Осецентробежный многоступенчатый компрессор

Изобретение относится к конструкции осевого многоступенчатого компрессора, в частности к компрессорам газотурбинных двигателей наземного и авиационного применения. Осецентробежный многоступенчатый компрессор содержит корпус, входной направляющий аппарат, вал ротора компрессора, на котором последовательно установлены рабочие колеса с радиальными тоннелями, имеющими выходные отверстия, повернутые в направление параллельно оси вращения рабочего колеса. Первое рабочее колесо осевого типа, а все остальные рабочие колеса тоннельного типа, после каждого рабочего колеса на внутренней поверхности корпуса компрессора последовательно жестко закреплен направляющий диск с каналами и центральным выходным отверстием. Изобретение направлено на повышение КПД. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к компрессоростроению, в частности к конструкции осевого многоступенчатого компрессора.

Известен осецентробежный компрессор содержащий ротор и статор, установленные с радиальным зазором, образующие канал и имеет систему регулирования зазора между ротором и статором компрессора. RU 2485327 F04 29/58 29.06.2009.

Недостатком такого компрессора является сложность изготовления данной системы регулирования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является модульный насос, на валу которого установлены рабочие колеса, имеющие радиальные проточные каналы, выходные отверстия которых повернуты в направлении входа в рабочее колесо следующего модуля насоса, поэтому как на входе, так и на выходе из рабочего колеса поток жидкости имеет осевое направление. RU 2122653 С1 27.11.1998.

Недостатком такого насоса является низкий КПД, невысокое давление и небольшой расход жидкости, предрасположенность к возникновению кавитации, высокий уровень шума и сложность конструкции.

Недостаток осевых многоступенчатых компрессоров заключается в малой напорности отдельной ступени, возникновении пульсаций в проточной части компрессоров, что объясняется периодическим быстро повторяющимся отрывом газовых вихрей с рабочих и направляющих лопаток, сложности и трудоемкости изготовления лопаточного аппарата, большой вибрации и колебаний лопаток, крутой гидравлической характеристике, большом весе и осевой длине, малой высоте лопаток последних ступеней компрессора, предрасположенности к помпажу.

Недостаток центробежных многоступенчатых компрессоров заключается в больших радиальных размерах, относительно малой лобовой производительности и низком КПД при малых оборотах, сложности и трудоемкости изготовления, наличии диффузоров и обратных направляющих аппаратов, а также только 30% площади поперечного сечения компрессора используется для входа потока газа. Многочисленные испытания центробежных и осевых многоступенчатых компрессоров показали, что основные потери энергии приходятся на диффузоры и обратные направляющие аппараты, а также на профильные потери при взаимодействии потока газа с лопатками рабочих колес компрессора.

Задача изобретения - устранение недостатков осевых и центробежных многоступенчатых компрессоров, повышения КПД до 94% и более.

Указанный технический результат достигается тем, что в осецентробежном многоступенчатом компрессоре применяются рабочие колеса тоннельного типа, а вместо диффузоров и обратных направляющих аппаратов применяются направляющие диски.

Ступень осецентробежного многоступенчатого компрессора состоит из рабочего колеса тоннельного типа и направляющего диска. Одним из основных способов снижения веса многоступенчатых компрессоров является уменьшение количества ступеней.

Одна центробежная ступень создает повышение давления в 4-6 раз выше, чем осевая, что позволяет уменьшить количество ступеней компрессора для создания требуемого давления при прочих одинаковых условиях, однако устанавливать более 2 ступеней невыгодно по причине больших гидравлических потерь в диффузорах и обратных направляющих аппаратах. В осецентробежном многоступенчатом компрессоре эти потери незначительны или отсутствуют, что позволяет повысить его КПД на 6-8% по сравнению с осевым многоступенчатым компрессором.

Предлагаемый осецентробежный многоступенчатый компрессор имеет одинаковый диаметр с осевым многоступенчатым компрессором и использует 80% площади своего поперечного сечения, в его конструкции нет диффузоров и обратных направляющих аппаратов, поэтому можно устанавливать более 2 ступеней.

