanes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/20Rotors
    • F05D2240/30Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/303Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the leading edge of a rotor blade

Landscapes

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

Abstract

Для уменьшения эрозии рабочего колеса (120, 130), обусловленной каплями жидкости во входящем потоке газа, рабочее колесо (120, 130) содержит сужающиеся-расширяющиеся горловины, причем входящий поток проходит через горловины так, что скорость газа на впуске (122) рабочего колеса сначала резко и существенно увеличивается, а затем резко и существенно уменьшается, при этом рабочее колесо выполнено таким образом, что внутри него после прохождения его впуска входящий поток постепенно отклоняется в меридиональной плоскости. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

Варианты выполнения объекта изобретения, описанного в данном документе, относятся к рабочим колесам для ротационных установок, способам уменьшения эрозии рабочих колес и центробежным компрессорам.
Существует множество решений, в которых рабочее колесо выполнено с обеспечением приема потока газа на своем впуске. В таких решениях чаще всего в течение большей части времени работы колеса газ является абсолютно сухим, а в некоторых ситуациях содержит некоторое количество жидкости, которая может находиться в виде капель внутри потока газа. В таких ситуациях капли жидкости ударяются о рабочее колесо, в частности о поверхности внутренних каналов колеса, а это означает, что капли жидкости могут вызвать эрозию рабочего колеса. В случае рабочих колес, используемых в центробежных компрессорах, эрозия воздействует на поверхности лопаток и, более того, на поверхность ступицы.
Следует отметить, что эффект столкновения с каплями не является линейным. Вначале столкновения капель с поверхностями каналов рабочего колеса не производят видимого эффекта и не вызывают эрозии на указанных поверхностях, но после ряда столкновений эффект становится очевидным и поверхности быстро разрушаются. Временной порог эрозии зависит от различных факторов, в том числе, например, от массы и размера капель, а также от скорости капель, в частности от составляющей скорости, нормальной к поверхности, о которую ударяются капли.
Следует отметить, что рабочие колеса следует использовать, например, в компрессорах, когда повреждения рабочих колес вследствие разрушения поверхностей пренебрежимо малы или отсутствуют вовсе, в противном случае рабочие колеса следует ремонтировать или заменять.
Следует также отметить, что повреждения рабочих колес вследствие разрушения поверхности сложно обнаружить сразу, как только разрушение начинается, если ротационная установка работает и колесо вращается. Зачастую разрушение обнаруживается только тогда, когда оно становится очень сильным и вызывает вибрации.
Таким образом, существует необходимость в способе уменьшения эрозии рабочих колес, обусловленной каплями жидкости во входящем потоке газа. Такая необходимость существует, в частности, для рабочих колес центробежных компрессоров.
С уменьшением эрозии увеличивается срок службы рабочих колес и, следовательно, также время безотказной работы ротационных установок.
Решение должно принимать во внимание, что в течение большей части времени работы входящий поток газа не содержит капель жидкости, следовательно, работа в сухих условиях не должна чрезмерно страдать из-за каких-либо мер, принимаемых для уменьшения эрозии.
Согласно первым иллюстративным вариантам выполнения предложено закрытое рабочее колесо для ротационной установки, имеющее впуск, выпуск и каналы, которые проточно соединяют впуск с выпуском и каждый из которых ограничен ступицей, покрывающим диском и двумя лопатками, при этом у впуска толщина лопаток сначала увеличивается, а затем уменьшается с образованием в каналах сужающихся-расширяющихся горловин, расположенных во впускной зоне каналов. Каждая лопатка имеет верхнюю по потоку часть, в которой толщина сначала резко увеличивается, а затем уменьшается, и нижнюю по потоку часть, имеющую по существу постоянную толщину.
Согласно вторым иллюстративным вариантам выполнения предложен способ уменьшения эрозии рабочего колеса, обусловленной каплями жидкости во входящем потоке газа, причем входящий поток проходит через сужающуюся-расширяющуюся горловину с обеспечением сначала увеличения, а затем уменьшения скорости газа на впуске рабочего колеса. Преимущественно, после прохождения впуска рабочего колеса и внутри рабочего колеса входящий поток постепенно отклоняют в меридиональной плоскости.
Согласно третьим иллюстративным вариантам выполнения предложен центробежный компрессор, содержащий ступени и устойчивый к жидкости на его впуске, причем по меньшей мере первая ступень содержит рабочее колесо, в котором у впуска толщина лопаток сначала увеличивается, а затем уменьшается с образованием сужающихся-расширяющихся горловин во внутренних каналах рабочего колеса.
