RU23088U1 - CENTRIFUGAL COMPRESSOR BLADED DIFFUSER - Google Patents

Abstract

1. Лопаточный диффузор центробежного компрессора, содержащий переднюю и заднюю стенки и расположенные между ними лопатки, имеющие ширину меньше расстояния между указанными стенками, отличающийся тем, что каждая лопатка имеет указанную ширину на длине l, начиная от входных кромок, меньшей или равной всей длине lлопатки, так что каждая из торцовых поверхностей лопатки на указанной длине lрасположена с зазором относительно соответствующей стенки и эквидистантно ей.2. Диффузор по п.1, отличающийся тем, что расстояние между каждой из торцовых поверхностей лопатки и соответствующей стенкой составляет 0,03-0,15 расстояния между указанными стенками.3. Диффузор по п.1 или 2, отличающийся тем, что соотношение длины lуменьшенной по ширине части лопатки ко всей длине lлопатки определено неравенством0,2≤l/l≤1.4. Диффузор по п.3, отличающийся тем, что при l/l<1 выступающие за торцовые поверхности уменьшенной по ширине части лопатки и сопряженные с ними поверхности лопатки в начале участка полной ширины выполнены скругленными по радиусу, составляющему 0,2-0,5 толщины лопатки в этом сечении, с плавным переходом на рабочие поверхности лопатки.5. Диффузор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что расстояние между задней стенкой диффузора и обращенной к ней торцовой поверхностью лопатки может быть выбрано в 1,3-2 раза больше расстояния между передней стенкой и обращенной к ней другой торцовой поверхностью лопатки.1. The centrifugal compressor blade diffuser containing the front and rear walls and the blades located between them, having a width less than the distance between these walls, characterized in that each blade has a specified width along the length l, starting from the input edges, less than or equal to the entire length l of the blade so that each of the end surfaces of the blade at a specified length l is located with a gap relative to the corresponding wall and is equidistant to it. 2. The diffuser according to claim 1, characterized in that the distance between each of the end surfaces of the scapula and the corresponding wall is 0.03-0.15 distances between these walls. The diffuser according to claim 1 or 2, characterized in that the ratio of the length l of the part of the blade reduced in width to the entire length of the blade is defined by the inequality 0.2 ≤ l / l ≤ 1.4. The diffuser according to claim 3, characterized in that when l / l <1, the protruding beyond the end surfaces of the part of the blade that is reduced in width and the surfaces of the blade associated with them at the beginning of the full-width section are rounded with a radius of 0.2-0.5 thickness blades in this section, with a smooth transition to the working surfaces of the blades. 5. The diffuser according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the distance between the rear wall of the diffuser and the facing surface of the blade can be selected 1.3-2 times larger than the distance between the front wall and the other facing surface of the blade.

Description

200П27752200P27752

Лопаточный диффузор центробежного компрессораCentrifugal Compressor Diffuser

Полезная модель относится к компрессоростроению, а именно, к конструкции диффузоров центробежных компрессоров.The utility model relates to compressor engineering, namely, to the design of diffusers of centrifugal compressors.

Известен лопаточный диффузор центробежного компрессора, содержащий расположенные в корпусе компрессора между передней и задней стенками диффузора укороченные по высоте лопатки (Авт. св. СССР № 419639, F 04 D 29/44, 1972 г.). В этом диффузоре короткие по высоте лопатки размещены в чередующемся порядке то на передней стенке, то на задней.Known scapular diffuser of a centrifugal compressor, containing located in the compressor housing between the front and rear walls of the diffuser blades shortened in height (Ed. St. USSR No. 419639, F 04 D 29/44, 1972). In this diffuser, the blades of short height are arranged in alternating order, either on the front wall or on the back.

