Входное устройство центробежной турбомашины



Входное устройство центробежной турбомашины
Входное устройство центробежной турбомашины
Входное устройство центробежной турбомашины
Входное устройство центробежной турбомашины
Входное устройство центробежной турбомашины
Входное устройство центробежной турбомашины
Входное устройство центробежной турбомашины
Входное устройство центробежной турбомашины
Входное устройство центробежной турбомашины
Входное устройство центробежной турбомашины
Входное устройство центробежной турбомашины
Входное устройство центробежной турбомашины
Входное устройство центробежной турбомашины
Входное устройство центробежной турбомашины
Входное устройство центробежной турбомашины

 


Владельцы патента RU 2616433:

Акционерное общество "Научно-производственная фирма "Невинтермаш" (RU)

Изобретение относится к энергетическим турбомашинам и может использоваться в центробежных компрессорах, нагнетателях и насосах. Оно применимо к таким входным устройствам, которые содержат расположенные последовательно по ходу рабочей среды радиально ориентированный переходник с круглого входного сечения на прямоугольное, секцию увеличения ширины сечения в радиальной плоскости, промежуточную камеру и радиально-осевой осесимметричный конфузор, причем переходник в направлении хода рабочей среды расширяется в радиальной плоскости и сужается в меридиональной, секция и камера сужаются в направлении хода рабочей среды в меридиональной плоскости с одинаковым углом, граничное сечение между камерой и конфузором - цилиндрическое, а выпуклый меридиональный обвод конфузора закруглен по радиусу. Площади граничных сечений между переходником, секцией, камерой и конфузором равны (1.1…0.9) площади входного сечения устройства. Радиус выпуклого меридионального обвода конфузора равен (4…1) ширины его выходного сечения. Угол сужения переходника в меридиональной плоскости равен углу сужения секции и камеры в этой плоскости. Угол сужения секции и камеры в меридиональной плоскости определяется по формуле, в которой фигурируют четыре геометрических параметра устройства: площадь граничного сечения между секцией и камерой, ширина этого сечения в радиальной плоскости, ширина и диаметр граничного сечения между камерой и конфузором. Изобретение позволяет уменьшить потери напора в устройстве. 7 ил.

 

Изобретение относится к энергетическим турбомашинам и может использоваться в центробежных компрессорах, нагнетателях и насосах.

Известны входные устройства центробежных турбомашин, имеющие трехмерные участки рабочей поверхности (рис. 56 в отраслевом каталоге "Центробежные и осевые компрессорные машины". - М.: ЦНИИТЭИ по тяж. и трансп. маш-ю, 1992). Недостатком таких входных устройств является большая трудоемкость изготовления.

Отмеченный недостаток устранен во входных устройствах, рабочая поверхность которых не имеет трехмерных участков. Известное входное устройство такого типа (рис. 1 в статье "Сравнение низконапорных воздушных центробежных компрессоров, предлагаемых фирмами стран СНГ." // Труды пятого международного симпозиума "Потребители-производители компрессоров и компрессорного оборудования". - Санкт-Петербург, 1999, с. 170-174) содержит расположенные последовательно по ходу рабочей среды радиально ориентированный переходник с круглого входного сечения на прямоугольное, секцию увеличения ширины сечения в радиальной плоскости, промежуточную камеру и радиально-осевой осесимметричный конфузор с кольцевым выходным сечением. При этом переходник в направлении хода рабочей среды расширяется в радиальной плоскости и сужается в меридиональной, секция и камера сужаются в направлении хода рабочей среды в меридиональной плоскости с одинаковым углом, граничное сечение между камерой и конфузором - цилиндрическое, а выпуклый меридиональный обвод конфузора закруглен по радиусу.

Недостаток известного входного устройства состоит в значительных потерях напора.

