RU2330994C2 - Centrifugal compressor - Google Patents
Centrifugal compressor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2330994C2 RU2330994C2 RU2006116585/06A RU2006116585A RU2330994C2 RU 2330994 C2 RU2330994 C2 RU 2330994C2 RU 2006116585/06 A RU2006116585/06 A RU 2006116585/06A RU 2006116585 A RU2006116585 A RU 2006116585A RU 2330994 C2 RU2330994 C2 RU 2330994C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- impeller
- cooling air
- centrifugal compressor
- compressor
- impeller casing
- Prior art date
Links
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к компрессоростроению и может быть использовано в двигателях летательных аппаратов, морских и наземных транспортных средств, а также в энергоустановках.The invention relates to compressor engineering and can be used in aircraft engines, marine and land vehicles, as well as in power plants.
Известен центробежный компрессор, содержащий рабочее колесо, корпус рабочего колеса, диффузор, камеру охлаждающего воздуха. Камера расположена за рабочим колесом и имеет сообщение с проточной частью компрессора непосредственно на выходе из рабочего колеса. Также она сообщена с трубопроводом подвода охлаждающего воздуха (патент США №6035627, кл. F02C 7/18, опубл. 14.03.2000). При работе центробежного компрессора на вход в камеру охлаждающего воздуха поступает два потока воздуха: горячий непосредственно с выхода рабочего колеса и холодный из трубопровода охлаждающего воздуха. Смешивание потоков на входе позволяет в камере получить температуру обдувающего рабочее колесо воздуха ниже, чем температура воздуха на выходе рабочего колеса. Таким образом, обеспечивается охлаждение и выравнивание температур в металле ступицы рабочего колеса. Недостатком центробежного компрессора является его невысокая эффективность, так как в нем использовано рабочее колесо полуоткрытого типа. Для рабочих колес полуоткрытого типа характерны концевые потери, связанные с перетеканием воздуха. Кроме того, компрессор с рабочим колесом полуоткрытого типа сложен в использовании из-за необходимости соблюдения малых зазоров между рабочим колесом и его корпусом.A known centrifugal compressor comprising an impeller, an impeller housing, a diffuser, a cooling air chamber. The chamber is located behind the impeller and is in communication with the flow part of the compressor directly at the outlet of the impeller. It is also connected to the cooling air supply pipe (US Pat. No. 6,035,627, class F02C 7/18, publ. 14.03.2000). During the operation of a centrifugal compressor, two air flows enter the cooling air inlet: hot directly from the impeller and cold from the cooling air pipe. Mixing the flows at the inlet allows the chamber to obtain a temperature of air blowing around the impeller lower than the temperature of the air at the outlet of the impeller. Thus, cooling and temperature equalization in the metal of the impeller hub are ensured. A disadvantage of a centrifugal compressor is its low efficiency, since it uses a half-open impeller. Semi-open impellers are characterized by end losses associated with air flow. In addition, a compressor with a half-impeller type is difficult to use due to the need to maintain small gaps between the impeller and its casing.
Указанные недостатки устраняются в центробежных компрессорах применением рабочих колес закрытого типа. Такие рабочие колеса состоят из двух переходящих один в другой конструктивных элементов: основного диска с рабочими лопатками и покрывного диска (Холщевников К.В. и др. Теория и расчет авиационных лопаточных машин. - М.: Машиностроение, 1986, с.184-185; а.с. СССР №1168748, кл. F04D 29/58, опубл. 23.07.1985; а.с. СССР №1633161, кл. F04D 29/28, опубл. 07.03.1991; патент США №2305226, кл. 230-130, опубл. 15.12.1942). Рабочее колесо закрытого типа обеспечивает минимальные концевые потери и наибольшие значения КПД.These disadvantages are eliminated in centrifugal compressors by using closed impellers. Such impellers consist of two structural elements passing one into another: the main disk with rotor blades and a cover disk (Kholshchevnikov K.V. et al. Theory and design of aircraft blade machines. - M.: Mechanical Engineering, 1986, p.184-185 ; USSR AS No. 1168748, class F04D 29/58, publ. 07/23/1985; USSR AS No. 1633161, class F04D 29/28, publ. 03/07/1991; US patent No. 2305226, class. 230-130, publ. 15.12.1942). Closed impeller provides minimal end losses and highest efficiency values.