Однако такой диффузор недостаточно экономичен во всем диапазоне расходов. Обусловлено это тем, что лопатки относительно малой высоты оказывают на поток газа незначительное направляющее действие. При этом аналогично безлопаточному диффузору скорости потока на выходе из диффузора выше и потери в последующих неподвижных элементах больше. Кроме того, на нерасчетных режимах работы, вследствие разности давлений на рабочих поверхностях лопаток, возникает вихревое течение в канале и перетекание газа через торцы лопаток. Поскольку свободные торцы лопаток обращены к центральной части канала, то перемещение через них рабочей среды в большей степени нарушает структуру потока и увеличивает потери.However, such a diffuser is not economical enough over the entire range of costs. This is due to the fact that the blades of relatively low height have a slight guiding effect on the gas flow. In this case, similarly to the bladeless diffuser, the flow velocity at the outlet of the diffuser is higher and the losses in subsequent stationary elements are greater. In addition, at off-design operating modes, due to the pressure difference on the working surfaces of the blades, a vortex flow occurs in the channel and gas flows through the ends of the blades. Since the free ends of the blades face the central part of the channel, moving the working medium through them to a greater extent disrupts the flow structure and increases losses.

Известен также лопаточный диффузор центробежного компрессора, содержащий расположенные в корпусе компрессора между передней и задней стенками диффузора укороченные по высоте лопатки (т.е., имеющие ширину меньще расстояния между стенками) (Пат, США .№ 5529457, F 04 D 29/30, ПКИ 415/208.3, 1995 г.).A scapular diffuser of a centrifugal compressor is also known, comprising blades located in the compressor housing between the front and rear walls of the diffuser (i.e., having a width shorter than the distance between the walls) (US Pat. No. 5529457, F 04 D 29/30, PKI 415 / 208.3, 1995).

Однако такой диффузор имеет недостаточно широкий диапазон эффективной работы и крутую характеристику. Па нерасчетных режимах работы, вследствие удара потока о лопатки и срыва его, возникает интенсивное вихреобразование между лопатками. За счет перетеканияHowever, such a diffuser has an insufficiently wide range of effective operation and a steep characteristic. Pa non-design operating modes, due to the impact of the flow on the blade and its disruption, there is an intense vortex formation between the blades. Due to overflow

:-МПК 6 F 04 D 29/44 : - IPC 6 F 04 D 29/44

рабочей среды между свободными торцами лопаток и задней стенкой происходит частичное выравнивание параметров потока относительно рабочих сторон лопаток. Но со стороны передней стенки вихревое течение сохраняется, что при повышенных расходах значительно снижает давление на спинках лопаток, а при пониженных - сужает зону устойчивого течения газа в проточной части. Поэтому область эффективной и надежной работы компрессора ограничена по производительности.working medium between the free ends of the blades and the rear wall there is a partial alignment of flow parameters relative to the working sides of the blades. But from the front wall side, the vortex flow is maintained, which at high flow rates significantly reduces pressure on the backs of the blades, and at low flow rates it narrows the zone of stable gas flow in the flow part. Therefore, the area of effective and reliable operation of the compressor is limited in performance.

Задачей полезной модели является расширение области эффективной работы центробежного компрессора с лопаточным диффузором.The objective of the utility model is to expand the area of efficient operation of a centrifugal compressor with a blade diffuser.

Технический результат полезной модели заключается в снижении потерь, связанных с вихревым течением и с отрывом потока.The technical result of the utility model is to reduce losses associated with the vortex flow and flow separation.

Технический результат достигается тем, что в лопаточном диффузоре центробежного компрессора, содержаш,ем переднюю и заднюю стенки и расположенные между ними лопатки, имеюшие ширину меньше расстояния между указанными стенками, каждая лопатка имеет указанную ширину на длине li, начиная от входной кромки, меньшей или равной всей длине 2 лопатки, так что каждая из торцовых поверхностей лопатки на указанной длине li расположена с зазором относительно соответствуюшей стенки. Кроме того, каждая из торцовых поверхностей лопатки на указанной длине li эквидистанта соответствуюшей стенке и расстояние между ними может составлять 0,03-0,15 расстояния между указанными стенками, а соотношение длины Ci уменьшенной по ширине (суженой) части лопатки ко всей длине 2 лопатки определяется неравенством 0,2 С|/С2 1. При Ci/C2 1 выступаюшие за торцовые поверхности уменьшенной по ширине части лопатки и сопряженные с ними поверхности лопатки в начале участка полной ширины могут быть выполнены скругленными по радиусу, составляюшему 0,2-0,5 толш,ины лопатки в этом сечении, с плавным переходом на рабочие поверхности лопатки. Расстояние между задней стенкой диффузора и обращенной к ней торцовой поверхностью лопатки может быть выбрано в 1,3-2 раза большеThe technical result is achieved by the fact that in the scapular diffuser of the centrifugal compressor, containing the front and rear walls and the blades located between them, having a width less than the distance between the specified walls, each blade has a specified width over the length li, starting from the input edge, less than or equal to the entire length of the blade 2, so that each of the end surfaces of the blade on the specified length li is located with a gap relative to the corresponding wall. In addition, each of the end surfaces of the blade on the specified length li of the equidistant of the corresponding wall and the distance between them can be 0.03-0.15 of the distance between the specified walls, and the ratio of the length Ci of the reduced (narrowed) part of the blade to the entire length of the 2 blades is determined by the inequality 0.2 C | / C2 1. At Ci / C2 1, the protruding beyond the end surfaces of the part of the blade that is reduced in width and the surfaces of the blade that are associated with them can be rounded at the beginning of the full-width section with a radius of 0.2-0, 5 t LS, ins the blade in this section, with a smooth transition into the working surface of the blade. The distance between the rear wall of the diffuser and the facing surface of the blade facing it can be selected 1.3-2 times larger

расстояния между передней боковой стенкой и обращенной к ней другой торцовой поверхностью лопатки.the distance between the front side wall and the other end surface of the scapula facing it.

На фиг.1 представлен лопаточный диффузор центробежного компрессора, продольный разрез; на фиг.2 - то же, вариант исполненияFigure 1 shows the scapular diffuser of a centrifugal compressor, a longitudinal section; figure 2 is the same embodiment

при 1/62 1; на фиг.З - сечение А-А на фиг.1; на фиг.4 - представлена лопатка диффузора в аксонометрии.at 1/62 1; in Fig.3 is a section aa in Fig.1; figure 4 - presents the diffuser blade in a perspective view.

Лопаточный диффузор центробежного компрессора содержит расположенные в корпусе 1 компрессора между передней 2 и задней 3 стенками диффузора лопатки 4. По меньшей мере, на части своей длины, начиная от входных кромок 5, лопатки 4 уменьшены по ширине с обоих торцов 6, 7. На уменьшенной по ширине (суженой) части 4а торцовые поверхности 8, 9 расположены с зазором относительно соответствуюших стенок 2, 3 диффузора эквидистантно им и на расстояниях hj и h2 от них, составляюпдих каждое 0,03-0,15 ширины Ьз проходного сечения диффузора, т.е. расстояния между стенками 2,3, а соотношение длины С/ уменьшенной по ширине части 4а ко всей длине С2 лопатки 4 определяется неравенством 0,2 Ci/Ci 1.The blade diffuser of the centrifugal compressor comprises blades 4 located in the compressor housing 1 between the front 2 and rear 3 walls of the diffuser 4. At least part of its length, starting from the input edges 5, the blades 4 are reduced in width from both ends 6, 7. At a reduced along the width of the (narrowed) part 4a, the end surfaces 8, 9 are located with a gap relative to the corresponding walls 2, 3 of the diffuser and are equidistant to them and at distances hj and h2 from them, each component is 0.03-0.15 width b3 of the diffuser passage section, t. e. the distance between the walls is 2.3, and the ratio of the length C / of the part 4a reduced in width to the entire length C2 of the blade 4 is determined by the inequality 0.2 Ci / Ci 1.

Нри Ci/C2 1 выступаюшие за границы торцовых поверхностей 8, 9 уменьшенной по ширине части 4а и сопряженные с ними поверхности 10, 11 лопатки 4 в начале участка 46 полной ширины, равной расстоянию между стенками 2, 3, выполнены скругленными по радиусу г, составляющему 0,2-0,5 толщины 5 лопатки в этом сечении, с плавным переходом на рабочие поверхности лопатки 4.Nri Ci / C2 1 protruding beyond the boundaries of the end surfaces 8, 9 of the part 4a reduced in width and the surfaces 10, 11 of the blades 4 associated with them at the beginning of the section 46 of the full width equal to the distance between the walls 2, 3, are made rounded with a radius r of 0.2-0.5 thickness 5 of the blade in this section, with a smooth transition to the working surface of the blade 4.

