RU2243417C2

RU2243417C2 - Stage of centrifugal turbomachine

Info

Publication number: RU2243417C2
Application number: RU2001122312/06A
Authority: RU
Inventors: Св тослав Иванович Наконечный (UA); Святослав Иванович Наконечный
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2004-12-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; centrifugal compressors and high-capacity pumps.

SUBSTANCE: proposed stage has working wheel with flat base and conical cover disks and blades between said disks, diaphragms, rotary channels, vane and vaneless diffusers. Wall of vaneless diffuser diaphragms are of different shape relative to setting wall of diaphragm adjacent to inner surface of flat main disk is made concave, and wall of diaphragm adjacent to inner surface of cover disk is made convex.

EFFECT: increased efficiency of stage.

1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к ступеням центробежных турбомашин. Наиболее эффективно изобретение может быть использовано в центробежных компрессорах и насосах большой производительности.The invention relates to mechanical engineering, in particular to the steps of centrifugal turbomachines. The invention can most effectively be used in centrifugal compressors and high capacity pumps.

Известна ступень центробежного компрессора, содержащая рабочее колесо с плоским основным и коническим покрывным дисками и лопатками между ними, диафрагмы, безлопаточный диффузор и поворотный канал (SU 1820042 А1, Попов И.К, 07.06.1993). В известной ступени сферическая стенка диафрагмы, прилегающая к покрывному диску, в месте образования противоположной стенкой перехода из плоской поверхности в сферическую поверхность, имеет выпуклость. Но крайняя точка указанной выпуклости находится не на одной линии с концевой точкой внутренней поверхности конического диска, и поток, выходящий из колеса, попадая в канал диффузора закручивается. Концевая точка внутренней поверхности плоского основного диска находится на расстоянии от сферической стенки диафрагмы, и с этой стороны поток также закручивается.A known stage of a centrifugal compressor containing an impeller with a flat main and conical cover discs and vanes between them, diaphragms, a bladeless diffuser and a rotary channel (SU 1820042 A1, Popov I.K., 07.06.1993). In the known step, the spherical wall of the diaphragm adjacent to the capping disk, at the place where the opposite wall forms the transition from a flat surface to a spherical surface, has a bulge. But the extreme point of this convexity is not in line with the end point of the inner surface of the conical disk, and the flow exiting the wheel, getting into the diffuser channel, is twisted. The end point of the inner surface of the flat main disk is located at a distance from the spherical wall of the diaphragm, and from this side the flow also swirls.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является ступень центробежной турбомашины - центробежного компрессора, которая имеет рабочее колесо с плоским основным и коническим покрывным дисками с лопатками между ними, диафрагмы, безлопаточный и лопаточный диффузоры, поворотный канал со смещенной осью симметрии относительно оси симметрии рабочего колеса (SU 896258 А, Званец Б.А. и др., 07.01.1982).Closest to the technical essence of the invention is the stage of a centrifugal turbomachine - a centrifugal compressor, which has an impeller with a flat main and conical cover discs with blades between them, diaphragms, bladeless and blade diffusers, a rotary channel with a displaced axis of symmetry relative to the axis of symmetry of the impeller ( SU 896258 A, Zvanets B.A. et al. 01/07/1982).

Такое смещение безлопаточного и лопаточного диффузоров, хоть и позволяет избавиться от одной зоны с вихрями, которая появляется между основным диском рабочего колеса и стенкой безлопаточного диффузора, но не избавляет от другой - между покрывным диском рабочего колеса и стенкой безлопаточного диффузора. К тому же указанная зона увеличивается за счет зазора между диском рабочего колеса и стенкой диафрагмы безлопаточного диффузора, который тоже увеличивается. Смещение оси безлопаточного и лопаточного диффузоров приводит также к увеличению смещения потока к стенке диафрагмы безлопаточного диффузора, расположенной возле основного диска рабочего колеса. Указанные недостатки приведут к сильному искривлению течения потока через безлопаточный диффузор и, в момент вхождения его в лопаточный диффузор, нарушают его расчетные углы атаки в сторону увеличения. Все это приводит к увеличению гидравлических потерь и общему снижению КПД ступени центробежного компрессора.Such a displacement of the bladeless and blade diffusers, although it allows you to get rid of one zone with vortices, which appears between the main disk of the impeller and the wall of the bladeless diffuser, but does not relieve the other - between the cover disk of the impeller and the wall of the bladeless diffuser. In addition, this zone increases due to the gap between the impeller disk and the diaphragm wall of the bladeless diffuser, which also increases. The displacement of the axis of the bladeless and blade diffusers also leads to an increase in the flow offset to the wall of the diaphragm of the bladeless diffuser located near the main disk of the impeller. These shortcomings will lead to a strong curvature of the flow through the bladeless diffuser and, at the moment it enters the blade diffuser, violate its calculated angles of attack in the direction of increase. All this leads to an increase in hydraulic losses and an overall decrease in the efficiency of the centrifugal compressor stage.

