RU2109175C1 - Radial blower - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: radial blower has housing accommodating axially radial intake guide vane assembly and impeller. Axially radial intake guide vane assembly has two series sections at outlet in radial direction. Walls of first section are axially curved over inner radius relative to input, and walls of second section have opposite sign curvature. EFFECT: increased efficiency of radial blower in wide range of operation owing to optimization of flow in setting; improved vibroacousting characteristics. 1 dwg

Description

Изобретение относится к турбомашиностроению, а именно к лопаточным нагнетателям необъемного типа. The invention relates to turbomachinery, and in particular to vane type superchargers.

Известен радиальный нагнетатель, содержащий корпус и размещенные в нем осерадиальный входной направляющий аппарат и рабочее колесо, в котором осерадиальный входной направляющий аппарат на выходе в радиальном направлении содержит участок, стенки которого в осевом сечении изогнуты относительно входа по внутреннему радиусу (Диксон С.Л. Механика жидкостей и газов, термодинамика турбомашин.-М., Машиностроение, 1981, с. 153, рис. 7.1.). A radial supercharger is known, comprising a housing and an axial radial inlet guide vane and an impeller located in it, wherein the radial radial inlet axial inlet guiding apparatus contains a section whose walls are bent in axial section relative to the inlet along the inner radius (Dixon S.L. Mechanics liquids and gases, thermodynamics of turbomachines.-M., Mechanical Engineering, 1981, p. 153, Fig. 7.1.).

В таком радиальном нагнетателе на выходе из осерадиального входного направляющего аппарата поток рабочей среды не достигает строго радиального направления и натекает на лопатки рабочего колеса под углом к плоскости вращения последнего, обусловливая тем самым низкую эффективность радиального нагнетателя в целом. Кроме того, на выходе из осерадиального входного направляющего аппарата величина скорости потока у внешней относительно входа стенки больше величины скорости потока у противоположной внутренней стенки, т.е. наблюдается неравномерность потока на выходе. Это приводит к тому, что величина угла натекания потока рабочей среды на лопатки рабочего колеса меняется вдоль оси радиального нагнетателя, что также снижает эффективность последнего. In such a radial supercharger, at the outlet of the axial-radial input guide vane, the flow of the working medium does not reach a strictly radial direction and flows onto the blades of the impeller at an angle to the plane of rotation of the latter, thereby causing a low efficiency of the radial supercharger as a whole. In addition, at the exit from the axial radial inlet guide vane, the value of the flow velocity at the outer wall relative to the inlet is greater than the flow velocity at the opposite inner wall, i.e. uneven flow at the outlet. This leads to the fact that the value of the angle of leakage of the flow of the working medium onto the blades of the impeller varies along the axis of the radial supercharger, which also reduces the efficiency of the latter.

Наиболее близким из известных к изобретению является радиальный нагнетатель, содержащий корпус и размещенные в нем низкооборотное колесо первой ступени и рабочее колесо второй ступени (Авт. св. СССР N 1216435, МКИ кл. F 04 D 1/06, 03.04.84), принятое в качестве прототипа. В этой конструкции радиального нагнетателя низкооборотное колесо первой ступени является осерадиальным входным направляющим аппаратом, стенки которого в осевом сечении изогнуты относительно входа по внутреннему радиусу. The closest known to the invention is a radial supercharger containing a housing and a low-speed wheel of the first stage and an impeller of the second stage placed therein (Aut. St. USSR N 1216435, MKI class F 04 D 1/06, 04/03/84) as a prototype. In this design of a radial supercharger, the low-speed wheel of the first stage is an axial radial inlet guide apparatus, the walls of which are axially bent relative to the inlet along the inner radius.

Недостатком радиального нагнетателя по прототипу является также его низкая эффективность. Хотя в таком радиальном нагнетателе поток рабочей среды на выходе из низкооборотного колеса первой ступени имеет практически радиальное направление, однако, сохраняется его неравномерность. При прохождении через колесо первой ступени поток по инерции стремится к поверхности, изогнутой по большему радиусу, т.е. величина скорости потока на выходе является переменной по ширине колеса. Последнее, с учетом углового вращения рабочего колеса, соответственно обусловливает разность углов натекания потока на лопатки рабочего колеса по его ширине. Поскольку существует оптимальный угол атаки потока на лопатки рабочего колеса, то очевидно, что в таком известном радиальном нагнетателе режим натекания потока на лопатки рабочего колеса в целом отличается от оптимального, обусловливая тем самым низкую эффективность нагнетателя. The disadvantage of the radial supercharger of the prototype is also its low efficiency. Although in such a radial supercharger the flow of the working medium at the exit from the low-speed wheel of the first stage has a practically radial direction, however, its unevenness remains. When passing through the wheel of the first stage, the inertial flow tends to a surface curved over a larger radius, i.e. the output flow rate is variable over the width of the wheel. The latter, taking into account the angular rotation of the impeller, respectively, determines the difference in the angles of leakage of flow onto the blades of the impeller along its width. Since there is an optimal angle of attack of the flow on the blades of the impeller, it is obvious that in such a known radial supercharger, the mode of leakage of the flow on the blades of the impeller as a whole differs from the optimal one, thereby causing a low efficiency of the supercharger.