Причинами значительных потерь напора являются:

большое отличие площадей граничных сечений между переходником, секцией, камерой и конфузором от площади входного сечения устройства;

малый радиус закругления выпуклого меридионального обвода конфузора (этот радиус меньше ширины выходного сечения);

существенные изломы рабочей поверхности в граничных сечениях между переходником, секцией и камерой;

угол сужения секции и камеры в меридиональной плоскости принят из конструктивных соображений без учета рациональной площади граничного сечения между секцией и камерой.

Целью настоящего изобретения является уменьшение потерь напора.

Указанная цель достигается тем, что в известном входном устройстве центробежной турбомашины, содержащем расположенные последовательно по ходу рабочей среды радиально ориентированный переходник с круглого входного сечения на прямоугольное, секцию увеличения ширины сечения в радиальной плоскости, промежуточную камеру и радиально-осевой осесимметричный конфузор с кольцевым выходным сечением, причем переходник в направлении хода рабочей среды расширяется в радиальной плоскости и сужается в меридиональной, секция и камера сужаются в направлении хода рабочей среды в меридиональной плоскости с одинаковым углом, граничное сечение между камерой и конфузором - цилиндрическое, а выпуклый меридиональный обвод конфузора закруглен по радиусу,

площади граничных сечений между переходником, секцией, камерой и конфузором равны (1.1…0.9) площади входного сечения устройства;

радиус закругления выпуклого меридионального обвода конфузора равен (4…1) ширины его выходного сечения;

угол сужения переходника в меридиональной плоскости равен углу сужения секции и камеры в этой плоскости;

угол сужения секции и камеры в меридиональной плоскости определяется соотношением

в котором γ - угол сужения секции и камеры в меридиональной плоскости,

fф и аф - соответственно площадь и ширина в радиальной плоскости граничного сечения между секцией и камерой,

bц и Dц - соответственно ширина и диаметр граничного сечения между камерой и конфузором.

Данное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия", так как оно позволяет комплексно оптимизировать все основные геометрические параметры известного входного устройства центробежных турбомашин и тем самым обеспечить максимальную газо- или гидродинамическую эффективность этого устройства.

На фиг. 1 изображено входное устройство центробежной турбомашины, меридиональный разрез; на фиг. 2 - радиальный разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение вх-вх на фиг. 2; на фиг. 4 - сечение п-п на фиг. 2; на фиг. 5 - сечение ф-ф на фиг. 2; на фиг. 6 - зависимость коэффициента потерь напора ζ радиально-осевого конфузора от аргументов ζ; на фиг. 7 - разрез Б-Б на фиг. 2.

Входное устройство содержит расположенные последовательно по ходу рабочей среды переходник 1, секцию 2, промежуточную камеру 3 и радиально-осевой осесимметричный конфузор 4. Ось 5 переходника ориентирована радиально. Входное сечение 6 устройства и переходника 1 - круглое. Граничное сечение 7 между переходником 1 и секцией 2 - прямоугольное. Граничное сечение 8 между секцией 2 и камерой 3 - фигурное. Граничное сечение 9 между камерой 3 и конфузором 4 - цилиндрическое. Выходное сечение 10 конфузора 4 и устройства - кольцевое.

Переходник 1 в направлении хода рабочей среды расширяется в радиальной плоскости с углом α и сужается в меридиональной плоскости с углом δ. Секция 2 в направлении хода рабочей среды расширяется в радиальной плоскости с углом β и сужается в меридиональной с углом γ, равным углу сужения в меридиональной плоскости камеры 3. Выпуклый меридиональный обвод 11 конфузора 4 закруглен по радиусу Rвып.

Входное устройство выполнено в соответствии с изобретением:

площади граничных сечений 7, 8 и 9 между переходником 1, секцией 2, камерой 3 и конфузором 4 составляют (1.1…0.9) площади входного сечения 6 устройства;

радиус Rвып закругления выпуклого меридионального обвода 11 конфузора 4 находится в пределах (4…1) ширины bвых выходного сечения 10 конфузора 4;

угол δ сужения переходника 1 в меридиональной плоскости равен углу сужения γ секции 2 и камеры 3 в этой плоскости;

угол γ сужения секции 2 и камеры 3 в меридиональной плоскости соответствует соотношению (1).