Осецентробежный многоступенчатый компрессор содержит корпус, состоящий из нескольких модулей с плоскими разъемами перпендикулярно оси вала компрессора, которые соединяются между собой, а центровка отдельных модулей выполняется по посадочным пояскам или штифтам. На внутренней поверхности каждого модуля жестко закреплен направляющий диск, который предназначен для безударного входа в свои каналы потока газа, выходящего после рабочего колеса и закручивания потока газа на входе в рабочее колесо следующей ступени компрессора в сторону, противоположную вращению рабочего колеса, что приводит к повышению давления и расхода газа через компрессор. В передней части компрессора установлен входной направляющий аппарат для поворота набегающего потока газа в сторону, противоположную вращению рабочего колеса осевого типа, а в центре входного направляющего аппарата закреплен подшипник, в котором вращается вал с последовательно закрепленными на нем рабочими колесами осевого и тоннельного типа. Первое рабочее колесо должно быть осевого типа, а все последующие тоннельного типа.

На Фиг 1 изображен осецентробежный трехступенчатый компрессор, который содержит корпус 1, входной направляющий аппарат 2, подшипник 3, вал ротора компрессора 4, осевое рабочее колесо 5, направляющий диск 6, каналы 7 направляющего диска 6, выходное отверстие 8 направляющего диска 6, рабочее колесо тоннельного типа 9, входное отверстие 10 рабочего колеса 9.

На Фиг. 2 изображен направляющий диск 6, который содержит каналы 7 направляющего диска, выходное отверстие 8 направляющего диска.

На Фиг. 3 изображено рабочее колесо тоннельного типа 9, которое содержит входное отверстие 10 рабочего колеса, тоннели 11, выходные отверстия 12 тоннелей, отверстие 13 для установки на вал ротора компрессора, покрывной диск 14.

Работа осецентробежного многоступенчатого компрессора осуществляется следующим образом. При вращении ротора компрессора лопасти рабочего колеса осевого типа 5 отбрасывают и закручивают газ вдоль оси вращения, а на место отброшенного газа поступает новый и в результате этого перед осевым рабочим колесом 5 образуется движение газа навстречу рабочему колесу - подсасывание, а позади осевого рабочего - отбрасывание. Рабочее колесо придает газу дополнительную энергию и его давление при проходе через ометаемую лопастями поверхность, существенно возрастает. После рабочего колеса газ попадает в каналы 7 направляющего диска 6, далее, двигаясь по каналам, газ изменяет направление движения в строну, противоположную вращению рабочего колеса и через выходное отверстие 8 направляющего диска 6, заходит во входное отверстие 10 рабочего колеса тоннельного типа 9 следующей ступени, а затем, проходя по тоннелям 11 колеса, газ поворачивается из осевого направления в радиальное и вовлекается во вращательное движение с окружной скоростью, возрастающей по мере удаления от оси вращения, а относительная скорость газа постоянно уменьшается до ноля в конце тоннелей 11 рабочего колеса 9, поток газа, достигнув начала отверстий 12 тоннелей 11, поворачивается из радиального в осевое направление, при этом скорость потока газа остается постоянной. Газ получает энергию за счет центробежной силы инерции, кориолисовой и аэродинамической силы.

Выйдя из отверстий 12 тоннелей рабочего колеса 9, закрученный поток газа под большим давлением с осевой и окружной скоростью попадает в каналы 7 направляющего диска 6 и, двигаясь по ним, через выходное отверстие 8, заходит в рабочее колесо тоннельного типа следующей ступени.

При эксплуатации осевого многоступенчатого компрессора наблюдается режим работы, который называется помпаж, он затрагивает весь газовоздушный тракт компрессора, включая различные зазоры и каналы, по которым протекает газ во время работы. Аэродинамика центробежного многоступенчатого компрессора проста и он менее подвержен помпажу, однако при малых расходах воздуха, если направление входящего потока не соответствует изгибу каналов центробежно-осевого рабочего колеса, то в них возможно возникновение помпажа.

В осецентробежном многоступенчатом компрессоре угол атаки передних кромок боковых стенок на входе в тоннели всегда меньше критического значения, поэтому возникновение помпажа в нем практически НЕВОЗМОЖНО. Торцы передних кромок боковых стенок тоннелей выполнены полукруглыми для увеличения критического угла атаки.

