RU2120568C1 - Centrifugal compressor impeller - Google Patents

Centrifugal compressor impeller Download PDF

Info

Publication number
RU2120568C1
RU2120568C1 RU96118654/06A RU96118654A RU2120568C1 RU 2120568 C1 RU2120568 C1 RU 2120568C1 RU 96118654/06 A RU96118654/06 A RU 96118654/06A RU 96118654 A RU96118654 A RU 96118654A RU 2120568 C1 RU2120568 C1 RU 2120568C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blade
angle
axis
impeller
radius
Prior art date
Application number
RU96118654/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96118654A (en
Inventor
чкилев О.А. В
О.А. Вячкилев
Б.А. Ильин
А.И. Лебедев
А.Т. Лунев
Original Assignee
Акционерное общество Научно-исследовательский институт центробежных и роторных компрессоров
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество Научно-исследовательский институт центробежных и роторных компрессоров filed Critical Акционерное общество Научно-исследовательский институт центробежных и роторных компрессоров
Priority to RU96118654/06A priority Critical patent/RU2120568C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2120568C1 publication Critical patent/RU2120568C1/en
Publication of RU96118654A publication Critical patent/RU96118654A/en

Links

Images

Landscapes

  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: centrifugal compressors. SUBSTANCE: impeller has main and cover disks with blades installed between them. Surface of each blade is made in the form of surface of revolution whose angle of inclination to own axis of revolution gradually changes. Axis of revolution is parallel to impeller axis. Impeller geometry is chosen considering relations between impeller entrance and exit radii, blade curvature radius, entrance and exit angles, inclination angle of surface of revolution forming the blade to its axis, and other parameters. EFFECT: improved efficiency of compressor due to shockless flow of medium onto impeller blades. 3 dwg

Description

Изобретение относится к компрессоростроению и может быть использовано в центробежных компрессорах, вентиляторах, насосах, а также в радиальных турбинах и детандерах. The invention relates to compressor engineering and can be used in centrifugal compressors, fans, pumps, as well as in radial turbines and expanders.

Известно из патента США N 4720243, кл. F 04 D 29/22, 1988 г. рабочее колесо центробежного компрессора, содержащее основной и покрывной диски и установленные между ними лопатки с переменным углом входа и углом выхода, причем входная кромка лопатки на стороне всасывания отклонена от вала больше на наружном конце лопатки, чем на внутреннем, а образующие цилиндрических лопаток наклонены к оси колеса. It is known from US patent N 4720243, CL. F 04 D 29/22, 1988, the impeller of a centrifugal compressor, containing the main and cover disks and blades installed between them with a variable entry angle and exit angle, the input edge of the blade on the suction side deviating from the shaft more at the outer end of the blade than on the inside, and the generators of the cylindrical blades are inclined to the axis of the wheel.

Недостатками известного рабочего колеса центробежного компрессора являются несоответствие углов входа необходимым углам, которые бы учитывали неравномерность потока на входе по всей передней кромке лопатки, и технологическая сложность изготовления. The disadvantages of the known impeller of a centrifugal compressor are the mismatch of the entry angles to the required angles, which would take into account the uneven flow at the inlet along the entire front edge of the blade, and the technological complexity of manufacturing.

Известно из книги В.Б.Шнеппа "Конструкция и расчет центробежных компрессорных машин", М., Машиностроение, 1995 г., стр. 99-100, рабочее колесо центробежного компрессора, содержащее основной и покрывной диски и установленные между ними лопатки с переменными по ширине канала углами входа и углом выхода, причем поверхность каждой лопатки выполнена в виде поверхности вращения, имеющей угол наклона к собственной оси вращения, при этом ось поверхности вращения расположена параллельно оси колеса. It is known from the book of VB Shnepp “Design and Calculation of Centrifugal Compressor Machines”, M., Mechanical Engineering, 1995, pp. 99-100, the impeller of a centrifugal compressor containing the main and cover discs and blades installed between them with variable the channel width with the entry angles and the exit angle, the surface of each blade being made in the form of a surface of revolution having an angle of inclination to its own axis of rotation, while the axis of the surface of rotation is parallel to the axis of the wheel.

Недостатком данного известного рабочего колеса центробежного компрессора является несоответствие углов входа по всей передней кромке лопатки рабочего колеса углам, обеспечивающим безударное натекание потока на лопатку, что приводит к снижению КПД центробежного компрессора. The disadvantage of this known impeller of a centrifugal compressor is the mismatch of the entry angles along the entire front edge of the impeller blades to the angles that ensure unstressed flow to the blade, which reduces the efficiency of the centrifugal compressor.

