ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОМПРЕССОР

Полезная модель относится к области компрессоростроения, и может быть использована в центробежных компрессорах с электродвигателем, в которых ротор установлен на магнитных подшипниках, а в качестве концевых уплотнений использованы сухие газодинамические уплотнения.
Известна конструкция центробежного компрессора, (см., например, свидетельство №20777 на полезную модель «Центробежный компрессор») преимущественно двухступенчатого, содержащего неразъемный корпус, снабженный торцовой крышкой с центральным отверстием и расположенные в корпусе статор, включающий диафрагму всасывающую, обратный направляющий аппарат, безлопаточные диффузоры с размещенными между ними диафрагмами, и ротор с валом и двумя рабочими колесами, имеющими лопатки, установленный на опорных подшипниках, требующих масляной смазки. При этом в качестве концевых уплотнений используются масляные уплотнения, а это также требует наличие масляного аккумулятора и с точки зрения эксплуатации ведет к повышению опасности возникновения пожара
Известна также конструкция центробежного компрессора (см., например, статью С.Н.Самсонов и др. «Новые разработки ОАО «Компрессорный комплекс» для газовой и нефтегазовой отраслей». Труды одиннадцатого международного симпозиума «Потребители-производители компрессоров и компрессорного оборудования - 2005», Санкт-Петербург, издательство СпбГПУ, 2005 г., стр.26-30), содержащего неразъемный корпус, снабженный торцовой крышкой с центральным отверстием и расположенные в корпусе статор, включающий диафрагму всасывающую, обратный направляющий аппарат с лопатками, безлопаточные диффузоры с размещенными между
ними диафрагмами, и ротор с валом и двумя рабочими колесами первой и второй ступеней, имеющими лопатки, установленный на магнитных подшипниках: на двух опорных и одном упорном. В качестве концевых уплотнений использованы сухие газодинамические уплотнения.
Ближайшим аналогом заявляемой полезной модели является конструкция, приведенная в статье С.Н.Самсонова и др. «Новые разработки ОАО «Компрессорный комплекс» для газовой и нефтегазовой отраслей». Труды одиннадцатого международного симпозиума «Потребители-производители компрессоров и компрессорного оборудования-2005», Санкт-Петербург, издательство СпбГПУ, 2005 г., стр.26-30). Однако данных о значениях параметров элементов проточной части центробежного компрессора, обеспечивающих требуемые значения коэффициента полезного действия, которые свидетельствуют о потерях энергии сжатия, в указанной публикации не приводятся.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель состоит в снижении потерь энергии сжатия за счет более оптимального обтекания потоком элементов проточной части центробежного компрессора, что позволяет получить требуемые значения коэффициента полезного действия.
Для достижения указанного технического результата в центробежном компрессоре преимущественно двухступенчатом, содержащем снабженный торцовой крышкой с центральным отверстием неразъемный корпус, внутри которого расположены образующие проточную часть элементы в виде статора, включающего диафрагму всасывающую, обратный направляющий аппарат с лопатками, безлопаточные диффузоры с размещенными между ними диафрагмами, и ротора с валом и двумя, имеющими лопатки рабочими колесами первой и второй ступеней, установленного на магнитных подшипниках, а именно: на двух опорных и одном упорном, причем первый опорный подшипник, расположен со стороны привода компрессора, и использующем в качестве концевых уплотнений сухие газодинамические уплотнения, соотношения элементов проточной части и соотношения размеров, определяющих место установки опорных магнитных подшипников, связаны зависимостями, при которых:
1
2
d/D выбрано в интервале от 0,33 до 0,36,
2
2
d/D выбрано в интервале от 0,37 до 0,40,
z
δ/D выбрано в интервале от 0,01 до 0,013,
4
2
5
2
D/D=D/D выбрано в интервале от 1,7 до 1,8,
1
I/I выбрано в интервале от 0,4 до 0,5,
2
I/I выбрано в интервале от 0,3 до 0,5,
1
где: d - диаметр вала при входе в рабочее колесо первой ступени;
2
d - диаметр вала при входе в рабочее колесо второй ступени;
δ - толщина лопаток рабочих колес первой и второй ступеней;
2
D - диаметр безлопаточного диффузора на входе;
4
D - диаметр безлопаточного диффузора на выходе;
5
D - диаметр на входе в лопатки обратного направляющего аппарата;
I - расстояние между осями опорных магнитных подшипников;
1
I - расстояние от оси первого опорного магнитного подшипника, расположенного со стороны привода компрессора до оси рабочего колеса первой ступени;
2
I - расстояние от оси второго опорного магнитного подшипника, до оси рабочего колеса второй ступени.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели является приведение указанных выше соотношений элементов проточной части и соотношений размеров, определяющих место установки опорных магнитных подшипников.