Известен центробежный компрессор, выбранный в качестве прототипа. Конструкция центробежного компрессора включает рабочее колесо закрытого типа, корпус рабочего колеса и диффузор. Покрывной диск рабочего колеса выполнен с лабиринтным уплотнением по внутренней кромке с тыльной стороны относительно проточной части колеса. Корпус рабочего колеса, выполняющий также функцию корпуса уплотнения, установлен над покрывным диском с образованием зазора. Зазор сообщается с проточной частью компрессора через щель, расположенную между наружной кромкой покрывного диска и корпусом рабочего колеса (а.с. СССР №591619, кл. F04D 29/28, опубл. 05.02.1978). Недостатком центробежного компрессора является его недостаточная надежность. В условиях работы рабочее колесо быстро выходит из строя: в местах перехода лопаток к покрывному диску образуются трещины, приводящие к разрушению колеса.Known centrifugal compressor, selected as a prototype. The design of the centrifugal compressor includes a closed impeller, an impeller housing and a diffuser. The impeller cover disk is made with a labyrinth seal along the inner edge from the back side relative to the flow part of the wheel. The impeller housing, which also serves as the seal housing, is mounted above the cover disk to form a gap. The gap communicates with the compressor running part through a slot located between the outer edge of the cover disk and the impeller casing (AS USSR No. 591619, class F04D 29/28, published 05.02.1978). The disadvantage of a centrifugal compressor is its lack of reliability. Under operating conditions, the impeller quickly fails: cracks form at the points of transition of the blades to the cover disk, leading to the destruction of the wheel.
Задачей изобретения является повышение надежности центробежного компрессора за счет исключения разрушительных процессов в его рабочем колесе.The objective of the invention is to increase the reliability of a centrifugal compressor by eliminating destructive processes in its impeller.
Исключение разрушительных процессов в рабочем колесе достигается тем, что в центробежном компрессоре, включающем рабочее колесо закрытого типа, покрывной диск которого выполнен с лабиринтным уплотнением по внутренней кромке с тыльной стороны относительно проточной части, диффузор и корпус рабочего колеса, установленный над покрывным диском с зазором, сообщенным с проточной частью компрессора через щель, расположенную между наружной кромкой покрывного диска и корпусом рабочего колеса, согласно изобретению на корпусе рабочего колеса сформирована кольцевая камера охлаждающего воздуха, имеющая сообщение с трубопроводом подвода охлаждающего воздуха высокого давления, при этом корпус рабочего колеса выполнен с отверстиями, соединяющими полость кольцевой камеры охлаждающего воздуха с зазором, образованным между корпусом рабочего колеса и покрывным диском.The exclusion of destructive processes in the impeller is achieved by the fact that in a centrifugal compressor including a closed impeller, the cover disk of which is made with a labyrinth seal along the inner edge from the back side relative to the flow part, the diffuser and the impeller housing mounted above the cover disk with a gap communicated with the compressor running part through a slot located between the outer edge of the cover disk and the impeller housing according to the invention on the impeller housing It shapes the annular chamber cooling air, having a connection with a high-pressure cooling air feed conduit, wherein the impeller housing is formed with holes connecting the cavity of the cooling air of the annular chamber with a gap formed between the impeller casing and the cover plate.
