Ступень центробежной турбомашины
Изобретение относится к области турбомашиностроения, в частности к ступеням центробежных компрессоров и насосов большой производительности. Ступень центробежной турбомашины имеет рабочее колесо с плоским основным и коническим покрывным дисками и лопатками между ними, диафрагмы, поворотный канал, лопаточный и безлопаточный диффузоры. Стенки диафрагм безлопаточного диффузора выполнены различной формы по отношению к проточной части. Стенка диафрагмы, которая граничит с внутренней поверхностью плоского основного диска, выполнена вогнутой формы, а стенка диафрагмы, граничащая с внутренней поверхностью покрывного диска, - выпуклой. Изобретение направлено на повышение КПД ступени. 1 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к ступеням центробежных турбомашин. Наиболее эффективно изобретение может быть использовано в центробежных компрессорах и насосах большой производительности.
Известна ступень центробежного компрессора, содержащая рабочее колесо с плоским основным и коническим покрывным дисками и лопатками между ними, диафрагмы, безлопаточный диффузор и поворотный канал (SU 1820042 А1, Попов И.К, 07.06.1993). В известной ступени сферическая стенка диафрагмы, прилегающая к покрывному диску, в месте образования противоположной стенкой перехода из плоской поверхности в сферическую поверхность, имеет выпуклость. Но крайняя точка указанной выпуклости находится не на одной линии с концевой точкой внутренней поверхности конического диска, и поток, выходящий из колеса, попадая в канал диффузора закручивается. Концевая точка внутренней поверхности плоского основного диска находится на расстоянии от сферической стенки диафрагмы, и с этой стороны поток также закручивается.
Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является ступень центробежной турбомашины - центробежного компрессора, которая имеет рабочее колесо с плоским основным и коническим покрывным дисками с лопатками между ними, диафрагмы, безлопаточный и лопаточный диффузоры, поворотный канал со смещенной осью симметрии относительно оси симметрии рабочего колеса (SU 896258 А, Званец Б.А. и др., 07.01.1982).
Такое смещение безлопаточного и лопаточного диффузоров, хоть и позволяет избавиться от одной зоны с вихрями, которая появляется между основным диском рабочего колеса и стенкой безлопаточного диффузора, но не избавляет от другой - между покрывным диском рабочего колеса и стенкой безлопаточного диффузора. К тому же указанная зона увеличивается за счет зазора между диском рабочего колеса и стенкой диафрагмы безлопаточного диффузора, который тоже увеличивается. Смещение оси безлопаточного и лопаточного диффузоров приводит также к увеличению смещения потока к стенке диафрагмы безлопаточного диффузора, расположенной возле основного диска рабочего колеса. Указанные недостатки приведут к сильному искривлению течения потока через безлопаточный диффузор и, в момент вхождения его в лопаточный диффузор, нарушают его расчетные углы атаки в сторону увеличения. Все это приводит к увеличению гидравлических потерь и общему снижению КПД ступени центробежного компрессора.
Задачей изобретения является повышение КПД ступени центробежной турбомашины путем уменьшения гидравлических потерь.
Технический результат достигается тем, что в ступени центробежной турбомашины, содержащей рабочее колесо с плоским основным и коническим покрывным дисками и лопатками между ними, диафрагмы, поворотный канал, безлопаточный и лопаточный диффузоры, согласно изобретению стенки безлопаточного диффузора выполнены разной формы относительно проточной части, причем стенка диафрагмы, прилегающая к внутренней поверхности плоского основного диска, выполнена вогнутой формы, а стенка, прилегающая к внутренней поверхности конического покрывного диска - выпуклой.
При такой конструкции ступени выпуклость стенки диафрагмы безлопаточного диффузора и концевая точка внутренней поверхности конического покрывного диска, а также выступ стенки диафрагмы безлопаточного диффузора и концевая точка плоского основного диска, соответственно максимально приближены к одной линии, что позволяет избежать лишних гидравлических потерь вследствие уменьшения завихрения в потоке, выходящем из колеса.
Таким образом предложенная конструкция ступени центробежной турбомашины обеспечивает уменьшение гидравлических потерь за счет лучшей организации потока на выходе его из рабочего колеса и на входе в лопаточный диффузор. Лучшая организация потока достигается вследствие того, что поток, выходящий из рабочего колеса, плавно, без скачкообразного торможения движется по изогнутому каналу и постепенно выравнивает траекторию своего движения.
Криволинейная траектория потока обуславливается конфузорной формой выходной части рабочего колеса. После чего поток с выправленной траекторией движения входит в лопаточный диффузор, натекая на его лопатки с необходимыми расчетными углами атаки. К тому же на участке своего движения поток имеет минимальные гидравлические потери, которые достигаются за счет обеспечения плавной диффузорности (без скачков, как у аналога и прототипа), ликвидирующей зоны с обратными течениями и вихреобразованием. Существенными отличиями предложенной конструкции являются: исполнение стенок безлопаточного диффузора разной формы, предложенная новая геометрия их расположения.
Это позволяет снизить потери и увеличить КПД ступени центробежной турбомашины за счет лучшей организации потока и использованию криволинейной конструкции стенок безлопаточного диффузора. Предложенное техническое решение обладает новизной и изобретательским уровнем и соответствует условиям патентоспособности изобретения. Сущность изобретения поясняется чертежом преимущественного варианта осуществления изобретения, где изображен продольный разрез ступени центробежной турбомашины.
Ступень центробежной турбомашины имеет рабочее колесо 1 с плоским основным диском 2 и коническим покрывным диском 3 и лопатками 4 между ними, диафрагмы 5 и 6, образующие безлопаточный диффузор 7 и поворотный канал 8 с установленным между ними лопаточным диффузором 9. Плоский основной и конический покрывной диски 2, 3 рабочего колеса 1 имеют внутренние поверхности 10 и 11 соответственно. Стенка 12 диафрагмы 5 безлопаточного диффузора 7, прилегающая к внутренней поверхности плоского основного диска 2 рабочего колеса 1, выполнена вогнутой формы, а стенка 13 диафрагмы 6, прилегающая к внутренней поверхности покрывного диска 3 безлопаточного диффузора 7, выполнена выпуклой формы относительно проточной части.
Ступень центробежной турбомашины работает таким образом.
Поток поступает в рабочее колесо 1, закручивается лопатками 4 и, проходя между внутренней поверхностью 10 цилиндрического основного диска 2 и внутренней поверхностью 11 конического покрывного диска 3, плавно, без скачков, с искривленной траекторией течения входит в безлопаточный диффузор 7. Двигаясь по безлопаточному диффузору 7 поток с помощью криволинейных стенок 12 и 13 выравнивается и с минимальными гидравлическими потерями входит в лопаточный диффузор 9, а из него - в поворотный канал 8 и далее - в сборную камеру или к следующей ступени.
Таким образом предлагаемое изобретение содействуют повышению КПД центробежной турбомашины в целом по сравнении с известными турбомашинами.
Формула изобретения
Ступень центробежной турбомашины, содержащая рабочее колесо с плоским основным и коническим покрывным дисками и лопатками между ними, диафрагмы, поворотный канал, лопаточный и безлопаточный диффузоры, отличающаяся тем, что стенки безлопаточного диффузора выполнены различной формы относительно проточной части, причем стенка диафрагмы, которая граничит с поверхностью плоского основного диска, выполнена вогнутой формы, а стенка диафрагмы, граничащая с внутренней поверхностью конического покрывного диска, - выпуклой.
РИСУНКИ