Задачей изобретения является повышение КПД ступени центробежной турбомашины путем уменьшения гидравлических потерь.The objective of the invention is to increase the efficiency of a centrifugal turbomachine stage by reducing hydraulic losses.

Технический результат достигается тем, что в ступени центробежной турбомашины, содержащей рабочее колесо с плоским основным и коническим покрывным дисками и лопатками между ними, диафрагмы, поворотный канал, безлопаточный и лопаточный диффузоры, согласно изобретению стенки безлопаточного диффузора выполнены разной формы относительно проточной части, причем стенка диафрагмы, прилегающая к внутренней поверхности плоского основного диска, выполнена вогнутой формы, а стенка, прилегающая к внутренней поверхности конического покрывного диска - выпуклой.The technical result is achieved by the fact that in the step of a centrifugal turbomachine containing an impeller with a flat main and conical cover discs and vanes between them, a diaphragm, a rotary channel, a bladeless and blade diffusers, according to the invention, the walls of the bladeless diffuser are made of different shapes relative to the flow part, and the wall the diaphragm adjacent to the inner surface of the flat main disk is made concave, and the wall adjacent to the inner surface of the conical cover claim - convex.

При такой конструкции ступени выпуклость стенки диафрагмы безлопаточного диффузора и концевая точка внутренней поверхности конического покрывного диска, а также выступ стенки диафрагмы безлопаточного диффузора и концевая точка плоского основного диска, соответственно максимально приближены к одной линии, что позволяет избежать лишних гидравлических потерь вследствие уменьшения завихрения в потоке, выходящем из колеса.With this design of the stage, the convexity of the diaphragm wall of the bladeless diffuser and the end point of the inner surface of the conical cover disc, as well as the protrusion of the wall of the diaphragm of the bladeless diffuser and the end point of the flat main disk, respectively, are as close as possible to one line, which avoids unnecessary hydraulic losses due to the reduction of turbulence in the flow coming out of the wheel.

Таким образом предложенная конструкция ступени центробежной турбомашины обеспечивает уменьшение гидравлических потерь за счет лучшей организации потока на выходе его из рабочего колеса и на входе в лопаточный диффузор. Лучшая организация потока достигается вследствие того, что поток, выходящий из рабочего колеса, плавно, без скачкообразного торможения движется по изогнутому каналу и постепенно выравнивает траекторию своего движения.Thus, the proposed design of the centrifugal turbomachine stage provides a reduction in hydraulic losses due to better flow organization at the outlet of the impeller and at the entrance to the blade diffuser. The best flow organization is achieved due to the fact that the flow exiting the impeller moves smoothly, without intermittent braking, along a curved channel and gradually aligns its trajectory.

Криволинейная траектория потока обуславливается конфузорной формой выходной части рабочего колеса. После чего поток с выправленной траекторией движения входит в лопаточный диффузор, натекая на его лопатки с необходимыми расчетными углами атаки. К тому же на участке своего движения поток имеет минимальные гидравлические потери, которые достигаются за счет обеспечения плавной диффузорности (без скачков, как у аналога и прототипа), ликвидирующей зоны с обратными течениями и вихреобразованием. Существенными отличиями предложенной конструкции являются: исполнение стенок безлопаточного диффузора разной формы, предложенная новая геометрия их расположения.A curved flow path is determined by the confuser shape of the output part of the impeller. After that, a flow with a straightened path of motion enters the scapular diffuser, flowing onto its blades with the required design angles of attack. In addition, in the area of its movement, the flow has minimal hydraulic losses, which are achieved by providing smooth diffusivity (without jumps, as in the analogue and prototype), which eliminates zones with reverse flows and vortex formation. Significant differences of the proposed design are: the execution of the walls of the bladeless diffuser of various shapes, the proposed new geometry of their location.

