RU2529926C1

RU2529926C1 - Centrifugal compressor

Info

Publication number: RU2529926C1
Application number: RU2013132156/06A
Authority: RU
Inventors: Станислав Сергеевич Евгеньев; Семён Григорьевич Коханов; Григорий Григорьевич Петросян; Анас Гадулович Сафиуллин; Виктор Александрович Футин
Priority date: 2013-07-11
Filing date: 2013-07-11
Publication date: 2014-10-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: centrifugal compressor comprises a case with radial input and output holes coaxial to each other, the case inside is fitted by a suction chamber, a rotor with an overhanging impeller, a diffuser with blades and a diaphragm. The case cavity forms a collection chamber, the suction chamber is made as a bend set inside the collection chamber, the input hole of the bend matches the input hole of the case, and the output hole of the bend is set coaxially to the impeller, an annular spacer separating the suction and discharge cavities is installed between the bend's output hole and the diffuser's diaphragm, the inner diameter of the spacer on one side corresponds to the diameter of the bend output hole and on the other side - to the diameter of the impeller input.

EFFECT: reduced dimensions and weight of an installation, no necessity to use additional discharge and suction branch pipes, channels, improved reparability and reliability of a centrifugal compressor.

9 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области компрессоростроения и касается конструкции высокоскоростных центробежных машин.The invention relates to the field of compressor engineering and for the design of high-speed centrifugal machines.

Известны центробежные компрессоры и нагнетатели, содержащие корпус с радиальными и соосными друг другу входом и выходом, размещенные в корпусе всасывающую камеру, ротор с установленным консольным рабочим колесом, диффузор с лопатками и диафрагмой, сборную камеру (см., например, Каталог 4-77. Центробежные компрессорные машины. Нагнетатель природного газа типа H-300-1,23 производственного объединения "Турбомоторный завод им. К.Е. Ворошилова. Москва. Типография НИИМАШ. 1977 г. УДК 621.651; Бармин С.Ф., Васильев П.Д., Магазаник Я.М. Компрессорные станции с газотурбинным приводом. Л.: Недра, 1968. Глава «Центробежный нагнетатель H-300-1, 23»).Centrifugal compressors and superchargers are known, containing a housing with an inlet and outlet radial and coaxial to each other, a suction chamber located in the housing, a rotor with a cantilever impeller mounted, a diffuser with vanes and a diaphragm, a collection chamber (see, for example, Catalog 4-77. Centrifugal compressor machines. Natural gas supercharger type H-300-1,23 of the production association “KE Voroshilov Turbomotor Plant. Moscow. NIIMASH Printing House. 1977. UDC 621.651; Barmin SF, Vasiliev PD , Magazanik Ya.M. Compressor stations with ha zoturbinom drive. L .: Nedra, 1968. Chapter "Centrifugal supercharger H-300-1, 23").

Недостатком известной конструкции является сложная технология изготовления корпуса, в котором из-за соосности радиальных входа и выхода всасывающий и нагнетательный патрубки имеют сложную конфигурацию. Изготовление корпуса трудоемко и в литом, и в сварном вариантах исполнения. Изготовление корпуса литой конструкции создает проблемы литья в местах перехода всасывающего и нагнетательного патрубков к цилиндрической поверхности корпуса. В случае изготовления корпуса из поковки возникают сложности при сварке отдельно выполненных всасывающего и нагнетательного патрубков. Кроме того, корпус с патрубками имеет большие габариты и вес.A disadvantage of the known design is the complex manufacturing technology of the housing, in which, due to the alignment of the radial inlet and outlet, the suction and discharge pipes have a complex configuration. The manufacture of the body is time-consuming in both cast and welded versions. The manufacture of a cast housing creates problems in casting at the points of transition of the suction and discharge nozzles to the cylindrical surface of the housing. In the case of manufacturing the body of the forgings, difficulties arise when welding separately made suction and discharge pipes. In addition, the housing with nozzles has large dimensions and weight.