На основании уравнения постоянства массового расхода, при увеличении плотности и постоянной скорости потока воздуха, необходимо уменьшать площадь проходного сечения, для этого можно уменьшать длину выходных отверстий 12 тоннелей 11, рабочего колеса 9 при неизменной длине тоннелей 11. При установке на авиадвигателе осецентробежного многоступенчатого компрессора за последним рабочим колесом ставить направляющий диск не имеет смысла.

Использование менее дорогостоящих материалов и простота изготовления рабочего колеса тоннельного типа и направляющего диска существенно уменьшает стоимость заявленного изобретения.

1. Осецентробежный многоступенчатый компрессор, содержащий корпус, входной направляющий аппарат, вал ротора компрессора, на котором последовательно установлены рабочие колеса с радиальными тоннелями, имеющими выходные отверстия, повернутые в направление параллельно оси вращения рабочего колеса, отличающийся тем, что первое рабочее колесо осевого типа, а все остальные рабочие колеса тоннельного типа, после каждого рабочего колеса на внутренней поверхности корпуса компрессора последовательно жестко закреплен направляющий диск с каналами и центральным выходным отверстием.

2. Осецентробежный многоступенчатый компрессор по п. 1, отличающийся тем, что выход из каналов направляющего диска направлен в сторону противоположную вращению рабочего колеса.

3. Осецентробежный многоступенчатый компрессор по п. 1, отличающийся тем, что торцевые кромки боковых стенок на входе в тоннели рабочего колеса выполнены полукруглой формы.

4. Осецентробежный многоступенчатой компрессор по п. 1, отличающийся тем, что тоннели рабочего колеса изогнуты в сторону вращения рабочего колеса.



 

Похожие патенты:

Ступень центробежного компрессора содержит вращающееся относительно статора (13) рабочее колесо (10) с несколькими со стороны ротора лопатками (12) рабочего колеса, причем каждая лопатка (12) рабочего колеса имеет входящую кромку (16) потока, выходную кромку (17) потока и продолжающуюся между входящей кромкой (16) потока и выходной кромкой (17) потока всасывающую сторону (19), напорную сторону (18) и обращенную к статору (13) внешнюю поверхность (20).

Изобретение относится к способам стабилизации перепада давления между маслом уплотнения и газом в системе уплотнения центробежных нагнетателей. Способ реализуют при помощи устройства, выполненного в виде размещенного вертикально гидроцилиндра, содержащего нижний корпус, верхний корпус, соединенные двухсторонним фланцем, верхнюю крышку, нижнюю крышку; верхний корпус содержит стержень, нижний корпус содержит поршень с уплотнением по маслу уплотнения, одним уплотнением по газу и направляющей лентой, верхняя крышка гидроцилиндра снабжена штуцером, нижняя крышка гидроцилиндра снабжена штуцером, при этом способ содержит этапы, на которых: поршень перемещают из верхнего положения в нижнее положение при аварийном падении перепада давления между маслом уплотнения и газом, вытесняя, масло уплотнения в коллектор масла уплотнения газоперекачивающего агрегата, подключают аварийный источник питания, при этом массу и диаметр стержня задают таким образом, чтобы значение перепада давления между маслом уплотнения и газом варьировалось в интервале значений больше аварийной и меньше предупредительной уставки для обеспечения максимального времени работы устройства.

Группа изобретений относится к погружным насосным системам для выкачивания текучих сред из ствола скважины. Насосная система содержит электродвигатель, заполненный первым диэлектрическим смазочным материалом, и насос, приводимый в действие электродвигателем.

Группа изобретений относится к скважинным насосам. Многоступенчатый центробежный насос содержит корпус, вращающийся вал и первую и вторую ступени насоса.

Группа изобретений относится к машиностроению, в частности к турбостроению, и может быть использована в паротурбинных приводах, транспортных газотурбинных двигателях, а также в турбокомпрессорах двигателей внутреннего сгорания.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для частичной компенсации осевого усилия действующего на осевой подшипник главных циркуляционных насосных агрегатов первого контура водоохлаждаемых реакторных установок, обеспечивая запуск электродвигателя насоса при полном давлении в контуре, а также для обеспечения благоприятных условий работы осевого подшипника на номинальной нагрузке.