Настоящее изобретение направлено на повышение КПД центробежного компрессора за счет обеспечения безударного натекания потока на лопатки рабочего колеса центробежного компрессора. The present invention is directed to increasing the efficiency of a centrifugal compressor by providing shock-free flow to the blades of the impeller of a centrifugal compressor.

Это обеспечивается тем, что в рабочем колесе центробежного компрессора, содержащем основной и покрывной диски и установленные между ними лопатки с переменными углами входа и углом выхода, причем поверхность каждой лопатки выполнена в виде поверхности вращения, имеющей угол наклона к собственной оси вращения, при этом ось вращения расположена параллельно оси колеса, угол наклона выполнен плавно изменяющимся от основного диска к покрывному диску, а геометрические параметры рабочего колеса выбраны с учетом обеспечения соотношений:

Figure 00000002

ΔRл(Z) = Rл(Z) - Rл2ср;
tgδ = d[ΔRл(Z)]/dZ;
β1Z(Z) = β′ + Δβ;
β′ = arctg[tgβ1(Z)•sinα1(Z)];
Δβ = arcsin[[tgδ1(Z)/tgα1(Z)]•sinβ′],
где
Z - осевая координата рабочего колеса, начало которой берется от точки сопряжения выходной кромки лопатки с основным диском;
R2 - радиус колеса, соответствующий выходной кромке;
R1(Z) - радиус колеса, соответствующий входной кромке при текущей осевой координате Z;
Rл(Z) - радиус кривизны лопатки в соответствующей плоскости Z=const,
ΔRл(Z) - приращение радиуса кривизны лопатки Rл на участке ΔZ между плоскостью Z2ср, проходящей через середину канала на выходе, и соответствующей точкой входной кромки;
Rл2ср - радиус кривизны лопатки в плоскости Z2ср;
β1(Z) - угол входа лопатки при соответствующей координате Z;
β1Z(Z) - угол между радиусом кривизны лопатки и радиусом колеса для точки входной кромки в соответствующей плоскости Z;
β2ср - угол выхода лопатки в середине канала;
δ - угол наклона поверхности вращения, образующей лопатку, к ее оси;
δ1(Z) - угол δ в области входной кромки лопатки при соответствующей координате Z;
α1(Z) - угол наклона к оси колеса осесимметричных поверхностей тока в области входной кромки лопатки;
На фиг. 1 представлено меридиональное сечение рабочего колеса центробежного компрессора.This is ensured by the fact that in the impeller of a centrifugal compressor containing the main and cover disks and blades installed between them with variable entry angles and an exit angle, the surface of each blade being made in the form of a rotation surface having an angle of inclination to its own axis of rotation, while the axis rotation is parallel to the axis of the wheel, the angle of inclination is made smoothly changing from the main disk to the cover disk, and the geometric parameters of the impeller are selected taking into account the relations:
Figure 00000002

ΔR l (Z) = R l (Z) - R l2sr ;
tanδ = d [ΔR l (Z)] / dZ;
β 1Z (Z) = β ′ + Δβ;
β ′ = arctan [tgβ 1 (Z) • sinα 1 (Z)];
Δβ = arcsin [[tgδ 1 (Z) / tgα 1 (Z)] • sinβ ′],
Where
Z is the axial coordinate of the impeller, the beginning of which is taken from the point of contact of the outlet edge of the blade with the main disk;
R 2 is the radius of the wheel corresponding to the output edge;
R 1 (Z) is the radius of the wheel corresponding to the input edge at the current axial coordinate Z;
R l (Z) is the radius of curvature of the scapula in the corresponding plane Z = const,
ΔR l (Z) is the increment of the radius of curvature of the blade R l on the plot ΔZ between the plane Z 2av , passing through the middle of the channel at the exit, and the corresponding point of the input edge;
R l2av - the radius of curvature of the scapula in the plane Z 2av ;
β 1 (Z) is the angle of entry of the scapula with the corresponding coordinate Z;
β 1Z (Z) is the angle between the radius of curvature of the blade and the radius of the wheel for the point of the input edge in the corresponding plane Z;
β 2av - the angle of exit of the scapula in the middle of the channel;
δ is the angle of inclination of the surface of rotation forming the blade to its axis;
δ 1 (Z) is the angle δ in the region of the input edge of the blade with the corresponding coordinate Z;
α 1 (Z) is the angle of inclination to the axis of the wheel axisymmetric surfaces of the current in the region of the input edge of the blade;
In FIG. 1 shows the meridional section of the impeller of a centrifugal compressor.

На фиг. 2 представлено колесо в плане с выделенной лопаткой. In FIG. 2 shows a wheel in plan with a highlighted blade.

На фиг. 3 представлен разрез поверхности вращения, образующей профиль лопатки с наложенной на нее проекцией лопатки. In FIG. 3 shows a section through a surface of revolution forming a blade profile with a projection of a blade superimposed on it.

Рабочее колесо центробежного компрессора содержит основной диск 1, покрывной диск 2 и установленные между ними лопатки 3 с переменными углами входа и углом выхода, причем поверхность 4 каждой лопатки выполнена в виде поверхности 5 вращения, имеющей угол наклона к собственной оси вращения, при этом ось вращения расположена параллельно оси колеса, угол наклона выполнен плавно изменяющимся от основного диска к покрывному диску, а геометрические параметры рабочего колеса выбраны с учетом обеспечения соотношений:

Figure 00000003

ΔRл(Z) = Rл(Z) - Rл2ср;
tgδ = d[ΔRл(Z)]/dZ;
β1Z(Z) = β′ + Δβ;
β′ = arctg[tgβ1(Z)•sinα1(Z)];
Δβ = arcsin[[tgδ1(Z)/tgα1(Z)]•sinβ′],
где
Z - осевая координата рабочего колеса, начало которой берется от точки сопряжения выходной кромки лопатки с основным диском;
R2 - радиус колеса, соответствующий выходной кромке;
R1(Z) - радиус колеса, соответствующий входной кромке при текущей осевой координате Z;
Rл(Z) - радиус кривизны лопатки в соответствующей плоскости Z=const,
ΔRл(Z) - приращение радиуса кривизны лопатки Rл на участке ΔZ между плоскостью Z2ср, проходящей через середину канала на выходе, и соответствующей точкой входной кромки;
Rл2ср - радиус кривизны лопатки в плоскости Z2ср;
β1(Z) - угол входа лопатки при соответствующей координате Z;
β1Z(Z) -- угол между радиусом кривизны лопатки и радиусом колеса для точки входной кромки в соответствующей плоскости Z;
β2ср - угол выхода лопатки в середине канала;
δ - угол наклона поверхности вращения, образующей лопатку, к ее оси;
δ1(Z) - угол δ в области входной кромки лопатки при соответствующей координате Z;
α1(Z) - угол наклона к оси колеса осесимметричных поверхностей тока в области входной кромки лопатки.The impeller of a centrifugal compressor contains a main disk 1, a cover disk 2 and blades 3 installed between them with variable entry angles and an output angle, the surface 4 of each blade being made in the form of a surface 5 of rotation having an angle of inclination to its own axis of rotation, while the axis of rotation located parallel to the axis of the wheel, the angle of inclination is made smoothly changing from the main disk to the cover disk, and the geometric parameters of the impeller are selected taking into account the relations:
Figure 00000003

ΔR l (Z) = R l (Z) - R l2sr ;
tanδ = d [ΔR l (Z)] / dZ;
β 1Z (Z) = β ′ + Δβ;
β ′ = arctan [tgβ 1 (Z) • sinα 1 (Z)];
Δβ = arcsin [[tgδ 1 (Z) / tgα 1 (Z)] • sinβ ′],
Where
Z is the axial coordinate of the impeller, the beginning of which is taken from the point of contact of the outlet edge of the blade with the main disk;
R 2 is the radius of the wheel corresponding to the output edge;
R 1 (Z) is the radius of the wheel corresponding to the input edge at the current axial coordinate Z;
R l (Z) is the radius of curvature of the scapula in the corresponding plane Z = const,
ΔR l (Z) is the increment of the radius of curvature of the blade R l on the plot ΔZ between the plane Z 2av , passing through the middle of the channel at the exit, and the corresponding point of the input edge;
R l2av - the radius of curvature of the scapula in the plane Z 2av ;
β 1 (Z) is the angle of entry of the scapula with the corresponding coordinate Z;
β 1Z (Z) is the angle between the radius of curvature of the blade and the radius of the wheel for the point of the input edge in the corresponding plane Z;
β 2av - the angle of exit of the scapula in the middle of the channel;
δ is the angle of inclination of the surface of rotation forming the blade to its axis;
δ 1 (Z) is the angle δ in the region of the input edge of the blade with the corresponding coordinate Z;
α 1 (Z) is the angle of inclination to the wheel axis of axisymmetric current surfaces in the region of the input edge of the blade.

Рабочее колесо центробежного компрессора работает следующим образом. The impeller of a centrifugal compressor operates as follows.

Газовая среда подводится к входу рабочего колеса. При его вращении рабочая среда направляется по каналам, образованным между основным диском 1, покрывным диском 2 и лопатками 3, с входа рабочего колеса к его выходу, при этом механическая энергия вращения превращается в кинетическую и потенциальную энергии потока в результате силового взаимодействия с поверхностями 4 лопаток 3. The gas medium is supplied to the input of the impeller. When it rotates, the working medium is directed through the channels formed between the main disk 1, the cover disk 2 and the blades 3, from the entrance of the impeller to its exit, while the mechanical energy of rotation is converted into kinetic and potential energy of the flow as a result of force interaction with the surfaces of the 4 blades 3.

Поток газовой среды, проходя через каналы рабочего колеса, претерпевает поворот с осевого направления в радиальное, что вызывает неравномерное натекание потока на входную кромку. The flow of the gas medium, passing through the channels of the impeller, undergoes a rotation from the axial direction to the radial, which causes an uneven flow of the flow to the inlet edge.

Однако в предложенном колесе центробежного компрессора профиль лопаток 3 исключает неравномерность натекания потока, поскольку подбором углов наклона поверхностей 4 лопаток 3, представляющих собой поверхности 5 вращения, обеспечиваются необходимые углы входа лопаток 3, позволяющие приблизить профиль лопаток 3 к теоретическому, при котором выполняются условия безударного натекания газовой среды на лопатки. However, in the proposed wheel of a centrifugal compressor, the profile of the blades 3 eliminates the unevenness of the flow, since the selection of the angle of inclination of the surfaces 4 of the blades 3, which are the surface 5 of rotation, provides the necessary angles of entry of the blades 3, allowing to bring the profile of the blades 3 to the theoretical one, under which the conditions of shockless leakage are fulfilled gas medium on the shoulder blades.

Claims (1)

Рабочее колесо центробежного компрессора, содержащее основной и покрывной диски, образующие канал для прохождения рабочего газа, в котором установлены лопатки с переменными углами входа β1 и углами выхода β2, причем поверхность каждой лопатки выполнена в виде поверхности вращения, имеющей угол наклона δ к собственной оси вращения, при этом ось вращения расположена параллельно оси колеса, отличающееся тем, что угол δ выполнен плавно изменяющимся от основного диска к покрывному диску, а геометрические параметры рабочего колеса выбраны с учетом обеспечения соотношений
Figure 00000004

ΔRл(Z)=Rл(Z)-Rл2ср;
tgδ=d[ΔRл(Z)]/dZ ;
β1z(Z)=β′+Δβ ;
β′=Arctg[tgβ1(Z)•sinα1(Z)] ;
Δβ=Arcsin[[tgδ1(Z)/tgα1(Z)]•sinβ′] ,
где Z - осевая координата рабочего колеса, начало которой берется от точки сопряжения выходной кромки лопатки с основным диском;
R2 - радиус колеса, соответствующий выходной кромке;
R1(Z) - радиус колеса, соответствующий входной кромке при текущей осевой координате Z;
Rл(Z) - радиус кривизны лопатки в соответствующей плоскости Z = const;
ΔRл(Z)- приращение радиуса кривизны лопатки Rл на участке ΔZ между плоскостью Z2ср, проходящей через середину канала на выходе, и соответствующей точкой входной кромки;
Rл2ср - радиус кривизны лопатки в плоскости Z2ср;
β1(Z)- угол входа лопатки при соответствующей координате Z;
β1z(Z)- угол между радиусом кривизны лопатки и радиусом колеса для точки входной кромки в соответствующей плоскости Z;
β2ср- угол выхода лопатки в середине канала;
δ - угол наклона поверхности вращения, образующей лопатку, к ее оси;
δ1(Z)- угол δ в области входной кромки лопатки при соответствующей координате Z;
α1(Z)- угол наклона к оси колеса осесимметричных поверхностей тока в области входной кромки лопатки.The impeller of a centrifugal compressor, containing the main and cover disks forming a channel for the passage of working gas, in which blades with variable entry angles β 1 and exit angles β 2 are installed, the surface of each blade being made in the form of a rotation surface having an inclination angle δ to its own axis of rotation, while the axis of rotation is parallel to the axis of the wheel, characterized in that the angle δ is made smoothly changing from the main disk to the cover disk, and the geometric parameters of the impeller are selected with considering the provision of ratios
Figure 00000004

