RU2518916C1

RU2518916C1 - Centrifugal compressor impeller

Info

Publication number: RU2518916C1
Application number: RU2012152819/06A
Authority: RU
Inventors: Анас Гадулович Сафиуллин; Александр Петрович Харитонов; Сергей Владимирович Шнепп
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2014-06-10
Also published as: RU2012152819A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: impeller of a centrifugal compressor comprises a rotor disk and blades set on both its sides, the blades set on one side of the rotor disk are shifted circumferentially in relation to the blades set on the other side of the rotor disk by the distance not exceeding the height of blades at the outlet of the impeller.

EFFECT: intensified mixing of flows running from the front and rear surfaces of impeller blades, localisation of vortex wake at lower diameter and prevention of hydraulic losses in a vanned diffusor resulting from nonoptimal flowing of diffusor blades by a flow of compressed medium including the vortex wake, increased efficiency factor of a centrifugal compressor.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к центробежным компрессорам.The invention relates to the field of mechanical engineering, namely to centrifugal compressors.

Известно рабочее колесо центробежного компрессора, содержащее несущий диск и расположенные с обеих его сторон лопатки (см. Теория и расчет турбокомпрессоров: Учебное пособие для студентов вузов машиностроительных специальностей / К.П. Селезнев, Ю.Б. Галеркин, С.А. Анисимов и др.; под общ. ред. К.П. Селезнева, - 2 изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1986. - 392 с., ил. с.287). Поток сжимаемой среды всасывается в рабочее колесо, где происходит повышение скорости движения и давления сжимаемой среды, затем поток сжимаемой среды выходит из рабочего колеса и направляется в безлопаточный, а затем в лопаточный диффузор, где происходит преобразование скорости движения сжимаемой среды в давление. Однако эффективное преобразование скорости движения сжимаемой среды в давление возможно лишь при условии взаимодействия лопаток лопаточного диффузора и потока сжимаемой среды при оптимальном режиме. В действительности из-за разности давлений сжимаемой среды на передней и задней поверхности лопаток на выходе из рабочего колеса за выходными кромками лопаток образуется вихревой след, распространяющийся вниз по потоку до лопаточного диффузора и нарушающий оптимальный режим обтекания лопаток диффузора потоком сжимаемой среды (см., например, Серезнев К.П., Галеркин Ю.Б. Центробежные компрессоры. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1982, с.124-125). Это приводит к снижению КПД центробежного компрессора.The impeller of a centrifugal compressor is known, which contains a bearing disk and blades located on both sides of it (see. Theory and calculation of turbocompressors: A manual for students of engineering universities / K.P. Seleznev, Yu.B. Galerkin, S.A. Anisimov and others; under the general editorship of K.P. Seleznev, - 2nd ed., revised and supplemented - L .: Engineering, Leningrad branch, 1986. - 392 p., ill. p. 287). The flow of the compressible medium is sucked into the impeller, where the speed and pressure of the compressible medium increase, then the flow of the compressible medium leaves the impeller and goes to the bladeless and then to the blade diffuser, where the speed of the compressible medium is converted to pressure. However, the effective conversion of the speed of movement of a compressible medium into pressure is possible only if the blades of the scapular diffuser interact with the flow of the compressible medium under optimal conditions. In fact, due to the pressure difference between the compressible medium at the front and rear surfaces of the blades at the exit of the impeller, a vortex wake forms behind the outlet edges of the blades, which propagates downstream to the blade diffuser and violates the optimal flow regime of the diffuser blades around the compressible medium (see, for example , Sereznev K.P., Galerkin, Yu.B. Centrifugal Compressors. - L.: Mechanical Engineering. Leningrad Department, 1982, p. 124-125). This leads to a decrease in the efficiency of the centrifugal compressor.