Изобретение относится к насосам центробежным модульным, используемым для добычи жидкостей из скважин. Насос центробежный модульный содержит насосные модули с соединительными деталями, выполненными в виде вилки с кольцевыми проточками под стопорные полукольца.

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к спрямляющим аппаратам компрессора газотурбинного двигателя. В спрямляющем аппарате компрессора газотурбинного двигателя, содержащем наружное кольцо, выполненное разборным и зафиксированное в составном корпусе, внутреннее кольцо и уплотнительное кольцо, выполненные разборными, лопатки, установленные в прорезях, выполненных по окружности в наружном и внутреннем кольцах соответственно, причем наружное и внутреннее кольца выполнены коническими относительно продольной оси компрессора газотурбинного двигателя, меньшие основания которых направлены в противолежащие стороны, согласно настоящему изобретению на участках лопаток, расположенных над наружным кольцом и под внутренним кольцом, выполнены поперечные прорези, в каждой из которых установлено по упругому элементу, контактирующему по обе стороны лопатки с наружной поверхностью наружного кольца или внутренней поверхностью внутреннего кольца соответственно, при этом любой из упругих элементов зафиксирован в поперечной прорези посредством установленного в ней стопорного элемента, контактирующего с его торцом.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в конструкциях уплотнительных узлов насосов, компрессоров и др. машин.

Группа изобретений относится к насосостроению, а именно к конструкции рабочего колеса для центробежного насоса, используемого для подачи как волокнистой суспензии, так и воды в напорный ящик машины для изготовления волокнистого полотна.

Изобретение относится к вентиляторостроению, а именно к вентиляторам для горячих газов. Способ охлаждения ротора и электродвигателя дымососа, включающий соосное закрепление диска на валу, соединяющем двигатель и высокотемпературный приемник механической вращательной энергии, характеризуется тем, что диск выполняют в форме плоской пластины, плоскость которой перпендикулярна направлению вала, а в диске изготавливают минимум два отверстия. Устройство охлаждения ротора и электродвигателя дымососа, содержащее диск, соосно закрепленный на валу, соединяющем двигатель и высокотемпературный приемник механической вращательной энергии, характеризуется тем, что диск выполнен в форме плоской пластины и содержит минимум два отверстия. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности охлаждения, технологичности и снижение веса. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к структуре ротора для центробежной проточной машины. Ротор 10 имеет конструкцию рабочей лопатки 14, которая расположена на ступице 12 ротора без опорного диска или бандажа. Кроме того, лопатка 14 имеет средство для эффективного промывания уплотнительной камеры за ротором 10. Уменьшается трение, уравновешивается осевое усилие, повышается коэффициент эффективности. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 10 ил.

Объектом изобретения является крышка (1) центробежного компрессора, предназначенная для крепления на картере (13, 15) газотурбинного двигателя и содержащая множество отверстий (16). Крышка (1), которая дополнительно содержит средств крепления на картере, отличается тем, что часть упомянутых средств (20) крепления находится на входе относительно отверстий (16) и доступна для крепежного инструмента (22) по меньшей мере через одно из упомянутых отверстий (16) крышки (1). Объектом изобретения является также газотурбинный двигатель, в котором используют крышку для образования герметичного объема (17), в частности, с целью отбора воздуха. Достигается облегчение монтажа крышки за счет обеспечения доступа к средствам крепления через выходную сторону, когда крышку устанавливают на место. На средствах крепления можно предварительно позиционировать стяжные средства, и в этом случае достаточно ввести крепежный инструмент через обеспечивающее к ним доступ отверстие для крепления крышки путем затягивания на картере. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к конструкции осевого многоступенчатого компрессора, в частности к компрессорам газотурбинных двигателей наземного и авиационного применения. Осецентробежный многоступенчатый компрессор содержит корпус, входной направляющий аппарат, вал ротора компрессора, на котором последовательно установлены рабочие колеса с радиальными тоннелями, имеющими выходные отверстия, повернутые в направление параллельно оси вращения рабочего колеса. Первое рабочее колесо осевого типа, а все остальные рабочие колеса тоннельного типа, после каждого рабочего колеса на внутренней поверхности корпуса компрессора последовательно жестко закреплен направляющий диск с каналами и центральным выходным отверстием. Изобретение направлено на повышение КПД. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх