Ступень центробежного компрессора



Ступень центробежного компрессора
Ступень центробежного компрессора
Ступень центробежного компрессора

 


Владельцы патента RU 2414629:

Примак Анатолий Никонорович (RU)

Изобретение может найти применение в центробежных компрессорах, предназначенных для обеспечения широкого диапазона производительностей. Ступень центробежного компрессора содержит рабочее колесо 1 и комбинированный диффузор 2, состоящий из параллельно расположенных лопаточного и безлопаточного диффузоров 3, 4. Диффузоры 3, 4 отделены друг от друга тонкой радиальной перегородкой 5. Перегородка 5 на входе выполнена с асимметричным утонением за счет стороны, обращенной к безлопаточному диффузору 4. Перегородка 5 может быть выполнена конической. Изобретение направлено на расширение зоны устойчивой работы ступени компрессора. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к энергетическим турбомашинам и может найти применение в центробежных компрессорах, предназначенных для обеспечения широкого диапазона производительностей сжимаемого газа.

Из известных ступеней центробежного компрессора (без какого-либо специального регулирования) наиболее широкий диапазон производительностей обеспечивает ступень с безлопаточным диффузором (БЛД) (см., например, Ден Г.Н. Проектирование проточной части центробежных компрессоров: Термогазодинамические расчеты. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние. 1980. - 232 с.). Однако ступень с БЛД имеет пониженный КПД (примерно на 3%) по сравнению со ступенью с лопаточным диффузором (ЛД) на номинальном режиме. Как отмечено на стр.21 Обзорной информации "Новые технические решения в центробежных компрессорах" (см. НИИЭинформэнергомаш, 1985, вып.1, с.1-40), "совершенствование БЛД заключается в основном в преобразовании его в комбинированный (с укороченными лопатками) лопаточный диффузор".

В японском патенте JP 60-184998, А 20.09.1985, предложен комбинированный диффузор центробежной гидравлической машины, у которого параллельно расположенные лопаточный и безлопаточный диффузоры отделены друг от друга конической перегородкой. Такой диффузор обеспечивал улучшенные характеристики ступени за счет предотвращения отрывов потока в диффузоре. Однако, не имея утонения на входе и располагаясь близко к колесу, перегородка и лопаточная часть диффузора по патенту JP 60-184998 А не способствуют расширению диапазона производительностей ступени в зону меньших расходов по сравнению со ступенью, содержащей только БЛД.

Целью настоящего изобретения является значительное расширение зоны устойчивой работы ступени центробежного компрессора по сравнению с известными ступенями без специального регулирования. Указанная цель достигается тем, что в известной ступени центробежного компрессора, содержащей рабочее колесо и комбинированный диффузор, состоящий из параллельно расположенных лопаточного (ЛД) и безлопаточного (БЛД) диффузоров, отделенных друг от друга тонкой радиальной перегородкой, эта перегородка на входе выполнена с асимметричным утонением за счет стороны, обращенной к безлопаточному диффузору. Так выполненная перегородка одновременно с расширением зоны устойчивой работы ступени решает задачу повышения КПД ступени.

С целью большего расширения зоны устойчивой работы ступени в область пониженных производительностей входную кромку перегородки следует расположить на диаметре Dвх. пер, равном (1,06…1,10) выходного диаметра колеса D2 (фиг.1, 3). Указанный диапазон обусловлен следующими причинами. Для того чтобы в общем случае неравномерный поток, выходящий из рабочего колеса, имел возможность перераспределяться между ЛД и БЛД, что важно для достижения цели изобретения по настоящей заявке, необходимо удаление входной кромки перегородки комбинированного диффузора на определенное расстояние от рабочего колеса. Как указано в книге В.Ф. Риса (Центробежные компрессорные машины, 1981 г., на стр.118), в зоне за колесом, простирающейся до диаметра D=1,06 D2, заканчивается интенсивный процесс выравнивания потока по углу и величине скорости. Этот диаметр и был выбран в качестве минимального значения для Dвx. пер, а именно Dвx. пер = 1,06 D2. Поскольку в комбинированном диффузоре перегородка должна разделять области течений в ЛД и БЛД, то максимальное значение Dвх. пер не должно превышать минимально рекомендуемого значения входного диаметра D3 (фиг.2) ЛД. В цитированной книге Г.Н.Дена на стр.76, 77 минимальные значения D3 рекомендовано назначать из диапазона D3=(1,10…1,15) D2, а значит, максимальное значение Dвx. пер = 1,10 D2.

Данное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия", так как оно, обеспечивая саморегулирование течения в ступени, позволяет ей устойчиво и с достаточно высоким КПД работать в широкой зоне производительностей, сопоставимой с зоной работы ступени с поворотными лопатками диффузора.

Следует отметить, что ступени с поворотными лопатками диффузоров из-за сложности их конструкции, требующей устройства специального механизма поворота лопаток диффузора, привода к нему и системы автоматического управления этим механизмом, практически не применяются в отечественных и зарубежных центробежных компрессорах, хотя потребность в таких ступенях велика.

На фиг.1 изображена промежуточная ступень (изобретение годится и для концевой ступени) центробежного компрессора с комбинированным диффузором, в котором тонкая радиальная перегородка выполнена на входе с асимметричным утонением за счет стороны, обращенной к БЛД, меридиональный разрез; на фиг.2 - радиальный разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - то же, что на фиг.1, но с конической перегородкой и расположением входной кромки перегородки на диаметре, равном (1,06…1,10) выходного диаметра колеса.

Ступень содержит колесо 1 (фиг.1, 3), комбинированный диффузор 2 (фиг.1, 3), состоящий из лопаточного 3 (фиг.1, 3) и безлопаточного 4 (фиг.1, 3) диффузоров, которые отделены друг от друга тонкой радиальной (фиг.1), или конической (фиг.3), перегородкой 5 (фиг.1…3), крепящейся, например, к лопаткам диффузора 3 (фиг.1, 3). Перегородка 5 выполнена на входе с асимметричным утонением за счет стороны, обращенной к БЛД (фиг.1).

Для дополнительного расширения зоны устойчивой работы ступени перегородку 5 целесообразно выполнить конической (фиг.3).

С целью большего расширения зоны устойчивой работы ступени и для радиальной, и для конической перегородки ее входную кромку целесообразно расположить на диаметре Dвx. пер, равном (1,06…1,10) выходного диаметра колеса D2 (фиг.1, 3).

Ступень работает следующим образом.

При производительности, равной примерно 70% от номинальной, в ЛД комбинированного диффузора образуются интенсивные срывы потока, при которых лопаточная решетка уже не способна повышать давление. В БЛД поток продолжает сжиматься. При дальнейшем уменьшении производительности в лопаточном диффузоре возникает обратный ток. При этом ЛД автоматически отключается от активной работы ступени. Не будь БЛД, наступил бы помпаж ступени. Начиная с производительности, равной примерно 70% от номинальной, весь поток, выходящий из колеса, устремляется в БЛД. При этом возрастает расходная составляющая скорости в БЛД, что увеличивает угол потока на входе в БЛД, а с ним увеличивается КПД БЛД и всей ступени на этих частичных режимах. Поэтому при отключенном ЛД не только расширяется зона устойчивой работы ступени в сторону меньших производительностей, но одновременно увеличивается КПД ступени при ее работе на таких частичных режимах. Техническое решение по настоящему изобретению, а именно: асимметричное выполнение входа перегородки за счет стороны, обращенной к безлопаточному диффузору - способствует выходящему из колеса потоку с меньшими потерями войти в БЛД. Это расширяет зону рабочих режимов ступени в область меньших производительностей и повышает КПД ступени.

Выполнение перегородки 5 конической по фиг.3 способствует повышению угла потока в БЛД, что благоприятно сказывается на расширении зоны устойчивой работы ступени.

Чтобы перегородка меньше возмущала поток, она должна быть тонкой (толщина перегородки δ (фиг.1) определяется условиями прочности) и иметь обтекаемую форму на входе.

Расположение входной кромки перегородки на диаметре Dвx. пер, равном (1,06…1,10) выходного диаметра колеса D2 (фиг.1, 3) позволяет потоку, выходящему из колеса, с минимальными потерями перераспределяться между БЛД и ЛД, что также расширяет зону устойчивой работы ступени.

1. Ступень центробежного компрессора, содержащая рабочее колесо и комбинированный диффузор, состоящий из параллельно расположенных лопаточного и безлопаточного диффузоров, отделенных друг от друга тонкой радиальной перегородкой, отличающаяся тем, что перегородка на входе выполнена с асимметричным утонением за счет стороны, обращенной к безлопаточному диффузору.

2. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что перегородка выполнена конической.

3. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что входная кромка перегородки расположена на диаметре Dвx. пер, равном 1,06…1,10 выходного диаметра колеса D2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области насосостроения, и прежде всего к многоступенчатым насосам, используемым для добычи нефти из скважин и для подачи воды в продуктивный нефтеносный пласт для поддержания и повышения в нем пластового давления.

Изобретение относится к энергетическим турбомашинам и может использоваться в лопаточных диффузорах центробежных компрессоров, нагнетателей, вентиляторов и насосов.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности при добыче нефти центробежными насосами. .

Изобретение относится к области насосостроения, в частности насосам для добычи нефти из скважин. .

Изобретение относится к области насосостроения и, прежде всего, к многоступенчатым насосам, используемым для добычи нефти из скважин и для подачи воды в продуктивный нефтеносный пласт для поддержания и повышения в нем пластового давления.

Изобретение относится к центробежным компрессорам для турбонагнетателей отработанных газов и обеспечивает повышение давления сжатия и надежности работы при спиральном наддуве воздуха в турбонагнетатель.

Изобретение относится к туннельным вентиляторам, устанавливаемым в воздуховодах для транспортировки воздуха, и обеспечивает при своей работе достижение более высокого давления в воздуховоде и снижение уровня шума.

Изобретение относится к области насосостроения, в частности к многоступенчатым центробежным насосам. .

Изобретение относится к машиностроению и может использоваться для перекачивания нефтепродуктов, имеющих температуру до +200°С. .

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано при создании центробежных насосов, предназначенных для добычи нефти и других жидкостей с высоким содержанием абразивных частиц.

Изобретение относится к многоступенчатым насосам, используемым для добычи нефти из скважин и для подачи воды в продуктивный нефтеносный пласт для поддержания и повышения в нем пластового давления

Изобретение относится к области гидромашиностроения и может быть применено в многоступенчатых центробежных насосах, особенно малошумных, к которым предъявляются повышенные требования по минимизации турбулентности потока и компактности конструкции

Изобретение относится к центробежному насосу, содержащему множество каналов, по меньшей мере один элемент которых имеет один или более неосесимметричных контуров каналов, образованных по меньшей мере частично лопастями или лопатками неравной высоты, и способы изготовления и применения таких насосов для перекачивания текучих сред, например в и из буровых скважин (стволов скважин), хотя изобретение применимо к насосам, сконструированным для любого предполагаемого использования, включая, но не ограничиваясь так называемыми работами по транспортировке текучих сред на поверхность

Изобретение относится к насосостроению, а именно к конструкциям центробежных насосов

Изобретение относится к насосостроению, к конструкциям направляющих аппаратов преимущественно, крупных центробежных нефтяных магистральных насосов

Изобретение относится к насосостроению, а именно к корпусам центробежных насосов с двухвитковыми отводами

Изобретение относится к насосостроению

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при создании пульповых центробежных насосов, предназначенных для перекачки рудных пульп на горно-обогатительных комбинатах

Изобретение относится к машиностроению, в частности к компрессоростроению, может быть использовано в конструкциях газотурбинных двигателей (ГТД) как авиационного, так и наземного применения и обеспечивает при его использовании повышение КПД ступени центробежного компрессора за счет уменьшения потерь в проточной части ступени на участке, ограниченном с одной стороны входом поворотного лопаточного диффузора, а с другой - выходом спрямляющего аппарата
Наверх