Кроме того, неравномерность поля скоростей вызывает повышенные пульсации давления, что приводит к ухудшению виброакустических характеристик радиального нагнетателя. In addition, the non-uniformity of the velocity field causes increased pressure pulsations, which leads to a deterioration in the vibro-acoustic characteristics of the radial supercharger.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, а именно - повышение эффективности радиального нагнетателя в широком диапазоне за счет оптимизации потока в его проточной части. The aim of the present invention is to remedy these disadvantages, namely, increasing the efficiency of a radial supercharger in a wide range by optimizing the flow in its flow part.

Указанная цель достигается тем, что в известном радиальном нагнетателе, содержащем корпус и размещенные в нем осерадиальный входной направляющий аппарат и рабочее колесо, осерадиальный входной направляющий аппарат, согласно изобретению, на выходе в радиальном направлении последовательно содержит два участка, стенки первого из которых в осевом сечении изогнуты относительно входа по внутреннему радиусу, а стенки второго участка имеют кривизну противоположного знака. This goal is achieved by the fact that in the known radial supercharger containing the housing and placed therein an axial radial inlet guide apparatus and an impeller, the axial radial inlet guide vanes, according to the invention, sequentially contains two sections at the outlet in the radial direction, the walls of the first of which are in axial section bent relative to the entrance along the inner radius, and the walls of the second section have a curvature of the opposite sign.

По сравнению с прототипом изобретение имеет новую совокупность общих существенных признаков, т.е. отвечает критерию "новизны". Compared with the prototype, the invention has a new set of common essential features, i.e. meets the criterion of "novelty."

Отличительный признак изобретения: осерадиальный входной направляющий аппарат на выходе в радиальном направлении последовательно содержит два участка, стенки первого из которых в осевом сечении изогнуты относительно входа по внутреннему радиусу, а стенки второго участка имеют кривизну противоположного знака - в известных из науки и техники решениях не обнаружен. A distinctive feature of the invention: the radial directional input guiding device sequentially contains two sections, the walls of the first of which are axially bent relative to the entrance along the inner radius, and the walls of the second section have a curvature of the opposite sign - no solutions were found in science and technology .

Таким образом, можно утверждать, что изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень". Thus, it can be argued that the invention meets the criterion of "inventive step".

Выполнение осерадиального входного направляющего аппарата предложенным образом позволяет обеспечить большую степень деформации потока при прохождении его через осерадиальный входной направляющий аппарат. В связи с этим, поток рабочей среды при изменении направления движения с осевого на радиальное, на первом участке, стенки которого в осевом сечении изогнуты относительно входа по внутреннему радиусу, по инерции стремится к поверхности, изогнутой по большему радиусу. Далее, на втором участке, стенки которого имеют кривизну противоположного знака, поток стремится к противоположной поверхности. Тем самым происходит выравнивание потока рабочей среды на выходе из осерадиального входного направляющего аппарата и, следовательно, угол натекания потока на лопатки рабочего колеса является постоянным по ширине последнего. Таким образом, поток рабочей среды на входе в рабочее колесо является радиальным и равномерным, обеспечивая работу рабочего колеса в оптимальном режиме и, тем самым, повышая эффективность радиального нагнетателя. The implementation of the axial-radial input guide vane in the proposed manner allows a greater degree of deformation of the flow when passing through the axial-radial input guide vane. In this regard, the flow of the working medium when changing the direction of motion from axial to radial, in the first section, the walls of which are axially bent relative to the inlet along the inner radius, by inertia tends to a surface curved over a larger radius. Further, in the second section, the walls of which have a curvature of the opposite sign, the flow tends to the opposite surface. Thus, the flow of the working medium is equalized at the outlet of the axial-radial input guide vane and, therefore, the angle of the flow on the blades of the impeller is constant across the width of the latter. Thus, the flow of the working medium at the entrance to the impeller is radial and uniform, ensuring the operation of the impeller in optimal mode and, thereby, increasing the efficiency of the radial supercharger.

Кроме того, за счет обеспечения равномерности потока на входе в рабочее колесо и, следовательно, уменьшения пульсаций давления, улучшаются виброакустические характеристики радиального нагнетателя. In addition, by ensuring uniform flow at the inlet to the impeller and, consequently, reducing pressure pulsations, the vibrational characteristics of the radial supercharger are improved.

Видно, что только совокупность всех общих существенных признаков изобретения обеспечивает достижение цели. It is seen that only the totality of all the common essential features of the invention ensures the achievement of the goal.

