Многоступенчатый компрессор
Изобретение относится к компрессоростроению, в частности к конструкции осевого компрессора, может быть использовано в различных областях промышленности и обеспечивает достижение высокого КПД и уменьшение осевых габаритных размеров и массы компрессора. В компрессоре, содержащем корпус, в котором соосно установлены с возможностью вращения в противоположных направлениях два рабочих колеса, указанный технический результат достигается тем, что несущие диски этих колес выполнены в виде коаксиальных колец с закрепленными на них лопатками с образованием коаксиально расположенных ступеней, последовательно соединенных каналами. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Заявляемое изобретение относится к компрессоростроению, в частности к конструкции осевого многоступенчатого компрессора, и может быть использовано в различных областях промышленности.
Известен двухроторный компрессор, в котором роторы расположены концентрично и имеют возможность вращения в противоположных направлениях, при этом рабочие лопатки одного из них являются направляющими лопатками для другого (Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, 1989, с.55, 3.4.в).
Осуществление такой конструктивной схемы компрессора связано с большими конструктивными трудностями.
Наиболее близкий аналог предлагаемого изобретения по технической сущности - многоступенчатый компрессор, включающий установленные на неподвижной оси с возможностью вращения в противоположных направлениях рабочие колеса, привод и передающие механизмы (патент РФ № 2212567, М.кл. F 04 D 17/12, 2003).
Недостаток этого устройства - низкий коэффициент полезного действия из-за нерационального использования площади диска рабочих колес компрессора.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение КПД компрессора при необходимых степени повышения давления и расходе воздуха. Другой вид технического результата, получение которого может обеспечить изобретение по сравнению с наиболее близким аналогом, заключается в уменьшении общего числа ступеней, а также в уменьшении осевых габаритных размеров и массы компрессора.
Для достижения указанного технического результата предлагаемое устройство содержит корпус, установленные с возможностью вращения в противоположных направлениях рабочие колеса с закрепленными на несущем диске лопатками. Несущий диск выполнен в виде коаксиально расположенных колец с зафиксированными на них лопатками с образованием последовательно чередующихся в радиальном направлении кольцевых зон с рабочими и направляющими лопатками. Кольца одного рабочего колеса сопряжены с кольцами другого колеса и снабжены уплотнениями. Рабочие лопатки кольцевых зон одного колеса служат направляющими лопатками кольцевых зон соседнего колеса с образованием коаксиально расположенных ступеней, которые последовательно соединены одна с другой при помощи переходных каналов в корпусе. Площадь зон колеса уменьшается по ходу потока.
Для повышения технического результата путем устранения внутренних перетечек рабочей среды переходные каналы оснащены направляющими перегородками.
С целью существенного роста степени повышения давления переходные каналы выполнены сужающимися по ходу потока.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен предлагаемый компрессор, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.
Многоступенчатый компрессор содержит корпус 1, в котором на валах 2 и 3 соосно установлены с возможностью вращения в противоположных направлениях два рабочих колеса 4 и 5, расположенных относительно друг друга с зазором. Каждое колесо имеет свой привод (на чертеже они условно обозначены стрелками), однако, вращение может осуществляться приводом одного колеса, связанного передающими механизмами с другим колесом. Несущие диски колес 4 и 5 выполнены в виде коаксиально расположенных колец 6, 7, 8, 9 и 10, 11, 12, 13 соответственно, на которых зафиксированы лопатки с образованием кольцевых зон 14, 15, 16, 17 с рабочими лопатками и кольцевых зон 18, 19, 20, 21 с направляющими лопатками. При этом образуются коаксиально расположенные ступени компрессора с зонами 14 и 20, 16 и 18, 15 и 21, 17 и 19. Ступени соединены последовательно одна с другой переходными каналами 22, 23 и 24 в корпусе 1. Переходные каналы могут быть оснащены направляющими перегородками 25 и могут быть выполнены сужающимися по ходу потока воздуха. Конструктивно число ступеней может быть больше, но ограничено диаметром рабочего колеса. Кольца 6, 7, 8 и 9 колеса 4 сопряжены соответственно с кольцами 10, 11, 12 и 13 колеса 5 и снабжены уплотнениями 26 для исключения перетечки воздуха при работе компрессора. Площадь зон 16 и 18 меньше площади зон 14 и 20. Площадь зон 15 и 21 меньше площади зон 16 и 18. Площадь зон 17 и 19 меньше площади зон 15 и 21. В зависимости от площади зон с лопатками на различных ступенях компрессора можно изменять степень сжатия воздуха.
Компрессор работает следующим образом.
Рабочие колеса 4 и 5 приводятся во вращение приводами. Воздушный поток поступает через входной патрубок 27 на зону 14 рабочего колеса 4, затем на зону 20 рабочего колеса 5. При этом давление и скорость воздуха увеличиваются. После первой ступени в канале 22 за счет снижения скорости потока воздуха повышается давление, далее из канала 22 поток, изменив осевое направление движения по оси в одну сторону на осевое направление в противоположную сторону, поступает на вторую ступень (зоны 16 и 18), где давление потока снова возрастает. По выходе из зоны 18 рабочего колеса 4 воздушный поток под влиянием геометрии канала 23 опять меняет осевое направление движения на противоположное, при этом давление среды повышается еще раз, что обусловлено возникновением градиента давления вследствие падения скорости потока по мере его движения на третью ступень (зоны 15 и 21). Сжатие воздуха увеличивается на третьей ступени, в канале 24 и на четвертой ступени (зоны 17 и 19). Затем поток воздуха поступает к выходному патрубку 28.
Таким образом, вследствие выполнения несущего диска рабочих колес в виде коаксиальных колец с закрепленными на них лопатками удается повысить КПД и сократить осевые размеры компрессора.
1. Многоступенчатый компрессор, содержащий корпус, установленные в нем с возможностью вращения в противоположных направлениях рабочие колеса с закрепленными на несущем диске лопатками, причем рабочие лопатки одного из колес служат направляющими лопатками для другого, и привод, отличающийся тем, что несущий диск выполнен в виде коаксиально расположенных колец с зафиксированными на них лопатками с образованием последовательно чередующихся в радиальном направлении кольцевых зон с рабочими и направляющими лопатками, при этом площадь зон уменьшается по ходу потока, и с образованием коаксиально расположенных ступеней, последовательно соединенных одна с другой при помощи переходных каналов в корпусе, а кольца одного рабочего колеса сопряжены с кольцами другого колеса и снабжены уплотнениями.
2. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что переходные каналы оснащены направляющими перегородками.
3. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что переходные каналы выполнены сужающимися по ходу потока.