Технической задачей изобретения является упрощение изготовления центробежного компрессора с радиальными и соосными друг другу входом и выходом путем повышения технологичности изготовления корпуса, уменьшения его габаритов и веса.An object of the invention is to simplify the manufacture of a centrifugal compressor with radial and coaxial to each other inlet and outlet by increasing the manufacturability of the housing, reducing its size and weight.

Техническим результатом изобретения является исключение необходимости применения дополнительных нагнетательных и всасывающих патрубков, каналов, повышение ремонтопригодности и надежности центробежного компрессора.The technical result of the invention is to eliminate the need for additional discharge and suction pipes, channels, increasing the maintainability and reliability of a centrifugal compressor.

Технический результат достигается благодаря тому, что центробежный компрессор содержит корпус с радиальными и соосными друг другу входным и выходным отверстиями, размещенные в корпусе всасывающую камеру, ротор с установленным на нем консольным рабочим колесом, диффузор с лопатками и диафрагмой, а полость корпуса образует сборную камеру, причем всасывающая камера выполнена в виде отвода, размещенного внутри сборной камеры, и входное отверстие отвода совмещено с входным отверстием корпуса, а выходное отверстие отвода расположено соосно с рабочим колесом, при этом между выходным отверстием отвода и диафрагмой диффузора установлена кольцевая проставка, разделяющая полости всасывания и нагнетания, при этом внутренний диаметр проставки с одной стороны соответствует диаметру выходного отверстия отвода, а с другой - диаметру входа в рабочее колесо.The technical result is achieved due to the fact that the centrifugal compressor comprises a housing with inlet and outlet openings radially and coaxial to each other, a suction chamber located in the housing, a rotor with a cantilever impeller mounted on it, a diffuser with vanes and a diaphragm, and the housing cavity forms a collection chamber, moreover, the suction chamber is made in the form of an outlet located inside the collection chamber, and the inlet of the outlet is aligned with the inlet of the housing, and the outlet of the outlet is aligned with an impeller, while an annular spacer is installed between the exhaust outlet and the diaphragm of the diffuser, which separates the suction and discharge cavities, while the inner diameter of the spacer on one side corresponds to the diameter of the exhaust outlet and, on the other, to the diameter of the entrance to the impeller.

Кроме того, отвод может быть закреплен на торцовой стенке сборной камеры и может быть выполнен переменного сечения, уменьшающимся от входа к выходу, с расположенными в нем направляющими лопатками. Также отвод может быть снабжен размещенными снаружи направляющим и разделительным ребрами, причем направляющее ребро расположено между отводом и диффузором на радиальном участке отвода, а разделительное ребро - на его осевом участке со стороны выходного отверстия корпуса.In addition, the tap can be fixed to the end wall of the collection chamber and can be made of variable cross section, decreasing from the entrance to the exit, with guide vanes located in it. Also, the tap can be provided with external guide and dividing ribs, and the guide rib is located between the tap and the diffuser in the radial section of the tap, and the dividing rib in its axial section from the side of the outlet of the housing.

Кроме того, проставка может быть выполнена в виде сильфона с внутренним диаметром переменного сечения, уменьшающимся по ходу движения потока.In addition, the spacer can be made in the form of a bellows with an inner diameter of a variable cross section, decreasing in the direction of flow.

Кроме того, лопатки диффузора могут быть выполнены радиально-осевыми, причем выходной участок лопаток диффузора направлен вдоль оси ротора, а угол между средней линией лопатки на этом участке и касательной к окружности диафрагмы равен 90°.In addition, the diffuser blades can be made radial-axial, and the outlet portion of the diffuser blades is directed along the axis of the rotor, and the angle between the middle line of the blade in this section and the tangent to the circumference of the diaphragm is 90 °.

На фиг.1 представлен центробежный компрессор, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 показан предлагаемый центробежный компрессор в аксонометрии.Figure 1 presents a centrifugal compressor, a longitudinal section; figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 is a section bB in figure 1; figure 4 is a section bb in figure 1; figure 5 shows the proposed centrifugal compressor in a perspective view.