Это позволяет снизить потери и увеличить КПД ступени центробежной турбомашины за счет лучшей организации потока и использованию криволинейной конструкции стенок безлопаточного диффузора. Предложенное техническое решение обладает новизной и изобретательским уровнем и соответствует условиям патентоспособности изобретения. Сущность изобретения поясняется чертежом преимущественного варианта осуществления изобретения, где изображен продольный разрез ступени центробежной турбомашины.This allows you to reduce losses and increase the efficiency of the centrifugal turbomachine stage due to better flow organization and the use of a curved wall design of the bladeless diffuser. The proposed technical solution has novelty and inventive step and meets the conditions of patentability of the invention. The invention is illustrated by a drawing of an advantageous embodiment of the invention, which shows a longitudinal section of a centrifugal turbomachine stage.

Ступень центробежной турбомашины имеет рабочее колесо 1 с плоским основным диском 2 и коническим покрывным диском 3 и лопатками 4 между ними, диафрагмы 5 и 6, образующие безлопаточный диффузор 7 и поворотный канал 8 с установленным между ними лопаточным диффузором 9. Плоский основной и конический покрывной диски 2, 3 рабочего колеса 1 имеют внутренние поверхности 10 и 11 соответственно. Стенка 12 диафрагмы 5 безлопаточного диффузора 7, прилегающая к внутренней поверхности плоского основного диска 2 рабочего колеса 1, выполнена вогнутой формы, а стенка 13 диафрагмы 6, прилегающая к внутренней поверхности покрывного диска 3 безлопаточного диффузора 7, выполнена выпуклой формы относительно проточной части.The stage of the centrifugal turbomachine has an impeller 1 with a flat main disk 2 and a conical cover disk 3 and blades 4 between them, diaphragms 5 and 6 forming a bladeless diffuser 7 and a rotary channel 8 with a blade diffuser 9 installed between them. Flat main and conical cover disks 2, 3 of the impeller 1 have inner surfaces 10 and 11, respectively. The wall 12 of the diaphragm 5 of the bladeless diffuser 7 adjacent to the inner surface of the flat main disk 2 of the impeller 1 is concave, and the wall 13 of the diaphragm 6 adjacent to the inner surface of the cover disk 3 of the bladeless diffuser 7 is convex in relation to the flow part.

Ступень центробежной турбомашины работает таким образом.The centrifugal turbomachine stage works this way.

Поток поступает в рабочее колесо 1, закручивается лопатками 4 и, проходя между внутренней поверхностью 10 цилиндрического основного диска 2 и внутренней поверхностью 11 конического покрывного диска 3, плавно, без скачков, с искривленной траекторией течения входит в безлопаточный диффузор 7. Двигаясь по безлопаточному диффузору 7 поток с помощью криволинейных стенок 12 и 13 выравнивается и с минимальными гидравлическими потерями входит в лопаточный диффузор 9, а из него - в поворотный канал 8 и далее - в сборную камеру или к следующей ступени.The flow enters the impeller 1, is twisted by the blades 4 and, passing between the inner surface 10 of the cylindrical main disk 2 and the inner surface 11 of the conical cover disk 3, enters into the bladeless diffuser 7 smoothly, without jumps, with a curved flow path 7. Moving along the bladeless diffuser 7 the flow with the help of curved walls 12 and 13 is leveled and with minimal hydraulic losses enters the blade diffuser 9, and from it into the rotary channel 8 and further into the collection chamber or to the next stage.

Таким образом предлагаемое изобретение содействуют повышению КПД центробежной турбомашины в целом по сравнении с известными турбомашинами.Thus, the present invention contribute to increasing the efficiency of a centrifugal turbomachine as a whole in comparison with known turbomachines.

Claims

The stage of the centrifugal turbomachine containing the impeller with a flat main and conical cover discs and vanes between them, a diaphragm, a rotary channel, scapular and bladeless diffusers, characterized in that the walls of the bladeless diffuser are made of various shapes relative to the flow part, and the wall of the diaphragm, which borders on the surface of the flat main disk is made concave, and the wall of the diaphragm adjacent to the inner surface of the conical covering disk is convex.