Исследование разрушительных процессов, возникающих в рабочем колесе при работе центробежного компрессора - прототипа, позволило установить их причину. Она заключается в разнице прогрева покрывного диска и лопаток основного диска. Например, эта разница при использовании компрессора в газотурбинном авиационном двигателе составляет около 100°С: лопатки по ходу рабочего потока имеют температуру от 300°С до 350°С, а покрывной диск нагревается в интервале от 400°С до 450°С. Перепад температур на границе «лопатка - покрывной диск» вызывает в металле этой области значительные температурные напряжения. Причина в том, что покрывной диск нагревается дополнительно из-за трения об его поверхность воздушного потока. При этом поток воздуха перетекает в зазор из проточной части компрессора через щель между наружной кромкой покрывного диска и корпусом рабочего колеса, а затем просачивается через лабиринт на вход в рабочее колесо.The study of destructive processes that occur in the impeller during operation of a centrifugal compressor - a prototype, made it possible to establish their cause. It consists in the difference in the heating of the cover disk and the blades of the main disk. For example, this difference when using a compressor in a gas turbine aircraft engine is about 100 ° C: the blades along the working stream have a temperature from 300 ° C to 350 ° C, and the cover disc is heated in the range from 400 ° C to 450 ° C. The temperature difference at the “blade – cover disk” boundary causes significant temperature stresses in the metal of this region. The reason is that the cover disk heats up additionally due to friction on its surface of the air flow. In this case, the air flow flows into the gap from the compressor flow path through the gap between the outer edge of the cover disk and the impeller housing, and then seeps through the labyrinth to the entrance to the impeller.
Наличие в новом центробежном компрессоре кольцевой камеры охлаждающего воздуха, сформированной на корпусе рабочего колеса и имеющей сообщение с трубопроводом подвода охлаждающего воздуха высокого давления, а также выполнение корпуса рабочего колеса с отверстиями, соединяющими полость кольцевой камеры охлаждающего воздуха с зазором, образованным между корпусом рабочего колеса и покрывным диском, позволяет производить обдув покрывного диска холодным воздухом. При этом исключено попадание в зазор горячего воздуха из проточной части компрессора. В итоге значительно снижается перепад температур на границе «лопатка - покрывной диск» и, следовательно, температурные напряжения в металле.The presence in the new centrifugal compressor of an annular chamber of cooling air formed on the impeller housing and in communication with the high-pressure cooling air supply pipe, as well as an impeller housing with openings connecting the cavity of the annular chamber of cooling air with a gap formed between the impeller housing and cover disk, allows blowing the cover disk with cold air. This eliminates the ingress of hot air from the flow of the compressor. As a result, the temperature difference at the “blade – cover disk” boundary and, consequently, the temperature stresses in the metal are significantly reduced.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен центробежный компрессор газотурбинного двигателя, его продольный разрез.The invention is illustrated in the drawing, which shows a centrifugal compressor of a gas turbine engine, its longitudinal section.
Центробежный компрессор содержит наружный корпус 1, рабочее колесо 2 закрытого типа, корпус 3 рабочего колеса, диффузор 4, спрямляющий аппарат 5. Покрывной диск 6 рабочего колеса 2 на внутренней кромке с тыльной стороны относительно проточной части рабочего колеса имеет лабиринтное уплотнение 7. Корпус 3 рабочего колеса, выполняющий также функцию корпуса уплотнения, установлен над покрывным диском 6 с образованием зазора 8. Между наружной кромкой покрывного диска 6 и корпусом 3 рабочего колеса имеется щель 9, через которую зазор 8 сообщен с проточной частью центробежного компрессора непосредственно за выходом из рабочего колеса 2. На корпусе 3 рабочего колеса сформирована кольцевая камера 10 охлаждающего воздуха: корпус 3 выполняет функцию одной из стенок кольцевой камеры 10, функцию другой стенки кольцевой камеры 10 выполняет часть корпуса диффузора 4. В корпусе 3 рабочего колеса выполнены отверстия 11, которые соединяют полость кольцевой камеры 10 охлаждающего воздуха с зазором 8. Отверстия 11 размещены напротив серединной зоны покрывного диска 6 относительно его наружной и внутренней кромок. Такое размещение отверстий является наиболее рациональным.The centrifugal compressor comprises an outer casing 1, an impeller 2 of a closed type, an impeller casing 3, a diffuser 4, a straightening device 5. The cover disk 6 of the impeller 2 has a labyrinth seal 7 on the inner edge from the rear side relative to the flow part of the impeller 7. the wheel, which also functions as a seal housing, is mounted above the cover disk 6 with the formation of a gap 8. Between the outer edge of the cover disk 6 and the impeller housing 3 there is a slot 9 through which the gap 8 is communicated with the proto the main part of the centrifugal compressor directly behind the exit of the impeller 2. An annular chamber 10 of cooling air is formed on the housing 3 of the impeller: the housing 3 performs the function of one of the walls of the annular chamber 10, the function of the other wall of the annular chamber 10 is carried out by a part of the diffuser housing 4. In the housing 3 the impeller has openings 11 that connect the cavity of the annular chamber 10 of cooling air with a gap 8. Holes 11 are located opposite the middle zone of the cover disk 6 relative to its outer and inner th edge. This arrangement of holes is the most rational.