Данное изобретение станет более понятно из нижеследующего описания иллюстративных вариантов выполнения при его рассмотрении совместно с прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг. 1 изображает очень схематичный вид многоступенчатого центробежного компрессора,
фиг. 2A изображает частичный трехмерный вид рабочего колеса согласно иллюстративному варианту выполнения,
фиг. 2B изображает часть рабочего колеса, показанного на фиг. 2A,
фиг. 3 изображает сравнительный график скорости в двух разных рабочих колесах,
фиг. 4 изображает сравнительный график ускорения в двух разных рабочих колесах,
фиг. 5 изображает внутренний канал рабочего колеса согласно уровню техники,
фиг. 6 изображает внутренний канал рабочего колеса согласно иллюстративному варранту выполнения,
фиг. 7 изображает сравнительный график нормального ускорения в различных колесах, в том числе в рабочих колесах, показанных на фиг. 5 и 6,
фиг. 8 изображает увеличенный вид внутреннего канала рабочего колеса согласно иллюстративному варианту выполнения, и
фиг. 9 изображает частичный вид спереди рабочего колеса согласно иллюстративному варианту выполнения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
В нижеследующем описании иллюстративных вариантов выполнения сделана ссылка на прилагаемые чертежи. Одинаковые номера позиций на разных чертежах обозначают одинаковые или аналогичные элементы. Нижеследующее подробное описание не ограничивает изобретение, объем которого определяется прилагаемой формулой изобретения.
Используемое на протяжении всего описания выражение «один вариант выполнения» или «вариант выполнения» означает, что конкретный признак, конструкция или характерная особенность, описанные в связи с вариантом выполнения, присущи по меньшей мере одному варианту выполнения рассматриваемого объекта изобретения. Таким образом, фразы «в одном варианте выполнения» или «в варианте выполнения», встречающиеся в разных местах на протяжении всего описания, не обязательно все относятся к одному и тому же варианту выполнения. Кроме того, конкретные признаки, конструкции или характерные особенности могут сочетаться любым соответствующим образом в одном или более вариантах выполнения.
На фиг. 1 изображены две ступени центробежного компрессора и два соответствующих рабочих колеса 120 и 130. В частности, колесо 120 представляет собой первое рабочее колесо (первая ступень), которое первым принимает входящий поток газа, а колесо 130 представляет собой второе рабочее колесо (вторая ступень), которое вторым принимает входящий поток газа непосредственно после первого колеса 120. Компрессор по существу образован ротором и статором 100, при этом ротор содержит вал 110, колеса 120 и 130, прикрепленные к валу 110, и диффузоры 140, прикрепленные к валу 110.
На фиг. 1 первое колесо 120 показано в разрезе, а второе колесо 130 показано в виде снаружи.
Для первого рабочего колеса 120 на фиг. 1 показан один из его внутренних каналов 121, проточно соединяющий впуск 122 указанного колеса с его выпуском 123 и ограниченный ступицей 124, покрывающим диском 125 и двумя лопатками 126 (на фиг. 1 показана только одна из них). Впускная и выпускная зоны рабочего колеса проходят немного внутрь рабочего колеса, в частности, впускная зона рабочего колеса соответствует впускным зонам внутренних каналов (см. пунктирную линию на фиг. 1), даже если передние кромки 127 лопаток 126 могут быть отодвинуты назад от передней стороны рабочего колеса (см. фиг. 1). Как станет более очевидно из нижеизложенного, преимущественным является расположение впускных зон каналов рабочего колеса полностью во впускной зоне рабочего колеса, так как при этом действие сужающихся-расширяющихся горловин, связанных с впускными зонами каналов (в частности с лопатками) имеет место в самом начале каналов.
В течение большей части времени работы колеса 120 газ во входящем потоке абсолютно сухой, а в некоторых ситуациях содержит некоторое количество жидкости в виде капель. В таких ситуациях капли жидкости ударяются о рабочее колесо, в частности о поверхности его внутренних каналов 121, более конкретно, о поверхность ступицы 124.
Первый способ уменьшения эрозии под действием капель заключается в уменьшении массы и размера капель. Такое уменьшение особенно эффективно при его выполнении во впускной зоне рабочего колеса, преимущественно во впускной зоне внутренних каналов рабочего колеса.