Центробежный компрессор содержит цилиндрический корпус 1 с радиальными и соосными друг другу входным 2 и выходным 3 отверстиями (вход 2 и выход 3). Внутри корпуса 1 размещены: всасывающая камера 4 (полость всасывания), ротор 5 с установленным на нем консольным рабочим колесом 6, диффузор 7 с лопатками 8 и диафрагмой 9, при этом полость корпуса 1 образует сборную камеру 10. Всасывающая камера 4 выполнена в виде отвода 4.1, размещенного внутри сборной камеры 10, при этом входной конец отвода 4.1 совмещен с входом 2 корпуса 1, а выходной конец выполнен соосным оси рабочего колеса 6. Между выходным концом отвода 4.1 и диафрагмой 9 диффузора 7 установлена разделяющая полости всасывания и нагнетания кольцевая проставка 11. Внутренний диаметр проставки 11 с одной стороны соответствует внутреннему диаметру выходного конца отвода 4.1, а с другой - диаметру входа в рабочее колесо 6.The centrifugal compressor comprises a cylindrical housing 1 with inlet 2 and outlet 3 openings radially and coaxial to each other (inlet 2 and outlet 3). Inside the housing 1 there are: a suction chamber 4 (suction cavity), a rotor 5 with a cantilever impeller 6 mounted thereon, a diffuser 7 with blades 8 and a diaphragm 9, while the cavity of the housing 1 forms a collection chamber 10. The suction chamber 4 is made in the form of a branch 4.1, placed inside the collection chamber 10, while the input end of the outlet 4.1 is aligned with the input 2 of the housing 1, and the output end is made coaxial to the axis of the impeller 6. Between the output end of the outlet 4.1 and the diaphragm 9 of the diffuser 7 is a separating cavity for suction and discharge of rings th spacer 11. The inner diameter of the spacer 11 on the one hand corresponds to the inner diameter of the output end of the outlet 4.1, and on the other hand, to the diameter of the entrance to the impeller 6.

Отвод 4.1 установлен на торцевой стенке 12 сборной камеры 10 (может быть выполнен за одно целое с торцевой стенкой 12) и выполнен переменного сечения, уменьшающимся от входа к выходу. Внутри отвода 4.1 расположены направляющие лопатки 13 изогнутой формы, соответствующей форме осевого сечения отвода 4.1. Причем каждая направляющая лопатка 13 имеет свой радиус изгиба.Branch 4.1 is installed on the end wall 12 of the collection chamber 10 (can be made integral with the end wall 12) and is made of variable cross section, decreasing from entrance to exit. Inside the branch 4.1 there are guide vanes 13 of a curved shape corresponding to the axial sectional shape of the branch 4.1. Moreover, each guide vane 13 has its own bending radius.

Отвод 4.1 снабжен размещенными снаружи направляющим ребрами 14 и разделительным ребрами 15, причем направляющее ребро 14 расположено между отводом 4.1 и диффузором 7 на радиальном участке отвода 4.1, а разделительное ребро 15 - на его осевом участке со стороны выходного отверстия 3 корпуса 1.The outlet 4.1 is provided with guide ribs 14 and dividing ribs 15 located on the outside, the guide rib 14 being located between the outlet 4.1 and the diffuser 7 in the radial section of the outlet 4.1, and the dividing rib 15 is located on its axial portion from the outlet 3 of the housing 1.

Проставка 11 выполнена в виде сильфона с внутренним диаметром переменного сечения, уменьшающимся по ходу движения потока. Выполнение проставки 11 в виде сильфона обеспечивает удобство сборки при установке торцевой стенки 12 с отводом 4.1 за счет возможности изменения осевого размера сильфона.The spacer 11 is made in the form of a bellows with an inner diameter of variable cross section, decreasing along the flow. The implementation of the spacer 11 in the form of a bellows provides ease of assembly when installing the end wall 12 with a tap 4.1 due to the possibility of changing the axial size of the bellows.

Лопатки 8 диффузора 7 выполнены радиально-осевыми, причем выходной участок лопаток 8 направлен вдоль оси ротора, а угол между средней линией лопатки на этом участке и касательной к окружности диафрагмы 9 равен 90°.The blades 8 of the diffuser 7 are made radial-axial, with the outlet portion of the blades 8 directed along the axis of the rotor, and the angle between the middle line of the blades in this section and the tangent to the circumference of the diaphragm 9 is 90 °.

