ЛОПАТОЧНЫЙ ДИФФУЗОР ЦЕНТРОБЕЖНОЙ МАШИНЫ
BLADE DIFFUSER OF CENTRIFUGAL MACHINE

Изобретение относится к энергетическим турбомашинам и может использоваться в лопаточных диффузорах центробежных компрессоров, нагнетателей, вентиляторов и насосов.
Известны лопаточные диффузоры, в которых выходной угол лопаток задается в зависимости от входного угла лопаток, а именно принимается больше последнего на 5…20° (с.160 в книге Селезнева К.П. и Галеркина Ю.Б. Центробежные компрессоры. Ленинград, Машиностроение, 1982). Недостатком таких диффузоров является большая неопределенность выходного угла лопаток: абсолютный диапазон этого угла составляет 15°, а относительный диапазон 68% (при среднестатистическом входном угле лопаток 17°).
Отмеченный недостаток частично устранен в лопаточных диффузорах, имеющих меньший рекомендуемый диапазон выходного угла лопаток. Известный лопаточный диффузор центробежной турбомашины (SU 1134795 A1, 15.01.1985) содержит торцевые стенки и расположенные между ними лопатки. Выходной угол лопаток составляет 90…100°, то есть абсолютный диапазон этого угла равен 10°, а относительный 9%.
Недостаток известного лопаточного диффузора заключается в повышенных потерях напора рабочей среды в диффузоре. Причина повышенных потерь - неоптимальность выходного угла лопаток, не обеспечивающего отсутствие поперечной неравномерности скорости рабочей среды в межлопаточных каналах.
Задачей настоящего изобретения является уменьшение потерь напора в лопаточном диффузоре путем задания такого выходного угла лопаток, который обеспечивает отсутствие поперечной неравномерности скорости рабочей среды в межлопаточных каналах.
вых
Технический результат достигается тем, что в известном лопаточном диффузоре центробежной турбомашины, содержащем торцевые стенки и расположенные между ними лопатки, согласно изобретению выходной угол α лопаток определяется из уравнения ,
в котором
вых
R - выходной радиус диффузора;
вx
R - входной радиус диффузора;
вх
b - входная ширина диффузора;
вых
b - выходная ширина диффузора;
вх
α - входной угол лопаток.
вых
вx
вх
вых
вх
Данное изобретение в отличие от известных технических решений определяет выходной угол лопаток однозначно и учитывает зависимость этого угла от трех параметров диффузоров (R/R, b/b и α).
На фиг.1 изображен лопаточный диффузор центробежной турбомашины, меридиональный разрез; на фиг.2 - радиальный разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1 при лопатках, не оказывающих воздействия на поток рабочей среды; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.1 при нулевом угле изогнутости лопаток.
вых
Лопаточный диффузор содержит торцевые стенки 1, 2 и расположенные между ними лопатки 3. Лопатки 3 изображены непрофилированными, но могут быть и профилированными, причем по любому закону. Лопатки 3 и торцевые стенки 1, 2 образуют диффузорные межлопаточные каналы 4. Выходной угол α лопаток 3 соответствует изобретению.
Лопаточный диффузор работает следующим образом.
Рабочая среда движется по межлопаточным каналам 4 в направлении от входной окружности 5 к выходной окружности 6. При этом, поскольку межлопаточные каналы 4 диффузорные, кинетическая энергия рабочей среды уменьшается, а давление рабочей среды в соответствии с законом Бернулли увеличивается. Движение среды по межлопаточным каналам 4 сопровождается потерями напора вследствие трения рабочей среды о лопатки 3 и внутренние поверхности 7 и 8 торцевых стенок 1 и 2.
вых
Потери напора тем меньше, чем меньше поперечная неравномерность скорости рабочей среды в межлопаточных каналах 4. Благодаря тому что выходной угол α лопаток 3 соответствует изобретению, поперечной неравномерности скорости рабочей среды в межлопаточных каналах 4 нет. Этим обеспечивается минимум потерь напора. То, что изобретение обеспечивает отсутствие поперечной неравномерности скорости, объясняется следующим.
вых
вых
Характер изменения скорости рабочей среды поперек межлопаточного канала лопаточного диффузора зависит от двух факторов: а) от угла изогнутости межлопаточного канала, или, что то же самое, от угла и изогнутости лопаток; б) от разности (α -), где  - поточный угол на выходе из диффузора, соответствующий таким лопаткам, которые не оказывают воздействия на поток рабочей среды, то есть соответствует отсутствию лопаток. При этом согласно общеизвестным данным гидравлики и промышленной аэродинамики угол и обусловливает увеличение скорости рабочей среды поперек канала в направлении к центру кривизны канала (фиг.3). Согласно данным исследований лопаточных диффузоров разность (α -) обусловливает увеличение скорости в противоположном направлении (фиг.4). Отсюда следует условие отсутствия поперечной неравномерности скорости рабочей среды в межлопаточных каналах лопаточного диффузора:
На основании формулы 3.42 в книге Рис В.Ф. Центробежные компрессорные машины. Ленинград, Машиностроение, 1982
и, следовательно, (1) приобретает вид
Фигурирующий здесь угол υ, не являясь свободным параметром диффузора зависит от других его параметров. Связь с независимыми параметрами диффузора можно установить по фиг.2.
Из треугольника ОВС по теореме синусов
Из фиг.2:
вых
OC=R
вх
OB=R
вх
вх
о
β=δ+α=90-0.5υ+α
вых
вых
о
γ=δ-α=90-0.5υ-α
Подставляя эти равенства в (3), имеем
Из (2)
Подстановка
этого выражения в (4) и элементарные алгебраические преобразования дают уравнение
,
которое и фигурирует в изобретении.