В предпочтительном иллюстративном варианте выполнения, изображенном на фиг. 2, толщина каждой лопатки сначала резко и существенно увеличивается (см., например, фиг. 2B слева), а затем резко и существенно уменьшается (см., например, фиг. 2B справа). С учетом того, что лопатки рабочих колес обращены друг к другу (см., например, фиг. 2A), увеличение и уменьшение толщины создает в каналах сужающуюся-расширяющуюся горловину, расположенную во впускной зоне канала. Вследствие наличия такой горловины капли жидкости подвергаются процессу разрушения, т.е. принудительно разрушаются соответствующим потоком газа. Это происходит вследствие различной инерции жидкости и газа. Как увеличение толщины и последующее ускорение газа, так и уменьшение толщины и последующее замедление газа увеличивают относительную скорость между двумя фазами (т.е. газом и жидкостью), поскольку капли почти не чувствительны к изменениям скорости газа, особенно если эти изменения внезапны и существенны, и обычно продолжают перемещаться с постоянной скоростью.
Процесс разрушения усиливается вследствие различной инерции двух фаз, однако, когда плотность жидкости капель превышает плотность газа более чем в 50 раз, капли приближаются к рабочему колесу с относительной скоростью, имеющий большую тангенциальную составляющую (так как меридиональная скорость намного меньше для капель, чем для газа), и ударяются о сторону повышенного давления лопаток. В этих условиях процесс разрушения, описанный выше, может стать менее эффективным или вообще бесполезным.
Как правило, но не обязательно, все внутренние каналы рабочего колеса имеют горловины такого типа, и все лопатки рабочего колеса выполнены с такой конфигурацией, при которой толщина сначала увеличивается, а затем уменьшается. Как правило, но не обязательно, все лопатки выполнены одинаковыми.
На фиг. 2A изображен разрез начальной части лопатки согласно иллюстративному варианту выполнения (в форме капли) и согласно уровню техники (по существу плоской). Плоскость разреза на фиг. 2B является горизонтальной и перпендикулярна плоскости фиг. 1, при этом часть, показанная на фиг. 2B, находится между вертикальной сплошной линией 127 (передней кромкой лопатки) и параллельной ей пунктирной линией.
Верхняя по потоку часть лопатки расположена на входе указанной лопатки в направлении потока. В частности, как показано на фиг. 2A, длина верхней по потоку части лопатки составляет менее 20% длины средней линии профиля, которая представляет собой линию на поперечном сечении канала, равноудаленную от поверхностей ступицы и покрывающего диска.
На фиг. 2B уменьшение толщины начинается непосредственно после увеличения толщины, то есть между ними нет части лопатки, имеющей постоянную толщину. Таким образом, обеспечивается принудительное непрерывное изменение скорости газа в зоне горловины, и капли испытывают сильное возмущение.
В варианте выполнения, изображенном на фиг. 2, поперечное сечение лопатки является симметричным относительно средней линии 200 профиля, и увеличение толщины и уменьшение толщины распределены одинаково с обеих сторон лопатки. Однако согласно альтернативным вариантам выполнения поперечное сечение лопатки может быть асимметричным относительно линии 200, и увеличение толщины и/или уменьшение толщины могут быть распределены асимметрично и даже иметься только на одной стороне лопатки. В этом отношении следует отметить, что с учетом направления потока на впуске каналов рабочего колеса (см., например, фиг. 2A) передняя кромка лопатки часто обращена к плоской области смежной лопатки. Соответственно, данное смещение также может приниматься во внимание при задании положений увеличения толщины и уменьшения толщины.
В варианте выполнения, изображенном на фиг. 2, величина возрастания толщины, соответствующая двойной длине 201, отличается от величины уменьшения толщины, соответствующей двойной длине 202, так как увеличение толщины начинается непосредственно на передней кромке 127 лопатки. Однако, если, например, увеличение толщины начинается на расстоянии от кромки, указанные две величины могут быть равны.
Степень увеличения толщины, соответствующая на фиг. 2B отношению между длиной 201 и длиной 203, может быть равна степени уменьшения толщины, соответствующей на фиг. 2B отношению между длиной 202 и длиной 204, или отличаться от нее. В варианте выполнения согласно фиг. 2 они отличаются: степень увеличения несколько выше, чем степень уменьшения.
Предпочтительно увеличение толщины и уменьшение толщины являются постепенными для исключения или по меньшей мере ограничения турбулентности в потоке газа вследствие увеличения и уменьшения толщины.
В целом, максимум лопатки, обозначенный на фиг. 2B номером 205 позиции, находится на расстоянии от ее передней кромки, обозначенной на фиг. 2B номером 127 позиции. Например, это расстояние составляет от 25% до 75% расстояния, на котором заканчивается уменьшение толщины и которое на фиг. 2B соответствует сумме длин 203 и 204.
Уменьшение толщины может составлять, например, по меньшей мере 50% (относительно толщины в положении до начала уменьшения). Другими словами, со ссылкой на фиг. 2B длина 202 составляет 50% длины 201 или более, либо, что эквивалентно, длина 207 составляет 50% длины 206 или менее.
