RU33186U1 - Центробежный компрессор - Google Patents

Description

бйзТТтэба

-, - J,fr . iMutm iBibl lair tl

|Й1ШШ1111Ш|111|11;

1 7959

0 0 1

MKH-F04D17/08

Центробежный компрессор

Предлагаемое устройство относится к компрессорам, предназначенным для газотурбинных двигателей летательных аппаратов, наземных транспортных средств и стационарных газотурбинных установок.

Известен компрессор, содержащий неподвижный корпус и установленное в нем рабочее колесо 1. Известен нагнетатель 2, в котором, с целью увеличения напора, установлен на входе в центробежное рабочее колесо...вращающийся направляющий аппарат с диском и венец осевых лопаток, который размещен на его периферии...

Недостатком указанных компрессоров является низкий коэффициент полезного действия (КПД).

Наиболее близким к предлагаемому компрессору по достигаемому эффекту и отчасти по конструкции является центробежный компрессор, непосредственно за рабочим колесом которого устанавливается в проточной части радиальная турбина, скрепленная с диском, который располагается за диском центробежного колеса. Эта турбина, предложенная впервые профессором В. В. Уваровым 3 и работающая от сжатого в центробежном колесе воздуха (газа), занимает место безлопаточного (щелевого) диффузора

и по сравнению с последним заметно снижает гидравлические потери в проточной части благодоря низким скоростям потока в относительном движении воздушной турбины и устранению отрыва потока на её вращающихся стенках. Та или иная модификация идеи В.В.Уварова нашла, в частности, отражение в компрессорах 4, 5, 6.

Недостатком компрессора В.В.Уварова и перечисленных выше компрессоров также является сравнительно низкий КПД.

Целью настоящего предложения является увеличение коэффициента полезного действия.

Поставленная цель достигается тем, что к воздушной турбине присоединена свободновращающаяся крыщка, расположенная над лопатками центробежного колеса и несущая на себе лопаточный венец осевого типа, установленный перед центробежным колесом, причем диск, воздущная турбина, крышка и лопаточный венец осевого типа образуют единый свободновращающийся корпус, охватывающий центробежное колесо.

На фигЛ и 2 показаны (в продольном разрезе) два варианта компрессора, содержащего свободновращающийся корпус (он заштрихован). Во втором варианте (фиг.2) свободновращающийся корпус и рабочее колесо компрессора установлены консольно. Свободновращающийся корпус состоит из свободновращающегося диска 1 и свободновращающейся крышки 2, установленной над лопатками центробежного колеса 3. Диск 1, установленный за центробежным колесом, и свободновращающаяся крышка

2 2 жестко соединены между собой лопатками радиальной воздушной турбршы

4. На входе в центробежное колесо установлен лопаточный венец 5 осевого типа (рабочее колесо). На внешнем диаметре лопаточный венец 5 имеет кольцевой бандаж 6 с гребешками воздушного уплотнения 7. Бандаж 6 соединен жестко со свободновращающейся крышкой 2 или выполнен с ней зацело.

Неречисленные выше конструктивные моменты представляют собой суть предлагаемого устройства.

Для обеспечения работоспособности компрессора могут использоваться, в частности, роликовые и шариковые подшипники. На фиг. 1 и 2 враш;аюш;ийся корпус опирается с помош;ью шариковых подшипников 8 и 9 на вал 10 компрессора. А вал 10 в первом варианте (фиг.1) опирается непосредственно на неподвижный корпус компрессора 11 с помощью роликового подшипника 12 и шарикового 13. Во втором варианте (фиг 2) вал компрессора непосредственно опирается на неподвижный корпус с помопц,ю шарикового подшипника 13, а с помош;ью роликового подшипника 12 вал опирается на неподвижный корпус через промежуточные подшипник 8 и втулку свободновраш,аюи1;егося диска 1.

В принципе свободновращ;аюш;ийся корпус может опираться не на вал, а непосредственно на неподвижный корпус компрессора. Суть предполагаемого решения от этого не измениться. Однако, подобный вариант представляется менее предпочтительным по сравнению с приведенным (фиг.1, 2), в котором, во-первых, осевое температурное перемещение центробежного колеса и свободновращающегося корпуса

относительно друг друга обеспечит минимальное температурное изменение зазора над рабочими лопатками колеса, а, во-вторых, при опоре на вал свободновращающегося корпуса срабатывает эффект закрытого рабочего колеса, разгружающего подшипник 13 от осевой силы.