Причинно-следственная связь между указанными существенными признаками и техническим результатом заключается в том, что на снижение потерь энергии сжатия в центробежном компрессоре существенно влияет состояние его проточной части, параметры ее элементов и их расположения, которые обуславливают процесс протекание потока. Наиболее оптимальное соотношение этих параметров приводит к снижению потерь сжатия, что в свою очередь позволяет получить требуемые значения коэффициента полезного действия.
На фиг.1 представлен продольный разрез центробежного компрессора; на фиг.2 - сечение рабочего колеса первой ступени по лопатке; на фиг.3 - сечение рабочего колеса второй ступени по лопатке.
Центробежный компрессор содержит неразъемный корпус 1, снабженный торцовой крышкой 2 с центральным отверстием 3, внутри
которого расположены образующие проточную часть элементы в виде статора, включающего диафрагму всасывающую 4, лопатки 5 обратного направляющего аппарата, безлопаточные диффузоры 6 и 7 с размещенными между ними диафрагмами 4, 8 и 9 и установленного на магнитных подшипниках, а именно: на двух опорных 10 и 11 и одном упорном 12, причем первый опорный подшипник 10, расположен со стороны привода компрессора (на фиг. не показан), ротора с валом 13 с двумя рабочими колесами 14 и 15, имеющими лопатки 16 и 17 толщиной δ. В качестве концевых уплотнений используются сухие газодинамические уплотнения 18. При этом соотношения элементов проточной части и соотношения размеров, определяющих место установки опорных магнитных подшипников 10 и 11 связаны зависимостями, при которых:
1
2
d/D выбрано в интервале от 0,33 до 0,36,
2
2
d/D выбрано в интервале от 0,37 до 0,40,
2
δ/D выбрано в интервале от 0,01 до 0,013,
4
2
5
2
D/D=D/D выбрано в интервале от 1,7 до 1,8,
1
I/I выбрано в интервале от 0,4 до 0,5,
2
I/I выбрано в интервале от 0,3 до 0,5,
1
где: d - диаметр вала 13 при входе в рабочее колесо 14 первой ступени;
2
d - диаметр вала 13 при входе в рабочее колесо 15 второй ступени;
δ - толщина лопаток 16 и 17 рабочих колес 14 и 15 первой и второй ступеней;
2
D - диаметр безлопаточного диффузора 6 и 7 на входе;
4
D - диаметр безлопаточного диффузора 6 и 7 на выходе;
5
D - диаметр на входе в лопатки 5 обратного направляющего аппарата;
I - расстояние между осями опорных магнитных подшипников 10 и 11;
1
I - расстояние от оси первого опорного магнитного подшипника 10, расположенного со стороны привода компрессора до оси рабочего колеса 14 первой ступени;
2
I - расстояние от оси второго опорного магнитного подшипника 11, до оси рабочего колеса 15 второй ступени.
Информация о магнитных подшипниках, на которых устанавливается ротор в предлагаемом центробежном компрессоре, может быть получена,
например, из проспекта «Электромагнитные подшипники-ВНИИЭМ», М. 1997 г., а о сухих газодинамических уплотнениях из проспекта «Сухие газовые уплотнения для турбокомпрессоров и насосов. Проспект НПФ «Грейс-инжиниринг», 1997 г.
Работу центробежного компрессора, имеющего указанные соотношения конструкции проточной части подтверждают экспериментальные данные приведенные в таблице 1, где указаны 4 варианта соотношения элементов проточной части и соотношение размеров, определяющих место установки опорных магнитных подшипников, параметры работы компрессора при каждом из вариантов и полученные значения политропного КПД для каждого из вариантов. При этом требуемые значения политропного КПД 0,86-0,85 были получены в тех вариантах, когда соотношения элементов проточной части и соотношения размеров, определяющих место установки опорных магнитных подшипников, были выбраны в диапазоне, указанном в предлагаемой заявке.
Таблица 1
Соотношение элементов проточной части и соотношение размеров, определяющих место установки опорных магнитных подшипников
Производительность объемная, отнесенная к 20°С и О.1013 Мпа.млн.м<sup>3</sup>/сут
Давление газа конечное, абсолютное, на выходе из нагнетателя, Мпа
Степень сжатия
Политропный КПД
Показатели
1в.
2в.
3в.
4в.
1в.
2в.
3в.
4в.
1в.
2в.
3в.
4в.
1в.
2в.
3в.
4в.
1в.
2в.
3в.
4в.
d<sub>1</sub>/D<sub>2</sub>
0,33
0,348
0,33
0,41
13,5
13,5
13,5
13,5
5,49
5,49
5,49
5,49
1,39
1,39
1,39
1,39
0,86
0,86
0,85
0,83
D<sub>2</sub>/D<sub>2</sub>
0,37
0,383
0,37
0,42
δ/D<sub>2</sub>
0,01
0,011
0,01
0,12
D<sub>4</sub>/D<sub>2</sub>=D<sub>5</sub>/D<sub>2</sub>
1,7
1,739
1,8
1,9
I<sub>1</sub>/I
0,4
0,436
0,5
0,6
L<sub>2</sub>/I
0,3
0,395
0,5
0,6