Уменьшение толщины оканчивается на расстоянии от передней кромки лопатки, которое обозначено на фиг. 2B номером 127 позиции. Например, это расстояние, соответствующее на фиг. 2B сумме длин 203 и 204, может превышать максимальную толщину лопатки (перед уменьшением толщины), соответствующую на фиг. 2B длине 206, более чем в 2 и менее чем в 6 раз.
В противоположность варианту выполнения, изображенному на фиг. 2, увеличение толщины может начинаться на расстоянии от передней кромки лопатки. Например, это расстояние может превышать максимальную толщину лопатки (перед уменьшением толщины), соответствующую на фиг. 2B длине 206, более чем в 1 и менее чем в 4 раза.
На фиг. 3 показана скорость потока газа вдоль пути потока при наличии и при отсутствии горловины. Горловина выполнена, например, таким образом, что она вызывает резкое/локальное увеличение/уменьшение скорости газа, проходящего в каналах, по меньшей мере на 20%. Следует отметить, что даже при отсутствии горловины имеет место небольшое (например на несколько процентов) увеличение/уменьшение скорости, обусловленное передней кромкой лопатки и ее нормальной номинальной толщиной. После впускной зоны канала скорость потока газа продолжает постепенно уменьшаться по меньшей мере на некотором участке канала. На фиг. 3 график относится к абсолютному значению амплитуды вектора скорости.
На фиг. 4 показано ускорение потока газа вдоль пути потока при наличии и при отсутствии горловины. Горловина выполнена, например, таким образом, что она вызывает высокое ускорение (в частности пик ускорения). Следует отметить, что даже при отсутствии горловины имеет место некоторое увеличение ускорения, обусловленное передней кромкой лопатки и ее нормальной номинальной толщиной. На фиг. 4 график относится к абсолютному значению амплитуды вектора ускорения и потому не достигает нулевого значения.
С учетом того, что описано выше в качестве примера, имеется возможность уменьшения эрозии рабочего колеса, в частности рабочего колеса центробежного компрессора, которая обусловлена каплями жидкости во входящем потоке газа, при этом используется сходящаяся-расходящаяся горловина, обеспечивающая сначала резкое и существенное увеличение, а затем резкое и существенное уменьшение скорости газа во входящем газовом потоке, проходящем через указанную горловину, расположенную на впуске рабочего колеса, при этом возможно расположение друг за другом более чем одной последовательных горловин, одинаковых или различных.
Второй способ уменьшения эрозии под действием капель заключается в уменьшении составляющей скорости, нормальной к поверхности, о которую ударяются капли. В частности, в случае центробежных компрессоров рассматриваемая поверхность является поверхностью ступицы.
Предпочтительно первый способ и второй способ могут быть скомбинированы друг с другом.
Основная идея заключается в том, чтобы придать внутренним каналам рабочего колеса форму с учетом нормального ускорения вдоль линии потока газа в меридиональной плоскости.
С увеличением длины меридионального канала средняя кривизна линии потока в меридиональной плоскости уменьшается, как и нормальное ускорение газа (т.е. нормальное к линиям прохождения потока в меридиональной плоскости), которое фактически связано с локальной кривизной.
Более низкое нормальное ускорение подразумевает, что каплям жидкости требуется более низкая нормальная сила для того, чтобы следовать линиям потока газа. Соответственно, капли жидкости меньше отклоняются от линий потока газа в меридиональной плоскости. Тем не мене, отклонение не может быть исключено полностью из-за различной инерции газа и жидкости.
При меньшем отклонении капель жидкости от линий потока газа в меридиональной плоскости они приближаются к поверхности ступицы рабочего колеса с малой нормальной скоростью, что значительно снижает эрозию.
На фиг. 5 изображен канал рабочего колеса в меридиональной плоскости согласно уровню техники, тогда как на фиг. 6 изображен канал рабочего колеса в меридиональной плоскости согласно иллюстративному варианту выполнения. Следует отметить, что фиг. 6 соответствует предельному случаю применения вышерассмотренного технического решения. На фиг. 7 показано нормальное ускорение в рабочем колесе, изображенном на фиг. 5, в очень длинном рабочем колесе, изображенном на фиг. 6, и в двух других рабочих колесах с двумя промежуточными значениями осевой протяженности. Очевидно, что при использовании вышерассмотренного технического решения нормальное ускорение в каждой точке канала повышается.
Для задания формы внутренних каналов рабочего колеса в меридиональной плоскости могут использоваться различные параметры с обеспечением условий, ограничивающих значения нормального ускорения, как станет очевидно из следующих условий, описанных со ссылкой на фиг. 8.
На выпуске контур 801 ступицы в меридиональной плоскости может образовывать угол 803 более 10° с радиальным направлением, что является первым способом ограничения полного поворота канала.
На выпуске контур 802 покрывающего диска в меридиональной плоскости может образовывать угол 804 более 20° с радиальным направлением, что является вторым способом ограничения полного поворота канала.
В любой точке контура ступицы в меридиональной плоскости радиус 805 кривизны контура ступицы по меньшей мере в 2,5 раза превышает высоту 806 канала, измеренную перпендикулярно контуру ступицы.
В любой точке контура покрывающего диска в меридиональной плоскости радиус 807 кривизны контура покрывающего диска по меньшей мере в 1,5 превышает высоту 808 канала, измеренную перпендикулярно контуру покрывающего диска.
Осевая протяженность 810 канала в меридиональной плоскости по меньшей мере в 2 раза превышает высоту 809 канала на впуске.
Вышеуказанные условия, поясненные со ссылкой на фиг. 8, основаны на геометрии и могут считаться относящимися к «конструкционному типу».
На фиг. 8 показана возможная траектория капли жидкости во внутреннем канале рабочего колеса, при этом траектория малого объема газа от центрального положения впуска до выпуска соответствует пунктирной линии. Желательно, чтобы капля жидкости следовала той же траектории, однако вследствие нормального ускорения капля отклоняется от траектории газа и следует по отклоненной траектории (которая соответствует непрерывной линии). При уменьшении массы и размеров капли и при использовании плавно искривленного канала, либо отклоненная траектория достигает контура 801 ступицы в конце канала и происходит «мягкое» столкновение, либо она не достигает контура 801 ступицы, как показано на фиг. 8, и столкновения не происходит.
Другие возможные условия относятся к «функциональному типу» и, таким образом, непосредственно основаны на значениях нормального ускорения. Такие условия могут стать более понятны при рассмотрении графика, показанного на фиг. 7.
В качестве первого иллюстративного условия каналы могут иметь такую форму, что нормальное ускорение вдоль линии потока газа в меридиональной плоскости не превышает заданного граничного значения.
В качестве второго иллюстративного условия каналы могут иметь такую форму, что отношение между максимальным значением нормального ускорения внутри рабочего колеса и значением нормального ускорения у задней кромки лопаток не превышает, например, 2,0. Следует отметить, что нормальное ускорение у передней кромки обычно равно нулю или близко к нулю (см. фиг. 7).
Одно или более из этих условий могут быть скомбинированы друг с другом для лучшего регулирования нормального ускорения в каналах.
С учетом того, что описано выше в качестве примера, имеется возможность уменьшения эрозии рабочего колеса, в частности рабочего колеса центробежного компрессора, которая обусловлена каплями жидкости во входящем потоке газа. Входящий поток постепенно отклоняется (предпочтительно в достаточной степени или значительно) в меридиональной плоскости. В случае центробежных компрессоров значимыми являются отклонения, происходящие в меридиональной плоскости. В общем случае следует также учитывать отклонения в поперечной или касательной плоскости.
Для достижения постепенного отклонения может быть необходимо увеличение осевой протяженности рабочего колеса и/или уменьшение изгибания потока газа рабочим колесом (в центробежном компрессоре газовый поток обычно изгибается на 90°).
Третий способ уменьшения эрозии под действием капель заключается в обеспечении наклона передней кромки лопаток относительно радиального направления. В частности, направление наклона, например, таково, что профиль покрывающего диска отстает от профиля ступицы.
Весьма предпочтительной является возможность комбинирования первого способа, второго способа и третьего способа друг с другом.
Предпочтительно угол наклона составляет по меньшей мере 30°.
На фиг. 9 лопатки обозначены номером 901 позиции (обозначена одна лопатка), ступица обозначена номером 902 позиции, покрывающий диск не показан, передняя кромка лопатки обозначена номером 904 позиции, радиальное направление обозначено номером 905 позиции, а угол наклона обозначен номером 903 позиции.
Наклон лопатки на впуске создает радиальный градиент давления, который стремится уменьшить весовую скорость потока вблизи ступицы с одновременным толканием потока газа к покрывающему диску. На фиг. 8 контур ступицы обозначен номером 802 позиции, а контур покрывающего диска обозначен номером 802 позиции. Соответственно, такой градиент давления способствует перемещению капель жидкости в соответствии с формой внутренних каналов и, следовательно, уменьшает эрозию поверхности ступицы.
Вышеописанные принципы могут быть с успехом применены к рабочим колесам центробежных компрессоров, например центробежному компрессору, изображенному на фиг. 1, и особенно подходят для первого рабочего колеса, т.е. рабочего колеса 120 на фиг. 1.