Предлагаемый центробежный компрессор работает следующим образом. При вращении ротора 5 рабочий газ поступает через входное отверстие 2 корпуса 1 во всасывающую камеру 4, образованную отводом 4.1. Поток газа в отводе 4.1 меняет направление движения с радиального на осевое. Для равномерного распределения потока по сечению отвода 4.1 в последнем установлены направляющие лопатки 13. Из отвода 4.1 газ через проставку 11, выполненную в виде сильфона, поступает в рабочее колесо 6. Площади сечений отвода 4.1 и сильфона выполнены уменьшающимися по ходу потока, при этом обеспечивается плавное повышение скорости газа перед входом в рабочее колесо 6 и соответствие диаметров внутренней поверхности сильфона и входа в рабочее колесо 6. От рабочего колеса 6 газ получает кинетическую энергию, которую в диффузоре 7 преобразует в энергию давления. Лопатки 8 диффузора 7 на выходе направлены вдоль оси ротора 5, и сжатый в диффузоре 7 газ поступает в сборную камеру 10, имея осевое направление. Та часть газа, которая вышла из каналов диффузора 7, расположенных напротив отвода 4.1, обтекает его, разделяясь на два потока, чему способствует направляющее ребро 14 на отводе 4.1. Установленное перед выходным отверстием 3 из корпуса 1 ребро 15 упорядочивает движение потока газа, который из сборной камеры 10 через выходное отверстие 3 направляется потребителю.The proposed centrifugal compressor operates as follows. When the rotor 5 is rotated, the working gas enters through the inlet 2 of the housing 1 into the suction chamber 4 formed by the outlet 4.1. The gas flow in branch 4.1 changes the direction of motion from radial to axial. For uniform distribution of the flow over the cross section of the branch 4.1, guide vanes 13 are installed in the latter. From the branch 4.1, gas through the spacer 11, made in the form of a bellows, enters the impeller 6. The cross-sectional areas of the branch 4.1 and the bellows are made smaller along the flow, while ensuring a smooth increasing the gas velocity before entering the impeller 6 and the correspondence of the diameters of the inner surface of the bellows and the entrance to the impeller 6. From the impeller 6, the gas receives kinetic energy, which in the diffuser 7 is converted into rgiyu pressure. The blades 8 of the diffuser 7 at the outlet are directed along the axis of the rotor 5, and the gas compressed in the diffuser 7 enters the collection chamber 10, having an axial direction. The part of the gas that emerged from the channels of the diffuser 7, located opposite the outlet 4.1, flows around it, being divided into two streams, which is facilitated by the guide rib 14 at the outlet 4.1. A fin 15 installed in front of the outlet 3 from the housing 1 controls the movement of the gas stream, which is sent to the consumer from the collection chamber 10 through the outlet 3.

Выполнение центробежного компрессора с всасывающей камерой 4 в виде крутоизогнутого отвода, размещенного внутри сборной камеры 10, позволяет исключить из конструкции корпуса всасывающий и нагнетательный патрубки сложной криволинейной формы, что существенно повышает технологичность изготовления корпуса и снижает его габариты и вес. Радиально-осевое исполнение лопаток 8 диффузора 7 также способствует снижению габаритов и веса корпуса 1 и в целом компрессора. Разделение полостей всасывания и нагнетания проставкой 11 в виде сильфона значительно упрощает сборку компрессора и обеспечивает надежное соединение при тепловых деформациях.The implementation of a centrifugal compressor with a suction chamber 4 in the form of a curved outlet located inside the collection chamber 10 allows us to exclude the suction and discharge nozzles of complex curvilinear shape from the housing design, which significantly increases the manufacturability of the housing and reduces its dimensions and weight. The radial-axial design of the blades 8 of the diffuser 7 also helps to reduce the dimensions and weight of the housing 1 and the compressor as a whole. The separation of the suction and discharge cavities by a spacer 11 in the form of a bellows greatly simplifies the assembly of the compressor and provides a reliable connection during thermal deformations.