ΔR l (Z) = R l (Z) -R l2av ;
tanδ = d [ΔR l (Z)] / dZ;
β 1z (Z) = β ′ + Δβ;
β ′ = Arctg [tgβ 1 (Z) • sinα 1 (Z)];
Δβ = Arcsin [[tgδ 1 (Z) / tgα 1 (Z)] • sinβ ′ ],
where Z is the axial coordinate of the impeller, the beginning of which is taken from the point of contact of the outlet edge of the blade with the main disk;
R 2 is the radius of the wheel corresponding to the output edge;
R 1 (Z) is the radius of the wheel corresponding to the input edge at the current axial coordinate Z;
R l (Z) is the radius of curvature of the scapula in the corresponding plane Z = const;
ΔR l (Z) is the increment of the radius of curvature of the blade R l on the plot ΔZ between the plane Z 2av , passing through the middle of the channel at the exit, and the corresponding point of the input edge;
R l2av - the radius of curvature of the scapula in the plane Z 2av ;
β 1 (Z) is the angle of entry of the scapula with the corresponding coordinate Z;
β 1z (Z) is the angle between the radius of curvature of the blade and the radius of the wheel for the point of the input edge in the corresponding plane Z;
β 2av - the angle of exit of the scapula in the middle of the channel;
δ is the angle of inclination of the surface of rotation forming the blade to its axis;
δ 1 (Z) is the angle δ in the region of the input edge of the blade with the corresponding coordinate Z;
α 1 (Z) is the angle of inclination to the wheel axis of axisymmetric current surfaces in the region of the input edge of the blade.
RU96118654/06A 1996-09-18 1996-09-18 Centrifugal compressor impeller RU2120568C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96118654/06A RU2120568C1 (en) 1996-09-18 1996-09-18 Centrifugal compressor impeller

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96118654/06A RU2120568C1 (en) 1996-09-18 1996-09-18 Centrifugal compressor impeller

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2120568C1 true RU2120568C1 (en) 1998-10-20
RU96118654A RU96118654A (en) 1998-12-27

Family

ID=20185565

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96118654/06A RU2120568C1 (en) 1996-09-18 1996-09-18 Centrifugal compressor impeller

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2120568C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2445516C1 (en) * 2010-10-01 2012-03-20 Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. Шнеппа" Radial-flow compressor impeller (versions)
US9004869B2 (en) 2008-05-27 2015-04-14 Weir Minerals Australia, Ltd. Centrifugal pump impellers

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Шнепп В.Б. Конструкция и расчет центробежных компрессорных машин, М., Машиностроение, 1995, с.99 - 100. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9004869B2 (en) 2008-05-27 2015-04-14 Weir Minerals Australia, Ltd. Centrifugal pump impellers
US9422938B2 (en) 2008-05-27 2016-08-23 Weir Minerals Australia Ltd. Relating to centrifugal pump impellers
RU2445516C1 (en) * 2010-10-01 2012-03-20 Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. Шнеппа" Radial-flow compressor impeller (versions)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2228461C2 (en) Double-bend formed-to-shape blade of compressor
EP0671563B1 (en) Axial-flow pumps
US5857834A (en) Centrifugal fluid machine
EP1394359B1 (en) Mixed flow turbine rotor and mixed flow turbine
RU2546350C2 (en) Supersonic compressor
US4480973A (en) Vane compressor provided with endless camming surface minimizing torque fluctuations
US20170328377A1 (en) Compressor end-wall treatment having a bent profile
US11536273B2 (en) High efficiency double suction impeller
EP2480793A1 (en) Diffuser
JP2005531403A (en) Refiner surface for refiner to make lignocellulose-containing material into fiber
RU2120568C1 (en) Centrifugal compressor impeller
EP0446900B1 (en) Mixed-flow compressor
JP2016522357A (en) Centrifugal rotor
US6200094B1 (en) Wave augmented diffuser for centrifugal compressor
US2819837A (en) Compressor
RU2103560C1 (en) Annular diffuser of centrifugal pump stator
JP3342914B2 (en) Turbo device
EP1532367A2 (en) Centrifugal impeller and pump apparatus
JP2756118B2 (en) Single shaft multi-stage centrifugal compressor
GB2036870A (en) Regenerative Turbo Machine
RU6588U1 (en) CENTRIFUGAL COMPRESSOR OPERATING WHEEL
EP3715636A1 (en) Rotating machinery
JP5232721B2 (en) Centrifugal compressor
Willinger Theoretical interpretation of the CORDIER-lines for squirrel-cage and cross-flow fans
RU96118654A (en) CENTRIFUGAL COMPRESSOR OPERATING WHEEL

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040919

NF4A Reinstatement of patent
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130919