Кольцевая камера 10 охлаждающего воздуха сообщена с трубопроводом 12 подвода охлаждающего воздуха высокого давления.The annular chamber 10 of cooling air is in communication with the pipe 12 for supplying cooling air of high pressure.
При работе центробежного компрессора охлаждающий воздух поступает по трубопроводу 12 подвода охлаждающего воздуха высокого давления в кольцевую камеру 10 охлаждающего воздуха. Через отверстия 11 он попадает в зазор 8 и, обдувая покрывной диск 6, под действием перепада давления и центробежных сил частично отводится через щель 9 в проточную часть за рабочим колесом 2, а частично под действием перепада давления через лабиринтное уплотнение просачивается на вход в рабочее колесо 2.During operation of the centrifugal compressor, the cooling air enters through the pipe 12 for supplying high pressure cooling air to the annular chamber 10 of cooling air. Through holes 11 it enters into the gap 8 and, blowing the cover disk 6, under the influence of the pressure drop and centrifugal forces is partially diverted through the slot 9 into the flowing part behind the impeller 2, and partially under the influence of the pressure difference through the labyrinth seal seeps to the entrance to the impeller 2.
Таким образом, температура покрывного диска приближается к температуре лопаток основного диска рабочего колеса. Вследствие этого уменьшаются температурные напряжения в металле на границе «лопатка - покрывной диск». При больших подогревах в рабочем колесе новая конструкция центробежного компрессора дает наилучшие результаты. Снижение риска выхода рабочего колеса из строя, увеличение его ресурса способствуют повышению надежности центробежного компрессора.Thus, the temperature of the cover disk approaches the temperature of the blades of the main disk of the impeller. As a result of this, the temperature stresses in the metal at the “blade – cover disk” boundary are reduced. With large heatings in the impeller, the new centrifugal compressor design gives the best results. Reducing the risk of impeller failure, increasing its resource contribute to increasing the reliability of a centrifugal compressor.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006116585/06A RU2330994C2 (en) | 2006-05-16 | 2006-05-16 | Centrifugal compressor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006116585/06A RU2330994C2 (en) | 2006-05-16 | 2006-05-16 | Centrifugal compressor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006116585A RU2006116585A (en) | 2007-11-27 |
RU2330994C2 true RU2330994C2 (en) | 2008-08-10 |
Family
ID=38959955
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006116585/06A RU2330994C2 (en) | 2006-05-16 | 2006-05-16 | Centrifugal compressor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2330994C2 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104520592A (en) * | 2012-06-19 | 2015-04-15 | 诺沃皮尼奥内股份有限公司 | Centrifugal compressor impeller cooling |
CN104864099A (en) * | 2015-05-14 | 2015-08-26 | 自贡兆强密封制品实业有限公司 | Combined seal system for cold gas blower |
RU2596691C2 (en) * | 2011-06-20 | 2016-09-10 | Турбомека | Method of dispersion of gas turbine engine compression stage and stage of dispersion for application |