Claims (14)

1. Закрытое рабочее колесо для ротационной установки, имеющее впуск, выпуск и каналы, которые проточно соединяют впуск с выпуском и каждый из которых ограничен ступицей, покрывающим диском и двумя лопатками, при этом каждая лопатка имеет верхнюю по потоку часть, толщина которой сначала резко увеличивается, а затем уменьшается с образованием в канале сужающихся-расширяющихся горловин, расположенных у впуска канала, и нижнюю по потоку часть, имеющую по существу постоянную толщину, причем поперечное сечение каждой лопатки является симметричным относительно средней линии профиля лопатки, а увеличение толщины и уменьшение толщины распределены одинаково с обеих сторон каждой лопатки.
2. Рабочее колесо по п. 1, в котором уменьшение толщины происходит непосредственно после увеличения толщины.
3. Рабочее колесо по п. 1, в котором уменьшение толщины оканчивается на расстоянии от передней кромки лопатки, превышающем максимальную толщину лопатки более чем в 2 и менее чем в 6 раз.
4. Рабочее колесо по п. 3, в котором увеличение толщины начинается у передней кромки лопатки.
5. Рабочее колесо по п. 1, в котором длина верхней по потоку части составляет менее 20% длины средней линии профиля.
6. Рабочее колесо по п. 1, в котором на выпуске контур ступицы в меридиональной плоскости образует угол более 10° с радиальным направлением.
7. Рабочее колесо по п. 1, в котором на выпуске контур покрывающего диска в меридиональной плоскости образует угол более 20° с радиальным направлением.
8. Рабочее колесо по п. 1, в котором в любой точке контура ступицы в меридиональной плоскости радиус кривизны контура ступицы по меньшей мере в 2,5 раза превышает высоту канала, измеренную перпендикулярно к контуру ступицы.
9. Рабочее колесо по п. 1, в котором в любой точке контура покрывающего диска в меридиональной плоскости радиус кривизны контура покрывающего диска по меньшей мере в 1,5 раза превышает высоту канала, измеренную перпендикулярно к контуру покрывающего диска.
10. Рабочее колесо по п. 1, в котором осевая протяженность канала в меридиональной плоскости по меньшей мере в 2 раза превышает высоту канала на впуске.
11. Рабочее колесо по п. 1, в котором угол наклона передней кромки лопаток у впуска относительно радиального направления составляет по меньшей мере 30°, так что профиль покрывающего диска отстает от профиля ступицы.
12. Способ уменьшения эрозии рабочего колеса по любому из пп. 1-11, обусловленной каплями жидкости во входящем потоке газа, причем в указанном способе входящий поток пропускают через сужающуюся-расширяющуюся горловину с обеспечением сначала увеличения, а затем уменьшения скорости газа на впуске рабочего колеса.
13. Способ по п. 12, в котором входящий поток постепенно отклоняют в меридиональной плоскости после прохождения впуска рабочего колеса и внутри рабочего колеса.
14. Центробежный компрессор, содержащий ступени и устойчивый к жидкости на его впуске, причем по меньшей мере первая ступень содержит рабочее колесо по любому из пп. 1-11.
RU2016107756A 2013-09-12 2014-09-11 Рабочее колесо для центробежных компрессоров, устойчивое к жидкости RU2680018C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ITCO2013A000037 2013-09-12
IT000037A ITCO20130037A1 (it) 2013-09-12 2013-09-12 Girante resistente al liquido per compressori centrifughi/liquid tolerant impeller for centrifugal compressors
PCT/EP2014/069422 WO2015036497A1 (en) 2013-09-12 2014-09-11 Liquid tolerant impeller for centrifugal compressors