Как видно на чертеже, предложенный радиальный нагнетатель содержит корпус 1 и размещенные в нем осерадиальный входной направляющий аппарат 2 и рабочее колесо 3. Осерадиальный входной направляющий аппарат 2 на выходе в радиальном направлении последовательно содержит два участка 4 и 5, стенки первого из которых 6 и 7 в осевом сечении изогнуты относительно входа в осерадиальный входной направляющий аппарат 2 по внутреннему радиусу, т.е. центр кривизны (не показан) в этом случае расположен во внутреннем квадранте, образованном осевым направлением со стороны входа и радиальным направлением со стороны выхода. Стенки 8 и 9 второго участка 5 имеют кривизну противоположного знака с центром кривизны, лежащим в полуплоскости по другую сторону от входа относительно радиального направления со стороны выхода. As can be seen in the drawing, the proposed radial supercharger comprises a housing 1 and an axial inlet guide apparatus 2 and an impeller 3 located therein. The axial inlet guide apparatus 2 at the outlet in the radial direction sequentially contains two sections 4 and 5, the walls of the first of which are 6 and 7 in the axial section are bent relative to the entrance to the axial-radial input guiding apparatus 2 along the inner radius, i.e. the center of curvature (not shown) in this case is located in the inner quadrant formed by the axial direction from the input side and the radial direction from the output side. Walls 8 and 9 of the second section 5 have a curvature of opposite sign with a center of curvature lying in a half-plane on the other side of the entrance relative to the radial direction from the output side.

Движение потока рабочей среды в предложенном радиальном нагнетателе происходит следующим образом. При вращении рабочего колеса 3 при помощи привода (не показан) на входе в проточную часть нагнетателя образуется разрежение. За счет этого поток входит в осерадиальный входной направляющий аппарат 2, где меняет свое направление движения с осевого на радиальное. При этом на первом участке 4, стенки 6 и 7 которого в осевом сечении изогнуты относительно входа по внутреннему радиусу, по инерции стремится к поверхности 6, изогнутой по большему радиусу. Далее, на втором участке 5, стенки 8 и 9 которого имеют кривизну противоположного знака, поток стремится к противоположной поверхности 9. Тем самым происходит выравнивание потока рабочей среды на выходе из осерадиального входного направляющего аппарата 2 и, следовательно, угол натекания потока на лопатки рабочего колеса 3 является постоянным по ширине последнего. Таким образом, поток рабочей среды на входе в рабочее колесо 3 является радиальным и равномерным, обеспечивая работу рабочего колеса 3 в оптимальном режиме и тем самым повышая эффективность радиального нагнетателя в целом. The movement of the fluid flow in the proposed radial supercharger is as follows. When the impeller 3 rotates by means of a drive (not shown), a vacuum forms at the inlet to the flow part of the supercharger. Due to this, the flow enters the axial-radial input guide apparatus 2, where it changes its direction of motion from axial to radial. Moreover, in the first section 4, the walls 6 and 7 of which in the axial section are curved relative to the entrance along the inner radius, by inertia tends to the surface 6, curved over a larger radius. Further, in the second section 5, the walls 8 and 9 of which have a curvature of the opposite sign, the flow tends to the opposite surface 9. Thereby, the flow of the working medium is equalized at the outlet of the axial inlet guide vane 2 and, therefore, the angle of the flow on the impeller vanes 3 is constant over the width of the latter. Thus, the flow of the working medium at the entrance to the impeller 3 is radial and uniform, ensuring the operation of the impeller 3 in the optimal mode and thereby increasing the efficiency of the radial supercharger as a whole.

Предложенный радиальный нагнетатель по сравнению с прототипом в связи с высокой эффективностью позволит снизить энергоемкость оборудования в целом, а также за счет низких уровней шума и вибрации позволит улучшить условия обитаемости в помещениях, где устанавливается радиальный нагнетатель, и предотвратить возникновение вибраций, вредно воздействующих на надежность трубопроводов и связанных с ним механизмов. The proposed radial supercharger in comparison with the prototype due to its high efficiency will reduce the energy consumption of the equipment as a whole, and also due to low noise and vibration levels it will improve the living conditions in the rooms where the radial supercharger is installed and prevent the occurrence of vibrations that adversely affect the reliability of pipelines and related mechanisms.

Claims (1)

Радиальный нагнетатель, содержащий корпус и размещенные в нем осерадиальный направляющий аппарат и рабочее колесо, отличающийся тем, что осерадиальный входной направляющий аппарат на выходе в радиальном направлении последовательно содержит два участка, стенки первого из которых в осевом сечении изогнуты относительно входа по внутреннему радиусу, а стенки второго участка имеют кривизну противоположного знака. A radial supercharger comprising a casing and an axial radial apparatus and an impeller located in it, characterized in that the radial radial directional inlet radial directional guide device sequentially contains two sections, the walls of the first of which are axially bent relative to the inlet along the inner radius and the walls the second section have a curvature of the opposite sign.