Расстояние Ьз между задней стенкой 3 диффузора и обращенной к ней торцовой поверхностью 9 уменьшенной по ширине части 4а лопатки 4 выполнено в 1,3-2 раза больше расстояния hj между передней стенкой 2 диффузора и обращенной к ней другой торцовой поверхностью 8 этой части лопатки 4.The distance b3 between the rear wall 3 of the diffuser and the end surface 9 facing it, of the reduced portion 4a of the blade 4 is 1.3-2 times larger than the distance hj between the front wall 2 of the diffuser and the other end surface 8 of this part of the blade 4 facing it.

В статический. На расчетном режиме поток газа безударно обтекает лопатки 4 с минимальными потерями.In static. In the design mode, the gas flow shocklessly flows around the blades 4 with minimal losses.

На нерасчетных режимах работы из-за наличия и роста углов атаки появляется и усиливается срыв на входном участке лопаток 4. Поскольку, по меньшей мере, на входной части 4а лопаток 4 их торцевые поверхности 8, 9 выполнены на расстоянии от обращенных к ним соответственно передней 2 и задней 3 стенок, то через зазоры между ними перетекает некоторое количество газа в соответствии с фадиентом давлений и скоростей на рабочих сторонах лопаток 4. При этом уменьшаются разница в скоростях на рабочих сторонах лопаток 4 и максимальное значение скорости в межлопаточном канале, вследствие чего величина срывных потерь и потерь, связанных с отрывом потока, снижается. Рациональное распределение скоростей на передней и задней сторонах лопаток 4 обеспечивает примерно одинаковое замедление, обеспечивающее безотрывное течение на возможно большей длине лопаток 4 и достижение указанного выше технического результата.In off-design operating modes, due to the presence and growth of angles of attack, a stall appears and intensifies at the inlet portion of the blades 4. Since at least at the inlet part 4a of the blades 4 their end surfaces 8, 9 are made at a distance from the front 2 facing them, respectively and the back 3 walls, then a certain amount of gas flows through the gaps between them in accordance with the pressure and velocity gradient on the working sides of the blades 4. This reduces the difference in speeds on the working sides of the blades 4 and the maximum speed in m zhlopatochnom channel, whereby the magnitude of shear losses, and losses associated with flow separation decreases. The rational distribution of speeds on the front and rear sides of the blades 4 provides approximately the same deceleration, providing an uninterrupted flow on the greatest possible length of the blades 4 and the achievement of the above technical result.

На выбор длины С суженой части лопатки в пределах указанного соотношения влияют следующие факторы. С одной стороны, увеличивая длину Сь расширяют диапазон эффективной работы компрессора. С другой - на расчетном режиме работы КПД несколько уменьшается - на 0,1-0,2%. Поэтому выбор конкретного значения длины Ci уменьшенной по щирине части 4а лопатки 4 зависит от предполагаемого соотношения времени работы компрессора на расчетном и нерасчетных режимах.The following factors influence the choice of the length C of the narrowed part of the scapula within the specified ratio. On the one hand, increasing the length of Cb expands the range of effective operation of the compressor. On the other hand, in the calculated operating mode, the efficiency decreases somewhat - by 0.1-0.2%. Therefore, the choice of a specific value of the length Ci of the reduced along the width of the part 4A of the blade 4 depends on the expected ratio of the compressor operating time in the calculated and off-design modes.

При выполнении лопаток 4 уменьшенными по ширине на части длины GI скругленные поверхности 10, 11 в начале участка полной ширины 46 способствуют уменьшению потерь при обтекании поверхностей лопатки 4.When the blades 4 are made reduced in width by part of the length GI, the rounded surfaces 10, 11 at the beginning of the full-width section 46 contribute to the reduction of losses when flowing around the surfaces of the blades 4.