RU2652462C2 (en) * | 2013-11-11 | 2018-04-26 | Майекава Мфг. Ко., Лтд. | Expander-integrated compressor, freezer and freezer operation method |
US10415857B2 (en) | 2015-05-01 | 2019-09-17 | Mayekawa Mfg. Co., Ltd. | Refrigerator and operation method for refrigerator |
-
2006
- 2006-05-16 RU RU2006116585/06A patent/RU2330994C2/en active
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2596691C2 (en) * | 2011-06-20 | 2016-09-10 | Турбомека | Method of dispersion of gas turbine engine compression stage and stage of dispersion for application |
CN104520592A (en) * | 2012-06-19 | 2015-04-15 | 诺沃皮尼奥内股份有限公司 | Centrifugal compressor impeller cooling |
US9829008B2 (en) | 2012-06-19 | 2017-11-28 | Nuovo Pignone Srl | Centrifugal compressor impeller cooling |
CN104520592B (en) * | 2012-06-19 | 2018-01-19 | 诺沃皮尼奥内股份有限公司 | Centrufugal compressor impeller cools down |
RU2652462C2 (en) * | 2013-11-11 | 2018-04-26 | Майекава Мфг. Ко., Лтд. | Expander-integrated compressor, freezer and freezer operation method |
US9970449B2 (en) | 2013-11-11 | 2018-05-15 | Mayekawa Mfg. Co., Ltd. | Expander-integrated compressor, refrigerator and operating method for refrigerator |
US10415857B2 (en) | 2015-05-01 | 2019-09-17 | Mayekawa Mfg. Co., Ltd. | Refrigerator and operation method for refrigerator |
CN104864099A (en) * | 2015-05-14 | 2015-08-26 | 自贡兆强密封制品实业有限公司 | Combined seal system for cold gas blower |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006116585A (en) | 2007-11-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8087249B2 (en) | Turbine cooling air from a centrifugal compressor | |
US20170248155A1 (en) | Centrifugal compressor diffuser passage boundary layer control | |
JP4157038B2 (en) | Blade cooling scoop for high pressure turbine | |
CN102251813B (en) | Shank cavity and Cooling Holes | |
CN105736481B (en) | Dust extraction element for gas-turbine unit | |
US9670785B2 (en) | Cooling assembly for a gas turbine system | |
US9017012B2 (en) | Ring segment with cooling fluid supply trench | |
CN110030045B (en) | Turbine engine with annular cavity | |
JP6399894B2 (en) | Exhaust device and gas turbine | |
RU2330994C2 (en) | Centrifugal compressor | |
CA2575682A1 (en) | Steam turbine and method for operation of a steam turbine | |
CN114000922A (en) | Engine component with cooling holes | |
US10830144B2 (en) | Gas turbine engine compressor impeller cooling air sinks | |
EP3196422B1 (en) | Exhaust frame | |
RU2519678C1 (en) | Gas turbine engine cooled turbine | |
JP2013060948A (en) | Gas turbine | |
US9810151B2 (en) | Turbine last stage rotor blade with forced driven cooling air | |
RU138296U1 (en) | GAS-TURBINE ENGINE TURBINE | |
RU2375586C1 (en) | Two-flow cylinder of steam turbine unit | |
US20060263214A1 (en) | Centrifugal impeller with forward and reverse flow paths | |
US20170226862A1 (en) | Fluid cooled rotor for a gas turbine | |
RU2303140C1 (en) | Turbine stage | |
CN114729596B (en) | Variable capacity turbocharger | |
KR20200045344A (en) | Turbine blade and gas turbine having the same | |
RU2631962C1 (en) | Double-flow cylinder of medium pressure in steam turbine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |