Центробежный компрессор

Изобретение относится к компрессоростроению, в частности к центробежным компрессорам, а именно к конструкции их рабочих колес. Рабочее колесо представляет собой составную конструкцию, включающую в себя составные лопатки и диски, выполненные в монолитных кольцах и соединенные между собой по коаксиальным цилиндрическим поверхностям сопряжения, с образованием общего профиля межлопаточных каналов. При этом, по меньшей мере, на сопрягаемых поверхностях одного соединения смежных составных лопаток выполнены совмещенные продольные пазы, в которых размещены жесткие прецизионные фиксаторы, например, в виде штифтов. При работе центробежного компрессора крутящий момент от центральной части рабочего колеса к каждой части рабочего колеса (средняя, периферийная) передается силой трения, возникающей на поверхности сопряжения каждой из частей. Прецизионные (крепежные) штифты установлены со сравнительно малым натягом, что позволяет снизить уровень деформаций и внутренних напряжений в материале составных частей рабочего колеса. Такое выполнение колеса позволяет увеличить окружную скорость вращения рабочего колеса, повысить эксплуатационную надежность и ресурс работы компрессора. 5 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в компрессорной технике.

В процессе работы центробежного компрессора при вращении рабочего колеса в каждой его части возникает распределенная по объему сила инерции, действующая в радиальном направлении, которая уравновешивается внутренними окружными напряжениями. При этом напряженно-деформированное состояние (НДС), вызываемое действием центробежных сил, пропорционально квадрату окружной скорости вращения колеса и плотности его материала и зависит от конструкции колеса. Выбор формы и материалов рабочих колес во многом зависит от величин расчетных внутренних напряжений в них при работе компрессора.

Известен центробежный компрессор (патент РФ №2189502), содержащий корпус, размещенные в нем статор и ротор, у которого рабочее колесо выполнено из составных частей, периферийная часть колеса выполнена составной из аксиальных колец, соединенных между собой по цилиндрическим поверхностям, например, с натягом, при этом в каждом кольце выполнены радиальные отверстия, примыкающие друг к другу, противоположные стенки которых попарно являются лопатками или боковыми стенками дисков с образованием общего профиля межлопаточных каналов покрывного и основного дисков колеса.

Недостатком такой конструкции центробежного компрессора с соединением составных колец рабочего колеса по цилиндрическим поверхностям (прессовой посадке) является наличие высокого контактного давления по поверхностям сопряжения составных колец за счет выполнения большого натяга, что ведет к повышению внутренних напряжений в материале и деформаций деталей рабочего колеса и, как следствие, недостаточной надежности долгосрочной работы.

Высокие внутренние напряжения в соединении могут вызвать коробление полотен дисков в зонах между составными лопатками, что неблагоприятно отражается на КПД и ресурсе работы рабочих колес центробежной машины.

Технической задачей заявляемого технического решения является устранение указанных недостатков, а именно уменьшение расчетного контактного давления и, как следствие, радиальных деформаций (в зоне) сопрягаемых цилиндрических поверхностей и повышение надежности прессового соединения коаксиальных колец рабочего колеса с сохранением функции передачи крутящего момента привода в условиях воздействия внешних сил и моментов.

Технический результат достигается тем, что в известном центробежном компрессоре, содержащем корпус, размещенные в нем статор, ротор с рабочим колесом с составными лопатками и дисками, выполненными в монолитных кольцах, соединенных между собой по коаксиальным цилиндрическим поверхностям сопряжения, с образованием общего профиля межлопаточных каналов, согласно изобретению в монолитных кольцах, по меньшей мере, на сопрягаемых поверхностях одного соединения смежных составных лопаток выполнены совмещенные продольные пазы, в которых размещены жесткие прецизионные фиксаторы, например, в виде штифтов, при этом общие продольные оси совмещенных пазов расположены на диаметре сопрягаемых поверхностей и в поперечном сечении имеют профиль окружности.

На фиг.1 изображен центробежный компрессор (продольный разрез); на фиг.2 - рабочее колесо (поперечный разрез); на фиг.3 - вид А (фрагмент рабочего колеса); на фиг.4 - разрез А-А; на фиг.5 - сечение Б-Б (фрагмент продольного сечения рабочего колеса между лопатками).

Центробежный компрессор содержит корпус 1, размещенные в нем неподвижные статорные элементы 2, ротор 3 с рабочим составным колесом 4 закрытого типа, имеющим покрывной диск 5, ступицу основного диска 6, соединенные между собой входными частями лопаток 7, в совокупности образующих центральную часть рабочего колеса с цилиндрической поверхностью сопряжения 8. На центральную часть колеса по цилиндрической поверхности сопряжения 8 присоединена средняя часть, представляющая монолитное кольцо, образованное средней частью основного диска 9, средней частью покрывного диска 10, соединенными средними частями лопаток 11. На среднюю часть рабочего колеса по цилиндрической поверхности сопряжения 12 присоединена (напрессована) его периферийная часть, представляющая монолитное кольцо, образованное периферийной частью основного диска 13, периферийной частью покрывного диска 14, соединенными периферийными частями лопаток 15.

В материале входных частей лопаток 7 и смежных с ними средних частей лопаток 11 выполнены совмещенные продольные соответственно пазы 16, 17, образующие цилиндрические отверстия 18 с общей осью 19, размещенной на цилиндрической поверхности сопряжения 8 центральной и средней части рабочего колеса. В отверстиях 18 размещены прецизионные фиксаторы 20.

При работе центробежного компрессора происходит передача крутящего момента от вала привода (не показан) к каждой части рабочего колеса (центральной, средней, периферийной).

От центральной части к средней части рабочего колеса передача крутящего момента осуществляется преимущественно за счет контакта поверхностей продольных пазов 16 (в форме половины окружности) лопаток 7 с наружной поверхностью прецизионных фиксаторов 20 и, в свою очередь, поверхностей продольных пазов 17 в лопатках 11 посредством контакта по цилиндрической поверхности сопряжения 8. При этом по контактной поверхности сопряжения 8 величина натяга может быть снижена, что уменьшит деформации и соответственно внутренние напряжения в материале рабочего колеса. Тем самым повышается эксплуатационная надежность и ресурс работы компрессора.

Центробежный компрессор, содержащий корпус, размещенные в нем статор, ротор с рабочим колесом с составными лопатками и дисками, выполненными в монолитных кольцах, соединенных между собой по коаксиальным цилиндрическим поверхностям сопряжения, с образованием общего профиля межлопаточных каналов, отличающийся тем, что в монолитных кольцах, по меньшей мере, на сопрягаемых поверхностях одного соединения в смежных составных лопатках выполнены совмещенные продольные пазы, в которых размещены жесткие прецизионные фиксаторы, например, в виде штифтов, при этом общие продольные оси совмещенных пазов расположены на диаметре сопрягаемых поверхностей.