Техническим результатом изобретения является усиление перемешивания потоков, стекающих с передней и задней поверхности лопаток рабочего колеса, локализация вихревого следа на меньшем диаметре и предотвращение гидравлических потерь в лопаточном диффузоре, связанных с неоптимальным обтеканием лопаток диффузора потоком сжимаемой среды, включающим в себя вихревой след, повышение КПД центробежного компрессора.The technical result of the invention is to enhance the mixing of flows flowing from the front and rear surfaces of the impeller blades, the localization of the vortex wake on a smaller diameter and the prevention of hydraulic losses in the blade diffuser associated with non-optimal flow of a compressible medium around the diffuser blades, including a vortex wake, increasing efficiency centrifugal compressor.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что рабочее колесо центробежного компрессора содержит несущий диск и расположенные с обеих его сторон лопатки, при этом лопатки, расположенные с одной стороны несущего диска, смещены по окружности относительно лопаток, расположенных с другой стороны несущего диска, на расстояние, не превышающее высоты лопаток на выходе из рабочего колеса.The technical result of the invention is achieved due to the fact that the impeller of a centrifugal compressor contains a carrier disk and blades located on both sides of the blade, while the blades located on one side of the carrier disk are displaced around the circumference relative to the blades located on the other side of the carrier disk. not exceeding the height of the blades at the exit of the impeller.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез центробежного компрессора; на фиг.2 показано рабочее колесо центробежного компрессора, вид А на фиг.1; на фиг.3 показана проекция выходной области рабочего колеса на плоскость, Б-Б на фиг.2.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a longitudinal section of a centrifugal compressor; figure 2 shows the impeller of a centrifugal compressor, view a in figure 1; figure 3 shows the projection of the output region of the impeller on a plane, BB in figure 2.

Рабочее колесо 1 центробежного компрессора 2 содержит несущий диск 3, имеющий поверхности 4, 5 обтекаемой формы, на которых расположены лопатки 6, 7 соответственно. Каждая лопатка 6 имеет переднюю поверхность 8 (по направлению вращения рабочего колеса 1), заднюю поверхность 9 и выходную кромку 10. Каждая лопатка 7 также имеет переднюю поверхность 11, заднюю поверхность 12 и выходную кромку 13. Лопатки 6, расположенные на поверхности 4 диска 3, смещены по окружности на определенный угол относительно лопаток 7, расположенных на поверхности 5 диска 3, на расстояние, определяемое по окружности наружного диаметра рабочего колеса 1, не превышающее высоту лопаток 6, 7 на выходе из рабочего колеса 1 (т.е. длину кромки 10, 13).The impeller 1 of the centrifugal compressor 2 contains a carrier disk 3 having streamlined surfaces 4, 5 on which the blades 6, 7 are located, respectively. Each blade 6 has a front surface 8 (in the direction of rotation of the impeller 1), a rear surface 9 and an output edge 10. Each blade 7 also has a front surface 11, a rear surface 12 and an output edge 13. Blades 6 located on the surface 4 of the disk 3 are circumferentially displaced by a certain angle relative to the blades 7 located on the surface 5 of the disk 3, by a distance determined by the circumference of the outer diameter of the impeller 1, not exceeding the height of the blades 6, 7 at the outlet of the impeller 1 (i.e., the length of the edge 10, 13).

В месте установки рабочего колеса 1 центробежный компрессор 2 включает безлопаточный диффузор 14 и лопаточный диффузор 15.In the place of installation of the impeller 1, the centrifugal compressor 2 includes a bladeless diffuser 14 and a blade diffuser 15.

Работает центробежный компрессор 2 с предлагаемым рабочим колесом 1 следующим образом.A centrifugal compressor 2 operates with the proposed impeller 1 as follows.

