RU222133U1 - Выходное устройство центробежного компрессора - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области энергетического машиностроения, в частности к энергетическим турбомашинам, и может быть использована в выходных устройствах центробежных компрессоров, нагнетателей и насосов. Технический результат заключается в снижении потерь напора выходного устройства концевой ступени центробежного компрессора при увеличении площади его сечения за счет увеличения ширины проточного канала в осевом направлении. Выходное устройство центробежного компрессора содержит наружную стенку корпуса концевой ступени компрессора, впускное и выпускное отверстия для текучей среды и проточный канал между ними, образованный наружной стенкой корпуса 1 и улиткообразной внутренней стенкой 6 и плавно расширяющийся в осевом направлении до выпускного отверстия, соответствующему входу в выходной патрубок 4. В проточном канале 5 установлена разделительная стенка 7, разделяющая проточный канал на два канала с одинаковой шириной на выходе из выпускного отверстия, при этом разделительная стенка 7 установлена в проточном канале 5 на длине от выпускного отверстия до места, где ширина проточного канала 5 составляет ширины выпускного отверстия. 5 ил.

Description

Полезная модель относится к области энергетического машиностроения, в частности к энергетическим турбомашинам, и может быть использована в выходных устройствах центробежных компрессоров, нагнетателей и насосов.

Известно выходное устройство центробежного компрессора, выполненное в форме внутренней улитки с постоянным наружным радиусом и уменьшающимся к выходу из улитки внутренним радиусом, содержащее наружную стенку корпуса концевой ступени компрессора, впускное и выпускное отверстия для текучей среды и проточный канал между ними, образованный наружной стенкой корпуса и улиткообразной внутренней стенкой. (В.Ф. Рис «Центробежные компрессорные машины». Л.: Машиностроение. 1981 г. стр. 201, рис 3.83,г).

Преимуществом данного выходного устройства, является наименьший диаметральный размер корпуса концевой ступени компрессора и высокая технологичность ее изготовления.

Вместе с тем, проходное сечение данного выходного устройства подбирается в зависимости от производительности ступени и обеспечивается за счет снижения внутреннего радиуса улиткообразной стенки. При увеличении производительности концевой ступени компрессора необходимо увеличить и геометрические размеры выходного устройства, причем увеличение площади сечения проточного канала (внутренней улитки) только за счет уменьшения внутреннего радиуса улиткообразной стенки не представляется возможным, поскольку данный элемент ограничен конструкцией концевой ступени компрессора.

Увеличение площади сечения проточного канала также возможно за счет увеличения наружного диаметра корпуса концевой ступени компрессора или за счет увеличения ширины проточного канала, то есть увеличения его линейного размера и перехода к прямоугольной, вытянутой форме его сечения.

Для сохранения массогабаритных показателей ступени компрессора, наиболее оптимальным решением является увеличение ширины проточного канала, поскольку при данном решении сохраняются внешние габариты ступени, которые определяются внутренним радиусом корпуса ступени.

Вместе с тем оптимальной формой выходного сечения улитки является близкая к круглой форма. Переход к прямоугольной форме сечения проточного канала приводит к увеличению гидравлических потерь, связанных с образованием дополнительных вихрей застойных зон с низкой скоростью течения газа расположенных в нижней части вытянутого в осевом направлении канала, что снижает КПД выходного устройства и эксплуатационные характеристики компрессора в целом.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение КПД выходного устройства и, как следствие, улучшение эксплуатационных характеристик концевой ступени центробежного компрессора при увеличении ее производительности за счет увеличения ширины проточного канала выходного устройства в осевом направлении.

Технический результат заключается в снижении потерь напора выходного устройства концевой ступени центробежного компрессора при увеличении площади его сечения за счет увеличения ширины проточного канала в осевом направлении.

Технический результат достигается тем, что выходное устройство центробежного компрессора, содержащее наружную стенку корпуса концевой ступени компрессора, впускное и выпускное отверстия для текучей среды и проточный канал между ними, образованный наружной стенкой корпуса и улиткообразной внутренней стенкой и плавно расширяющийся в осевом направлении до выпускного отверстия, снабжено разделительной стенкой, установленной в проточном канале, соединенной с улиткообразной стенкой и наружной стенкой корпуса и разделяющей проточный канал на 2 канала с одинаковой шириной на выходе из выпускного отверстия, при этом разделительная стенка установлена в проточном канале на длине от выпускного отверстия до места, где ширина проточного канала составляет ширины выпускного отверстия.

Разделительная стенка, соединенная с улиткообразной стенкой и наружной стенкой корпуса, позволяет преобразовать проточный канал с прямоугольным сечением на выходе из выпускного отверстия в два равных канала с оптимально близкой к круглой (квадратоподобной) форме каждого из них, что, в свою очередь, позволяет снизить потери напора в выходном устройстве, и, как следствие, повысить КПД концевой ступени компрессора.

Выполнение разделительной стенки по длине проточного канала от выпускного отверстия до длины проточного канала, на которой ширина этого канала составляет ширины выпускного отверстия, позволяет оптимизировать форму проточного канала по всей его длине, оставляя канал на входе в впускное отверстие выходного устройства прежней формы (оптимальной, близкой к круглой) и разделяя его на 2 канала на длине, обеспечивающей получение каналов с близкой к круглой (квадратоподобной) форме.

