Рабочее колесо центробежного компрессора

 

Использование: в компрессоростроении, в частности в центробежных компрессорах. Сущность изобретения: в рабочем колесе центробежного компрессора между покрывным и несущим дисками, соединенными заклепками, расположены лопатки, выполненные за одно целое с несущим диском и имеющие толщину, определяемую выражением , где - заданная относительная толщина лопатки = 0,015 - 0,018 рабочего колеса с аэродинамическими конструктивными параметрами, - заданная относительная толщина лопатки = 0,021 - 0,022 рабочего колеса с износостойкими конструктивными параметрами, D - наружный диаметр рабочего колеса. Ось каждой заклепки расположена на расстоянии от задней стороны лопатки, составляющем S = (0,015 - 0,018)R, где R - наружный радиус колеса. 3 ил.

Изобретение относится к области центробежного компрессоростроения, а именно к рабочим колесам центробежного компрессора, работающего в условиях с повышенным содержанием механических примесей, содержащихся в сжимаемом газе.

Известно рабочее колесо центробежного компрессора, содержащее несущий диск с выполненными за одно целое с ним лопатками и покрывающий диск, соединенный с несущим диском заклепками, расположенными вдоль оси лопаток [1]. Такое колесо имеет хорошую аэродинамичность обтекания лопаток на входе и выходе, поскольку заданная относительная толщина лопаток = 0.015-0.018, где t' - толщина лопатки, D - наружный диаметр колеса, выбрана исходя из конструктивных параметров колеса, обеспечивающих высокий КПД.

Недостаток такого колеса заключается в том, что величина, лимитирующая допускаемый в период эксплуатации износ лопатки, равная Δ'= 0,5 (t' - d ), где t' - заданная толщина лопатки; d - диаметр заклепки, мала, вследствие чего при работе компрессора в условиях с повышенным содержанием механических примесей в сжимаемом газе происходит быстрый износ лопатки с передней стороны до тела заклепки, т.е. на величину Δ' . Это снижает ресурс рабочего колеса и уменьшает надежность его работы.

Известно рабочее колесо центробежного компрессора, содержащее несущий диск с выполненными за одно целое с ним лопатками и покрывающий диск, соединенный с несущим диском заклепками [2]. Такое колесо хорошо противостоит эрозионному износу в условиях с высоким содержанием механических примесей в сжимаемом газе, поскольку заданная относительная толщина лопаток = = 0.021-0.022, где t'' - толщина лопаток, D - наружный диаметр колеса, выбрана исходя из конструктивных параметров колеса, обеспечивающих увеличенный ресурс работы колеса.

Недостатком прототипа является увеличенная относительная толщина лопаток, что увеличивает стеснение потока на входе и выходе из колеса, т.е. заужает живое сечение межлопаточных каналов и увеличивает густоту решетки по среднему диаметру колеса сверх допустимой. В результате возрастают потери в рабочем колесе, уменьшается создаваемый колесом напор и снижается КПД.

Цель изобретения - повышение КПД компрессора и надежности работы при повышенном содержании механических примесей в сжимаемом газе.

На фиг.1 показано рабочее колесо, меридианальный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2 с вариантами: а - рабочее колесо с аэродинамичными конструктивными параметрами; б - то же, с износостойкими конструктивными параметрами; в - то же, выполненное согласно предложенному техническому решению.

Предложенное колесо содержит несущий диск 1 с выполненным за одно целое с ним лопатками 2 и покрывающий диск 3, соединенный с несущим диском 1 заклепками 4. Лопатка 2 имеет угол β (фиг.2), радиус закругления лопаток R_л, толщину лопатки t и расстояние от задней стороны а лопатки до оси δ заклепок 4, равное S.

На фиг.3(а) показано сечение лопатки 2 рабочего колеса с аэродинамичными конструктивными параметрами с толщиной лопатки t' и с величиной Δ' , лимитирующей допускаемой износ лопатки с передней b и задней а стороны. На фиг.3(б) показано то же, с толщиной лопатки t'' и с величиной Δ'' , лимитирующей допускаемый износ лопатки с передней b и с задней а стороны лопатки, на фиг. 3 (в) - то же, с толщиной лопатки t и расстоянием S от задней а стороны лопатки 2 до оси δ заклепки 4.

При работе колеса поток рабочей среды с повышенным содержанием механических примесей обтекает лопатки 2 и движется в межлопаточном канале. Вследствие градиента давления увеличивающегося от задней стороны а лопатки к передней в вдоль линии г-г механические частицы скапливаются в части потока, движущегося вдоль передней стороны в лопатки 2. Поскольку в рабочем колесе центробежного компрессора относительные скорости могут достигать величины до 200 м/сек, а механические частицы прижимаются к передней стороне в лопатки 2, происходит износ последней.

Поскольку толщина лопатки определяется выражением t= , учитывающим как свойства рабочего колеса с аэродинамичными конструктивными параметрами, так и свойства рабочего колеса с износостойкими конструктивными параметрами, а ось заклепок 4 расположена на расстоянии от задней а стороны лопатки, составляющем S = 0,015-0,018R, по существу, в предложенном рабочем колесе сочетаются аэродинамичные и износостойкие свойства двух типов рабочих колес, что позволяет повысить КПД компрессора и надежность его работы при повышенном содержании механических примесей в сжимаемом газе.

П р и м е р выполнения рабочего колеса. Рабочее колесо с лопатками толщиной t' = 11 мм имеет аэродинамичные конструктивные параметры, отработанные экспериментально, обеспечивающие высокий КПД. Рабочее колесо с лопатками толщиной t'' = 15 мм имеет конструктивные параметры, обеспечивающие высокую износостойкость при работе в условиях с повышенным содержанием механических примесей в сжимаемой рабочей среде. Наружный диаметр обоих типов колес один и тот же и равен 700 мм.

Рабочее колесо имеет толщину лопатки t= = 13 мм, при этом сохраняются конструктивные параметры, обеспечивающие высокую износостойкость рабочего колеса, и существенно улучшаются конструктивные параметры рабочего колеса, обеспечивающие его ародинамические качества, поскольку уменьшается стеснение потока лопатками, увеличиваются живые сечения межлопаточных каналов и снижается густота лопаточной решетки по среднему диаметру рабочего колеса.

Формула изобретения

РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА, содержащее соединенные между собой заклепками покрывной и несущий диски и расположенные между ними лопатки, выполненные за одно целое с несущим диском, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД компрессора и надежности в работе, толщина t лопатки определяется выражением t = ,
где ' = t'/D - заданная относительная толщина лопатки;
' = 0,015 - 0,018 рабочего колеса с аэродинамическими конструктивными параметрами;
'' = t''/D - заданная относительная толщина лопатки '' = 0,021 - 0,022 рабочего колеса с износостойкими конструктивными параметрами;
D - наружный диаметр рабочего колеса,
а ось каждой заклепки расположена на расстоянии от задней стороны лопатки, составляющем
(0,015 - 0,018) R,
где R - наружный радиус колеса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3