Компрессор снабжен лопаточными диффузорами 14 и 15. При осевом варианте лопаточных диффузоров 14 и 15 радиальные габариты компрессора уменьшаются.

В экспериментальном варианте компрессора лопаточные венцы 4 и 5 могут быть выполнены поворотными (см. фиг. 2).

Минимальное изменение зазора между крышкой 2 и рабочими лопатками при разных частотах вращения ротора обеспечивается, в основном, конфигурацией крышки 2, диска 1 и диска центробежного колеса.

Компрессор работает следующим образом. Центробежное колесо 3 подводит энергию к газу и приводится во вращение, как и в обычном компрессоре, от внешнего источника энергии. Элементы свободновращающегося корпуса - диск 1, крышка 2, воздушная турбина 4, лопаточный венец (рабочее колесо) 5 в целом энергию к газу не подводят. Они вращаются в направлении вращения центробежного колеса 3 за счет сил трения и уменьшения момента количества движения в воздушной турбине 4. Свободное вращение корпуса уменьшает примерно в 2 раза корпусные потери в центробежном колесе, которые связаны с обтеканием неподвижной крышки 2 и наружной поверхности диска центробежного колеса и которые

4 составляют в колесе «80% от суммарных, включающих профильные потери в

колесе 7.

Согласно эксперименту только свободное вращение воздушной турбины 4 и диска 1, составляющее «40% от угловой скорости вращения вала 10, при неподвижной крышке 2 приводит к увеличению КПД всего компрессора на 4-:-5% 4, 5. В предлагаемом компрессоре положительный эффект значительно усиливается благодаря следующим моментам. Во-первых, существенно снижаются гидравлические потери в проточной части центробежного колеса 3 благодаря свободному вращению крышки 2 и уменьшению сил трения на её поверхности, обтекаемой ядром потока и вращающимися застойными зонами на рабочих лопатках колеса 3, Вовторых, происходит увеличение степени повышения полного давления газа тс за лопаточным венцом 5, которое превышает снижение 71 в воздушной турбине 4 из-за увеличения температуры газа перед ней по сравнению с температурой газа перед лопаточным венцом 5. Уменьшаются также числа Маха в относительном движении на входе в колесо 3 благодаря созданию положительной закрутки потока за лопаточным венцом 5.

В целом, в компрессоре с высокой степенью повышения полного давления тгк (тСк 12-:-13) выигрыш в КПД может составлять порядка 15%.

Материалы газодинамической оценки КПД одноступенчатого компрессора с и расходе воздуха кг/с оформлены в виде внутреннего научно-технического отчета ЦИАМ. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1.Рис В.Ф. Центробежные компрессорные машины. М.-Л., Машиностроение, 1964, с.335

2.Резников B.C. и др. Авторское свидетельство № 976132, МКИ F04D17/02 от 1981 г.

3.Стечкин Б.С. и др. Теория реактивных двигателей. М. Оборонгиз, 1956, с.ЗО.

4.Конкина А.И., Шваров В.Г. Применение свободновраш;аюш;егося безлопаточного диффузора для увеличения коэффициента полезного действия центробежной ступени. Труды ЦИАМ, 1985 г.

5.Ch.Fradin, ONERA, Influence de la vitesse de rotation dun diffuseur lisse sur les performances dun compresseur centrifuge. Entropie .№ 57,mai-juin 1974.

6.Патент ГДР № 27095, кл. 27 с, 6/02, 1964.

7.Соркин И.Л., Шваров В.Г. Математическая модель эталонной центробежной ступени компрессора (основные параметры). ЦИАМ, Технический отчет HHB.JV2l 1643,1989 г.

//%Й 6

Claims (1)

1. Центробежный компрессор, содержащий неподвижный корпус, вал с центробежным колесом, свободновращающийся диск, несущий на своей периферии радиальную воздушную турбину, расположенную в проточной части непосредственно за центробежным колесом, отличающийся тем, что к воздушной турбине присоединена свободновращающаяся крышка, расположенная над лопатками центробежного колеса и несущая на себе лопаточный венец осевого типа, установленный перед центробежным колесом, причем диск, воздушная турбина, крышка и лопаточный венец осевого типа образуют единый свободновращающийся корпус, охватывающий центробежное колесо.