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2016107756A RU2016107756A (ru) 2017-10-17
RU2016107756A3 RU2016107756A3 (ru) 2018-05-17
RU2680018C2 true RU2680018C2 (ru) 2019-02-14

Family

ID=49585496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016107756A RU2680018C2 (ru) 2013-09-12 2014-09-11 Рабочее колесо для центробежных компрессоров, устойчивое к жидкости

Country Status (11)

Country Link
US (1) US10920788B2 (ru)
EP (1) EP3044465B1 (ru)
JP (1) JP6643238B2 (ru)
KR (1) KR20160055202A (ru)
CN (1) CN105723094B (ru)
AU (1) AU2014320341A1 (ru)
CA (1) CA2922628A1 (ru)
IT (1) ITCO20130037A1 (ru)
MX (1) MX2016003290A (ru)
RU (1) RU2680018C2 (ru)
WO (1) WO2015036497A1 (ru)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITUA20161464A1 (it) 2016-03-08 2017-09-08 Nuovo Pignone Tecnologie Srl Centrifugal compressor without external drainage system, motorcompressor and method of avoiding external drainage in a compressor / Compressore centrifugo senza sistema di drenaggio esterno, motocompressore e metodo per evitare drenaggio esterno in un compressore
JP6951428B2 (ja) * 2017-04-10 2021-10-20 シャープ株式会社 遠心ファン、成型用金型および流体送り装置
US11421702B2 (en) 2019-08-21 2022-08-23 Pratt & Whitney Canada Corp. Impeller with chordwise vane thickness variation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2187714C2 (ru) * 2000-11-08 2002-08-20 Битюцкий Андрей Яковлевич Рабочее колесо центробежного компрессора
US20090129933A1 (en) * 2005-07-04 2009-05-21 Behr Gmbh & Co. Kg Blower wheel
US20120027599A1 (en) * 2009-07-13 2012-02-02 Jo Masutani Impeller and rotary machine
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