Таким образом, такое выполнение центробежного компрессора повышает технологичность изготовления корпуса, всасывающей и сборной камер, упрощает изготовление и сборку компрессора, уменьшает его габариты и вес при сохранении соосного исполнения всасывания и нагнетания.Thus, this embodiment of a centrifugal compressor increases the manufacturability of the housing, the suction and prefabricated chambers, simplifies the manufacture and assembly of the compressor, reduces its dimensions and weight while maintaining a coaxial design of suction and discharge.

Claims

1. Центробежный компрессор, содержащий корпус с радиальными и соосными друг другу входным и выходным отверстиями, размещенные в корпусе всасывающую камеру, ротор с установленным на нем консольным рабочим колесом, диффузор с лопатками и диафрагмой, а полость корпуса образует сборную камеру, отличающийся тем, что всасывающая камера выполнена в виде отвода, размещенного внутри сборной камеры, и входное отверстие отвода совмещено с входным отверстием корпуса, а выходное отверстие отвода расположено соосно с рабочим колесом, при этом между выходным отверстием отвода и диафрагмой диффузора установлена кольцевая проставка, разделяющая полости всасывания и нагнетания, при этом внутренний диаметр проставки с одной стороны соответствует диаметру выходного отверстия отвода, а с другой - диаметру входа в рабочее колесо.1. A centrifugal compressor comprising a housing with inlet and outlet openings radially and coaxial to each other, a suction chamber located in the housing, a rotor with a cantilever impeller mounted on it, a diffuser with vanes and a diaphragm, and a body cavity forming a collection chamber, characterized in that the suction chamber is made in the form of an outlet located inside the collection chamber, and the inlet of the outlet is aligned with the inlet of the housing, and the outlet of the outlet is aligned with the impeller, while between An annular spacer is installed between the exhaust outlet and the diaphragm of the diffuser, which separates the suction and discharge cavities, while the inner diameter of the spacer on the one hand corresponds to the diameter of the exhaust outlet and, on the other, to the diameter of the entrance to the impeller.

2. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что отвод закреплен на торцовой стенке сборной камеры.2. The compressor according to claim 1, characterized in that the tap is fixed to the end wall of the collection chamber.

3. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что отвод выполнен переменного сечения, уменьшающимся от входа к выходу.3. The compressor according to claim 1, characterized in that the tap is made of variable cross section, decreasing from input to output.

4. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что отвод выполнен с расположенными в нем направляющими лопатками.4. The compressor according to claim 1, characterized in that the tap is made with guide vanes located therein.

5. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что отвод снабжен размещенными снаружи направляющим и разделительным ребрами, причем направляющее ребро расположено между отводом и диффузором на радиальном участке отвода, а разделительное ребро - на его осевом участке со стороны выходного отверстия корпуса.5. The compressor according to claim 1, characterized in that the tap is provided with external guide and dividing ribs, the guide rib is located between the tap and the diffuser in the radial section of the tap, and the separating rib is on its axial section from the side of the outlet of the housing.

6. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что проставка выполнена в виде сильфона.6. The compressor according to claim 1, characterized in that the spacer is made in the form of a bellows.

7. Компрессор по п.6, отличающийся тем, что сильфон выполнен с внутренним диаметром переменного сечения, уменьшающимся по ходу движения потока.7. The compressor according to claim 6, characterized in that the bellows is made with an inner diameter of variable cross section, decreasing in the direction of flow.

8. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что лопатки диффузора выполнены радиально-осевыми.8. The compressor according to claim 1, characterized in that the diffuser blades are made radial-axial.

9. Компрессор по п.8, отличающийся тем, что выходной участок лопаток диффузора направлен вдоль оси ротора, а угол между средней линией лопатки на этом участке и касательной к окружности диафрагмы равен 90°. 9. The compressor of claim 8, wherein the outlet portion of the diffuser blades is directed along the axis of the rotor, and the angle between the middle line of the blade in this section and the tangent to the circumference of the diaphragm is 90 °.