Сохранение оптимальной формы канала внутренней улитки позволяет при увеличении производительности ступени, обеспечить повышение эффективности выходного устройства относительно одноканального выходного устройства с прямоугольной формой сечения при одних и тех же внешних габаритах ступени, за счет более равномерного течения газа и исключения дополнительных вихрей, образующихся в связи с прямоугольной формой сечения проточного канала выходного устройства. Полезная модель поясняется графически, где

на фиг. 1 изображено радиальное сечение выходного устройства центробежного насоса;

на фиг. 2 изображено сечение проточного канала на входе в выходное устройство;

на фиг. 3 изображено сечение проточного канала на длине канала, ширина которого составляет ширины выпускного отверстия;

на фиг. 4 изображено сечение проточного канала на выходе из выходного устройства;

на фиг. 5 представлен график зависимости потерь напора (ΔН/Н) от коэффициента расхода (Ф_н) для двухканальной внутренней улитки и одноканальной внутренней улитки с сечением прямоугольной формы.

Выходное устройство центробежного компрессора выполнено в виде внутренней улитки и содержит наружную стенку корпуса 1 концевой ступени 2 компрессора, впускное отверстие для текучей среды, соответствующее выпуску из диффузора 3, выпускное отверстие для текучей среды, соответствующее отверстию входа в выходной патрубок 4 и проточный канал 5 между ними, образованный наружной стенкой корпуса 1 и улиткообразной внутренней стенкой 6. Канал 5 плавно расширяется в осевом направлении от впускного отверстия 3 до выпускного отверстия 4. В канале 5 начиная с места его длины, в котором ширина канала 5 составляет ширины выпускного отверстия, и до входа в выпускной патрубок 4 установлена разделительная стенка 7, соединенная с улиткообразной стенкой 6 и наружной стенкой корпуса 1. Стенка 7 разделяет проточный канал 5 на 2 независимых канала, имеющих одинаковую ширину на входе в выходной патрубок 4. Образованные каналы имеют форму сечения по всей длине канала 5, близкую к круглой или квадратоподобной форме.

На начальном участке канала 5, соответствующим выходу из диффузора 3 и, соответственно, входу в впускное отверстие для текучей среды выходного устройства (фиг 2), газ из концевой ступени 2 компрессора поступает в канал 5 выходного устройства, имеющего форму, близкую к круглой. По мере движения текучей среды канал 5 расширяется до ширины выпускного отверстия выходного устройства. Начиная с того места, где ширина канала 5 составляет ширины выпускного отверстия выходного устройства за счет установленной перегородки 7 канал 5 раздваивается с образованием дополнительного канала выходного устройства (фиг 3), который также по мере движения газа к входу в патрубок 4 расширяется. На входе в патрубок 4 каждый из 2-х каналов имеет ширину, равную ширины выпускного отверстия выходного устройства (фиг. 4). Суммарный поток из двух каналов на выходе из выпускного отверстия объединяется в выходном патрубке 4 концевой ступени 2 и направляется на выход из компрессора.

Сохранение оптимальной формы каналов выходного устройства позволит при увеличении производительности концевой ступени компрессора, за счет более равномерного течения газа, обеспечить повышение эффективности выходного устройства в сравнении с аналогичным одноканальным выходным устройством с сечением прямоугольной формы на выходе из устройства при тех же внешних габаритах концевой ступени компрессора.

Для подтверждения эффективности применения двух каналов квадратоподобной формы в выходном устройстве центробежного компрессора при увеличении его производительности в сравнении с аналогичным одноканальным выходным устройством с сечением проточного канала прямоугольной формы, было проведено численное исследование по определению потерь напора для обоих выходных устройств, (фиг 5).

Численные исследования были проведены с использованием конечно-объемной вычислительной системы «Flow Vision» в которой реализовано решение уравнения Навье-Стокса.

В качестве исходной геометрической модели для исследования улитки было принято выходное устройство корпуса ступени третьего типоразмера с диаметром рабочего колеса D_2ном=300 мм компрессора Аэроком АА-167/1.6.

Данный Корпус ступени предназначен для применения в диапазоне коэффициентов расхода Ф_н от 0,09 до 0,15.

В качестве расчетной точки, для выполнения сравнительного анализа, принят режим работы компрессора при номинальной производительности 167 м³/мин и коэффициенте расхода Ф_н=0,128.

Результаты расчета приведены на графике (фиг. 5) в виде зависимости потерь напора ΔН/Н, где Н - напор ступени (м²/с²), а ΔН - потерь напора в выходном устройстве (м²/с²) от коэффициента расхода Ф_н.

На графике видно, что наименьшие потери напора наблюдаются в выходном устройстве с двумя каналами квадратоподобной формы. Потери напора в данном выходном устройстве при коэффициенте расхода Ф_н=0,128 на 21% ниже, чем в выходном устройстве с единым проточным каналом прямоугольного сечения.

Таким образом, полезная модель позволяет при необходимости увеличения производительности компрессора при условии сохранения общих геометрических размеров выходного устройства и концевой ступени компрессора за счет снижения потерь напора в выходном устройстве, повысить эффективность работы выходного устройства и всей ступени компрессора в целом.

Claims (1)

1. Выходное устройство центробежного компрессора, содержащее наружную стенку корпуса концевой ступени компрессора, впускное и выпускное отверстия для текучей среды и проточный канал между ними, образованный наружной стенкой корпуса и улиткообразной внутренней стенкой и плавно расширяющийся в осевом направлении до выпускного отверстия, отличающееся тем, что оно снабжено разделительной стенкой, установленной в проточном канале, соединенной с улиткообразной стенкой и наружной стенкой корпуса и разделяющей проточный канал на два канала с одинаковой шириной на выходе из выпускного отверстия, при этом разделительная стенка установлена в проточном канале на длине от выпускного отверстия до места, где ширина проточного канала составляет 1/2 ширины выпускного отверстия.