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1250681A (en) * 1917-03-30 1917-12-18 Sidney Randolph Sheldon Fan-blade.
US3536416A (en) * 1968-05-14 1970-10-27 Dov Z Glucksman Squirrel-cage rotor for fluid moving devices
JPS5817357B2 (ja) * 1978-03-07 1983-04-06 川崎重工業株式会社 多段タ−ボ形圧縮機
JPH01318798A (ja) * 1988-06-17 1989-12-25 Taiheiyo Kogyo Kk クロスフローファンの羽根車
JPH07103874B2 (ja) * 1990-03-14 1995-11-08 株式会社日立製作所 斜流圧縮機
US5228832A (en) 1990-03-14 1993-07-20 Hitachi, Ltd. Mixed flow compressor
JP3168865B2 (ja) * 1995-03-20 2001-05-21 株式会社日立製作所 多段遠心圧縮機用羽根車及びその製造方法
DE19525829A1 (de) * 1995-07-15 1997-01-16 Abb Research Ltd Lüfter
JPH09296799A (ja) * 1996-05-02 1997-11-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 遠心圧縮機のインペラ
JPH10148133A (ja) * 1996-11-19 1998-06-02 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 排気再循環用過給機及び排気再循環用過給機を用いた排気ガス再循環装置
US20060067829A1 (en) * 2004-09-24 2006-03-30 Vrbas Gary D Backswept titanium turbocharger compressor wheel
US7476081B2 (en) * 2005-10-03 2009-01-13 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Centrifugal compressing apparatus
CN102282791B (zh) * 2009-01-21 2014-07-16 日本电气株式会社 Mimo系统的解调方法
IT1394295B1 (it) 2009-05-08 2012-06-06 Nuovo Pignone Spa Girante centrifuga del tipo chiuso per turbomacchine, componente per tale girante, turbomacchina provvista di tale girante e metodo di realizzazione di tale girante
US8827640B2 (en) * 2011-03-01 2014-09-09 General Electric Company System and methods of assembling a supersonic compressor rotor including a radial flow channel
CN203067350U (zh) 2013-02-17 2013-07-17 中航黎明锦西化工机械(集团)有限责任公司 氯气离心压缩机叶轮

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2187714C2 (ru) * 2000-11-08 2002-08-20 Битюцкий Андрей Яковлевич Рабочее колесо центробежного компрессора
US20090129933A1 (en) * 2005-07-04 2009-05-21 Behr Gmbh & Co. Kg Blower wheel
US20120027599A1 (en) * 2009-07-13 2012-02-02 Jo Masutani Impeller and rotary machine
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

Also Published As

Publication number Publication date
US20160222980A1 (en) 2016-08-04
EP3044465B1 (en) 2021-12-01
CN105723094B (zh) 2019-02-26
RU2016107756A (ru) 2017-10-17
RU2016107756A3 (ru) 2018-05-17
MX2016003290A (es) 2016-06-24
US10920788B2 (en) 2021-02-16
KR20160055202A (ko) 2016-05-17
EP3044465A1 (en) 2016-07-20
AU2014320341A1 (en) 2016-03-17
WO2015036497A1 (en) 2015-03-19
ITCO20130037A1 (it) 2015-03-13
CN105723094A (zh) 2016-06-29
CA2922628A1 (en) 2015-03-19
JP6643238B2 (ja) 2020-02-12
JP2016531241A (ja) 2016-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7604458B2 (en) Axial flow pump and diagonal flow pump
KR102196815B1 (ko) 베인을 갖는 반경류 또는 혼류 압축기 디퓨저
JP6030853B2 (ja) タービン動翼及び軸流タービン
US20130309082A1 (en) Centrifugal turbomachine
EP1990544B1 (en) Multistage centrifugal compressor
GB2337795A (en) An impeller with splitter blades
JP2009531593A5 (ru)
JP4924984B2 (ja) 軸流圧縮機の翼列
JP2012072735A (ja) 遠心圧縮機
JP6397403B2 (ja) 湿潤ガス圧縮機および方法
JP6034162B2 (ja) 遠心式流体機械
KR101881288B1 (ko) 생체모방형 송풍기 임펠러
RU2680018C2 (ru) Рабочее колесо для центробежных компрессоров, устойчивое к жидкости
US20080219837A1 (en) Fan and fan frame thereof
JP2009057959A (ja) 遠心圧縮機とその羽根車およびその運転方法
JP5705839B2 (ja) 圧縮機用遠心インペラ
JP6110544B2 (ja) 超音速タービン動翼及び軸流タービン
JP7429810B2 (ja) 多段遠心流体機械
JP6362980B2 (ja) ターボ機械
US10648339B2 (en) Contouring a blade/vane cascade stage
WO2021215471A1 (ja) インペラ、及び遠心圧縮機
WO2016075955A1 (ja) 羽根車及び遠心圧縮機
JP2016176398A (ja) ディフューザ、及び、遠心式流体機械
JP2016176399A (ja) ディフューザ、及び、遠心式流体機械
WO2017170285A1 (ja) 遠心羽根車、およびこれを備える遠心式流体機械