Поток сжимаемой среды всасывается в рабочее колесо 1, где происходит повышение давления и скорости потока среды. Далее на выходе из рабочего колеса 1 поток среды, обтекающий переднюю поверхность 8 лопаток 6, расположенных на поверхности 4 несущего диска 3, частично перетекает в область потока, обтекающего заднюю поверхность 12 лопаток 7, расположенных на поверхности 5 диска 3. Благодаря этому происходит интенсивное перемешивание потока, стекающего с поверхности 4 диска 3 и поверхности 8 лопаток 6, с потоком, стекающим с поверхности 12 лопаток 7 и поверхности 5 диска 3. В результате уменьшается разность давлений потоков, стекающих с поверхности 8 и 9 лопаток 6 и потоков, стекающих с поверхности 11 и 12 лопаток 7. Предотвращается распространение вихревого следа за выходными кромками 10 и 13 в область лопаточного диффузора 15.The flow of compressible medium is sucked into the impeller 1, where there is an increase in pressure and medium flow rate. Further, at the exit of the impeller 1, the medium flow flowing around the front surface 8 of the blades 6 located on the surface 4 of the carrier disk 3 partially flows into the region of the flow flowing around the rear surface 12 of the blades 7 located on the surface 5 of the disk 3. Due to this, intensive mixing occurs the flow flowing from the surface 4 of the disk 3 and the surface 8 of the blades 6, with the flow flowing from the surface 12 of the blades 7 and the surface 5 of the disk 3. As a result, the pressure difference of the flows flowing from the surface 8 and 9 of the blades 6 and p decreases currents which flow from the surface 11 and the vanes 7. 12 prevents the spread of the wake vortex outlet edges 10 and 13 to 15 of the vane diffuser.

Обтекаемые поверхности несущего диска 3, корпуса, задняя поверхность лопатки и передняя поверхность следующей лопатки образуют межлопаточный канал. По мере перемещения по окружности наружного диаметра рабочего колеса по шагу лопаток, т.е. в направлении от задней поверхности лопатки к передней поверхности следующей лопатки, давление сжимаемой среды увеличивается, соответственно уменьшается разность давлений потока, которую можно использовать для усиления перемешивания. Наибольшая разность давлений потоков, обтекающих переднюю и заднюю поверхность лопаток, которая может быть использована для усиления перемешивания и локализации вихревого следа, имеет место на выходной кромке лопаток, длина которой определяется высотой лопаток на выходе из рабочего колеса. Таким образом, смещение лопаток рабочего колеса, расположенных на одной поверхности несущего диска 3, относительно лопаток, расположенных на другой поверхности несущего диска 3, на расстояние, определяемое по окружности наружного диаметра рабочего колеса, превышающее высоту лопаток на выходе из рабочего колеса, приводит к уменьшению разности давлений потоков, которую можно использовать для усиления перемешивания, и поэтому неэффективно.The streamlined surfaces of the carrier disk 3, the casing, the rear surface of the blade and the front surface of the next blade form the interscapular channel. As you move around the circumference of the outer diameter of the impeller along the pitch of the blades, i.e. in the direction from the rear surface of the blade to the front surface of the next blade, the pressure of the compressible medium increases, respectively, the difference in flow pressures, which can be used to enhance mixing, decreases. The greatest pressure difference between the flows flowing around the front and rear surfaces of the blades, which can be used to enhance mixing and localization of the vortex wake, occurs at the outlet edge of the blades, the length of which is determined by the height of the blades at the exit of the impeller. Thus, the displacement of the blades of the impeller located on one surface of the bearing disk 3 relative to the blades located on the other surface of the bearing disk 3 by a distance determined by the circumference of the outer diameter of the impeller, exceeding the height of the blades at the exit of the impeller, reduces the pressure difference of the flows, which can be used to enhance mixing, and therefore inefficient.

Таким образом, предложенное рабочее колесо обеспечивает оптимальный режим работы лопаточного диффузора 15 и повышение КПД центробежного компрессора.Thus, the proposed impeller provides the optimal operating mode of the blade diffuser 15 and increase the efficiency of the centrifugal compressor.

Claims

Рабочее колесо центробежного компрессора, содержащее несущий диск и расположенные с обеих его сторон лопатки, отличающееся тем, что лопатки, расположенные с одной стороны несущего диска, смещены по окружности относительно лопаток, расположенных с другой стороны несущего диска, на расстояние, не превышающее высоты лопаток на выходе из рабочего колеса. The impeller of a centrifugal compressor containing a carrier disk and vanes located on both sides thereof, characterized in that the vanes located on one side of the carrier disk are circumferentially offset from the vanes located on the other side of the carrier disk by a distance not exceeding the height of the vanes by exit from the impeller.