Входное устройство работает следующим образом.

Рабочая среда из подводящей трубы (на чертежах труба не изображена) поступает в круглое входное сечение 6 устройства со скоростью свх, последовательно проходит переходник 1, секцию 2, камеру 3, конфузор 4 и выходит из устройства через кольцевое выходное сечение 10 со скоростью свых на вход в первое рабочее колесо турбомашины (на чертежах колесо не изображено). Скорость свых намного больше скорости свх, поскольку в любой центробежной турбомашине площадь выходного сечения входного устройства намного меньше площади его входного сечения (с. 521 в книге Ю.Б. Галеркин "Турбокомпрессоры". - М.: Информ. - издательский центр "КХТ", 2010). Течение рабочей среды по устройству сопровождается потерями напора.

Переходник 1, секция 2, камера 3 и конфузор 4 представляют собой местные сопротивления, так как их длины невелики в сравнении с их гидравлическими диаметрами. Потери напора в местных сопротивлениях складываются из потерь трения и дополнительных местных потерь (раздел 1.5.4 Справочника по расчетам гидравлических и вентиляционных систем. - Санкт-Петербург: Изд-во "Мир и семья", 2002). Поскольку потери трения пропорциональны с2, то при заданных площадях входного сечения 6 и выходного сечения 10 эти потери в переходнике 1, секции 2, камере 3 и конфузоре 4 тем меньше, чем больше площади граничных сечений 7, 8 и 9 между переходником 1, секцией 2, камерой 3 и конфузором 4 по сравнению с площадью входного сечения 6. Местные потери обусловлены локальными диффузорными зонами в потоке рабочей среды. Поэтому эти потери, в отличие от потерь трения, тем меньше, чем меньше площади граничных сечений 7. 8 и 9 по сравнению с площадью входного сечения 6. Следовательно, условием минимума потерь напора во входном устройстве является приблизительное равенство площадей граничных сечений 7, 8 и 9 площади входного сечения 6 устройства, что и отражено в изобретении.

Целесообразность фигурирующей в изобретении рекомендации для радиуса Rвып закругления выпуклого меридионального обвода 11 конфузора 4 (Rвып=(4…1)bвых) следует из фиг. 6, на которой представлена зависимость коэффициента потерь напора ζ конфузора 4 от его безразмерных геометрических параметров Rвып/bвых и bц/bвых. Приведенные на фиг. 6 кривые рассчитаны по методу, изложенному на с. 14…16 в №4 журнала "Компрессорная техника и пневматика" за 2011 г. Из фиг. 6 видно, что оптимальная величина Rвып/bвых, соответствующая минимуму ζ, практически не зависит от bц/bвых и равна приблизительно 4. Поэтому, если преследовать единственную цель уменьшения потерь напора в конфузоре (и, следовательно, во всем входном устройстве), то Rвып. опт≈4bвых. Однако величина Rвып, превосходящая bвых в 4 раза, обусловливает большие размеры входного устройства, в особенности радиальные. Поэтому, имея в виду ограничение размеров устройства, можно допустить Rвып меньше 4bвых, но не менее 1bвых, так как при Rвып<1bвых согласно фиг. 6 ζ начинает возрастать очень быстро.

Фигурирующая в изобретении рекомендация приравнивать угол δ сужения переходника 1 в меридиональной плоскости к углу γ сужения секции 2 и камеры 3 в этой же плоскости способствует достижению цели изобретения (уменьшению потерь напора) благодаря тому, что при δ=γ исчезает излом рабочей поверхности устройства в граничном сечении 7 между переходником 1 и секцией 2 в меридиональной плоскости (см. фиг. 1).

Фигурирующее в изобретении соотношение (1) для угла γ сужения секции 2 и камеры 3 в меридиональной плоскости вытекает из выражения

для площади fф граничного сечения 8 между секцией 2 и камерой 3. Ниже приводится доказательство выражения (2).

