ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОМПРЕССОР
CENTRIFUGAL COMPRESSOR

Заявляемое решение относится к компрессоростроению, в частности к центробежным компрессорам, и наиболее эффективно может быть использовано в центробежных компрессорах высокого давления.
Известен центробежный компрессор, содержащий установленный в корпусе вал с рабочими колесами, диск думмиса и охватывающую его думмисную втулку (патент РФ №2289729 C1 F04D 29/051, F04D 29/66, F04D 29/42, опубл. 20.12.2006 г.) - аналог.
Недостатком известного решения, особенно при высоких выходных давлениях, например выше 5,5 МПа, является наличие существенных утечек через зазор, образованный гладким лабиринтным уплотнением думмисной втулки и наружной цилиндрической поверхностью думмиса, что приводит к повышению объемных потерь и снижению КПД всего центробежного компрессора.
Известен центробежный компрессор, содержащий установленный в корпусе вал с рабочими колесами, снабженный лопатками диск думмиса со ступенчатой наружной поверхностью и охватывающую его ступенчатую втулку (А.С. СССР №1469210, F04D 29/08, БИ №12 за 1989 г.) - аналог.
Недостатком данного решения является низкий КПД центробежного компрессора. Это объясняется тем, что лопатки, выполненные в ступенчатом думмисе снижают величину утечки части потока газа, сжатого в центробежном компрессоре через ступенчатый зазор уплотнения думмиса, за счет увеличения работы сжатия и потребляемой мощности центробежного компрессора. Увеличение потребляемой мощности центробежного компрессора обусловлено интенсивной турболизацией потока в зоне вращения лопатки, которая и препятствует утечке газа. При этом КПД центробежного компрессора снижается на величину, равную дополнительной величине затраченной работы, за счет которой и обеспечивается интенсивность турбулизации потока в зоне вращения лопатки ступенчатого думмиса. Указанная турбулизация потока повышает суммарные потери на трение центробежного компрессора и тем самым снижает его КПД.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение КПД путем уменьшения объемных потерь и затраченной работы сжатия центробежного компрессора.
Указанный технический результат достигается тем, что в центробежном компрессоре, содержащем установленный в корпусе вал с рабочими колесами, диск думмиса, наружная поверхность которого выполнена ступенчатой, и охватывающую его втулку думмиса, наружная поверхность диска думмиса выполнена цилиндрической, состоящей из участков различных диаметров, с образованием на наружной цилиндрической поверхности диска думмиса выступа, а на внутренней поверхности втулки думмиса размещены лабиринтные гребешки и выполнена проточка, ответная выступу диска думмиса.
Центробежный компрессор, характеризующийся тем, что выступ диска и проточка втулки могут быть выполнены с торцевой стороны, обращенной к рабочему колесу.
Центробежный компрессор, характеризующийся тем, что в проточке может быть установлено кольцо из упругого материала.
Центробежный компрессор, в котором цилиндрическая поверхность проточки втулки может быть выполнена с истираемым покрытием.
Центробежный компрессор, в котором высота цилиндрического выступа диска думмиса может превышать на 10-15% высоту лабиринтного гребешка втулки.
Центробежный компрессор, в котором выступ и проточка могут быть расположены между лабиринтными гребешками, при этом втулка выполнена разъемной.
Центробежный компрессор, в котором длина проточки превышает длину выступа, например длина проточки составляет от 1,15 до 1,3 длины цилиндрического выступа.
Сущность заявляемого решения поясняется чертежами двух предпочтительных, но не единственных вариантов осуществления, приведенных на фиг.1-3, где на фиг.1 изображен продольный (меридиональный) разрез, на фиг.2 - увеличенный вид I фиг.1 в случае, когда выступ и проточка расположены между лабиринтными гребешками, на фиг.3 - увеличенный вид I фиг.1 в случае, когда выступ диска и проточка втулки выполнены с торцевой стороны, обращенной к рабочему колесу.
Центробежный компрессор содержит корпус 1, в котором установлены вал 2 с рабочими колесами 3, 4, 5, 6 и 7, диск думмиса 8 со ступенчатой, цилиндрической наружной поверхностью 9, на которой выполнен цилиндрический выступ 10 и втулку 11 думмиса 8, с расположенными на внутренней поверхности 12 лабиринтными гребешками 13, между которыми выполнена проточка 14, ответная цилиндрическому выступу 10 диска думмиса 8. В проточке 14 втулки думмиса установлено кольцо 15 из упругого материала. Центробежный компрессор содержит всасывающую камеру 16, сборную камеру 17 и задуммисную полость 18, которая соединена трубопроводом 19 с всасывающей камерой 16.
Заявляемая конструкция центробежного компрессора обеспечивает существенное снижение утечки части потока газа через уплотнение думмиса за счет уменьшения величины радиального зазора δ между цилиндрическим выступом наружной поверхности диска думмиса 8 и кольцом 15 из упругого материала, установленным в проточке внутренней поверхности втулки 11 думмиса 8. Например, оптимальное уменьшение величины радиального зазора δ достигается при выходе центробежного компрессора на номинальную частоту вращения его ротора, за счет действия центробежных сил и теплового расширения, увеличивающих диаметр цилиндрического выступа диска думмиса 8. Причем когда ротор центробежного компрессора не вращается, величина зазора 8 меньше, чем величина зазора δ между наружной цилиндрической поверхностью диска думмиса 8 и лабиринтными гребешками внутренней поверхности втулки 11 думмиса 8. При этом величина зазора s определяется таким образом, чтобы при выходе центробежного компрессора на номинальную частоту вращения его ротора не было касания и смятия лабиринтных гребешков при переходе критических частот вращения. К тому же величина виброперемещения ротора не должна превысить величину выбранного зазора s. Конструктивное исполнение цилиндрического выступа диска думмиса и установленного в проточке внутренней поверхности втулки 11 думмиса 8 кольца 15 из упругого материала позволит без смятия производить выход центробежного компрессора на номинальный режим. При прохождении ротором критической частоты вращения величина виброперемещения, превышающая величину радиального зазора, будет компенсироваться упругостью материала кольца. Материал кольца 15 выбирается в каждом конкретном случае, исходя из вышеизложенных условий.
Заявляемое устройство работает следующим образом. Поток рабочей среды (газа), поступая из всасывающей камеры 16, сжимается последовательно рабочими колесами 3, 4, 5, 6 и 7 и направляется в сборную камеру 17. При этом часть основного потока газа вследствие утечки через зазоры между цилиндрической наружной поверхностью 9 диска думмиса 8 и внутренней поверхностью 12 с лабиринтными гребешками 13 втулки 11 думмиса 8 и между цилиндрическим выступом 10 и кольцом 15 из упругого материала проточки 14 поступает в задуммисную полость 18 и далее по трубе 19 во всасывающую камеру 16. При выходе центробежного компрессора на номинальную частоту вращения выступ 10 диска думмиса 8 под воздействием центробежных сил и тепловой деформации приближается к кольцу 15 из упругого материала с образованием минимально возможного зазора. При этом утечки газа, поступающие в задуммисную полость 18 через зазор между цилиндрическим выступом 10 и кольцом 15 из упругого материала проточки 14, уменьшаются и становятся близкими к нулю.
Существенное снижение утечки газа в задуммисную полость 18 позволяет снизить объемные потери и затрачиваемую работу сжатия центробежного компрессора и тем самым повысить его КПД, т.е. заявленная в данном решении совокупность признаков обеспечивает достижение заявленного технического результата.