Диапазон 0,03-0,15 расстояний h, и 2 между торцовыми поверхностями 8, 9 и стенками 2, 3 обусловлен необходимостью обеспечить уменьшение градиента скоростей на передней и заднейThe range of 0.03-0.15 distances h, and 2 between the end surfaces 8, 9 and walls 2, 3 is due to the need to ensure a decrease in the velocity gradient on the front and rear

поверхностях лопаток 4 при сохранении как можно большего направляющего воздействия лопаток 4 на поток газа. Возможная разница величин hi и h2 связана с неравномерностью параметров потока на выходе из рабочего колеса 13 по высоте лопаток.the surfaces of the blades 4 while maintaining the greatest possible guiding effect of the blades 4 on the gas flow. A possible difference in the values of hi and h2 is associated with the non-uniformity of the flow parameters at the exit of the impeller 13 along the height of the blades.

Таким образом, данное выполнение диффузора уменьшает градиент скоростей как относительно рабочих сторон лопатки, так и между передней и задней стенками диффузора. Благодаря этому улучшается структура потока и уменьшается уровень потерь. Лопаточная решетка диффузора с уменьшенными по ширине с обоих торцов лопатками менее чувствительна к изменению условий течения при изменении расхода, что расширяет зону устойчивой работы компрессора и обеспечивает его высокую экономичность во всем диапазоне расходов.Thus, this embodiment of the diffuser reduces the velocity gradient both with respect to the working sides of the blade and between the front and rear walls of the diffuser. This improves the flow structure and reduces the level of losses. The diffuser blade grill with blades reduced in width at both ends of the blades is less sensitive to changes in flow conditions with a change in flow rate, which expands the zone of stable operation of the compressor and ensures its high efficiency over the entire flow range.

Claims (5)

1. Лопаточный диффузор центробежного компрессора, содержащий переднюю и заднюю стенки и расположенные между ними лопатки, имеющие ширину меньше расстояния между указанными стенками, отличающийся тем, что каждая лопатка имеет указанную ширину на длине l₁, начиная от входных кромок, меньшей или равной всей длине l₂ лопатки, так что каждая из торцовых поверхностей лопатки на указанной длине l₁ расположена с зазором относительно соответствующей стенки и эквидистантно ей.1. Spatula diffuser of a centrifugal compressor, containing the front and rear walls and the blades located between them, having a width less than the distance between these walls, characterized in that each blade has a specified width along the length l ₁ , starting from the input edges, less than or equal to the entire length l ₂ blades, so that each of the end surfaces of the blades on the specified length l ₁ is located with a gap relative to the corresponding wall and equidistant to it. 2. Диффузор по п.1, отличающийся тем, что расстояние между каждой из торцовых поверхностей лопатки и соответствующей стенкой составляет 0,03-0,15 расстояния между указанными стенками. 2. The diffuser according to claim 1, characterized in that the distance between each of the end surfaces of the scapula and the corresponding wall is 0.03-0.15 distances between these walls. 3. Диффузор по п.1 или 2, отличающийся тем, что соотношение длины l₁ уменьшенной по ширине части лопатки ко всей длине l₂ лопатки определено неравенством
0,2≤l₁/l₂≤1.3. The diffuser according to claim 1 or 2, characterized in that the ratio of the length l _{1 of the} reduced part of the blade to the entire length l _{2 of the} blade is determined by the inequality
0.2≤l ₁ / l ₂ ≤1. 4. Диффузор по п.3, отличающийся тем, что при l₁/l₂<1 выступающие за торцовые поверхности уменьшенной по ширине части лопатки и сопряженные с ними поверхности лопатки в начале участка полной ширины выполнены скругленными по радиусу, составляющему 0,2-0,5 толщины лопатки в этом сечении, с плавным переходом на рабочие поверхности лопатки.4. The diffuser according to claim 3, characterized in that when l ₁ / l ₂ <1, the protruding beyond the end surfaces of the part of the blade that is reduced in width and the surfaces of the blade associated with them are rounded at the beginning of the full-width section with a radius of 0.2- 0.5 blade thickness in this section, with a smooth transition to the working surfaces of the blade. 5. Диффузор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что расстояние между задней стенкой диффузора и обращенной к ней торцовой поверхностью лопатки может быть выбрано в 1,3-2 раза больше расстояния между передней стенкой и обращенной к ней другой торцовой поверхностью лопатки.

5. The diffuser according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the distance between the rear wall of the diffuser and the facing surface of the blade can be selected 1.3-2 times greater than the distance between the front wall and the other facing surface facing it shoulder blades.