Из фиг. 5 видно, что

Из фиг. 7

Из фиг. 2

Подставляя (5) в (4) и (4) в (3), имеем

Согласно таблице неопределенных интегралов (п. 125 на с. 97 Справочника по математике И. Н. Бронштейна и К.А. Семендяева издания 1986 г.)

Следовательно, определенный интеграл в (6)

Подстановка (7) в (6) дает выражение (2) для площади fф, что и требовалось доказать.

Входное устройство центробежной турбомашины, содержащее расположенные последовательно по ходу рабочей среды радиально ориентированный переходник с круглого входного сечения на прямоугольное, секцию увеличения ширины сечения в радиальной плоскости, промежуточную камеру и радиально-осевой осесимметричный конфузор с кольцевым выходным сечением, причем переходник в направлении хода рабочей среды расширяется в радиальной плоскости и сужается в меридиональной, секция и камера сужаются в направлении хода рабочей среды в меридиональной плоскости с одинаковым углом, граничное сечение между камерой и конфузором - цилиндрическое, а выпуклый меридиональный обвод конфузора закруглен по радиусу, отличающееся тем, что площади граничных сечений между переходником, секцией, камерой и конфузором равны (1.1…0.9) площади входного сечения устройства, радиус закругления выпуклого обвода конфузора равен (4…1) ширины его выходного сечения, угол сужения переходника в меридиональной плоскости равен углу сужения секции и камеры в этой плоскости, а последний определяется соотношением

в котором

γ - угол сужения секции и камеры в меридиональной плоскости,

fф и аф - соответственно площадь и ширина в радиальной плоскости граничного сечения между секцией и камерой,

bц и Dц - соответственно ширина и диаметр граничного сечения между камерой и конфузором.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения и может быть использовано в турбонасосных агрегатах (ТНА) ЖРД верхних ступеней ракет в качестве разгонных блоков многоразового включения и с продолжительным временем работы.

Центробежный компрессор с по меньшей мере одной ступенью, в котором указанная или каждая ступень компрессора содержит крыльчатку с множеством подвижных лопастей, которая установлена в проточной части соответствующей ступени компрессора, причем проточная часть соответствующей ступени компрессора ограничена профилем ступицы и профилем корпуса или покрывного диска.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в центробежных компрессорах. Изобретение направлено на осуществление истечения воздуха путем установки диска, имеющего оптимизированную форму.

Группа изобретений относится к электрическим скважинным насосным установкам. Установка содержит приводимый двигателем насос, имеющий ряд ступеней.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении погружных электроцентробежных насосов для добычи нефти. Способ изготовления рабочего колеса и направляющего аппарата ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса включает ввод алюминия под поверхность расплава при температуре 1410-1480°С.

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано для откачки из скважин пластовой жидкости с высоким содержанием газа. Погружной лопастной мультифазный насос содержит n-число ступеней.

Устройства, системы и способы в соответствии с примерными вариантами выполнения обеспечивают диффузоры, например, в виде части турбомашины 300, с диффузорными лопатками, имеющими S-образные средние линии.

Группа изобретений относится к машиностроению и может быть использована в погружных многоступенчатых электроцентробежных насосах для добычи нефти. Насос содержит корпус, вал и ступени, состоящие из рабочего колеса и направляющего аппарата, выполненные литьем из чугуна следующего состава, масс.%: углерода - 3,2-3,9, кремния - 0,2-1,0, марганца - 0,5-0,8, хрома - 0,1-0,5, меди - 0,8-1,5, алюминия - 1,7-4,0, титана - не более 0,3, фосфора - не более 0,2, серы - не более 0,02, железо - остальное.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано, например, в установках погружных электроцентробежных насосов для добычи нефти. Погружной многоступенчатый центробежный насос содержит корпус (1), вал (2), ступени (3), состоящие из рабочего колеса (4) и направляющего аппарата (5), выполненные литьем из чугуна следующего состава, масс.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в способах изготовления рабочих колес и направляющих аппаратов ступеней погружных многоступенчатых электроцентробежных насосов для добычи нефти.
Наверх