РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ВИХРЕВОГО КОМПРЕССОРА

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей и нефтегазоперерабатывающей отрасли промышленности, а именно к компрессорным установкам. Компрессорная установка может быть использована для постоянной подачи газа на сухие газодинамические уплотнения на всех режимах работы газоперекачивающего агрегата.
Известна бустерная компрессорная установка ВК-8/12-11 разработки и изготовления ООО «К.Т.Р. ИНЖИНИРИНГ» (https://ktre.ru/products/?PAGEN_1=2), обеспечивающая положительный перепад давления на процессном лабиринтном уплотнении перед узлами СГУ при давлении в системе буферного газа недостаточном для поддержания положительного перепада.
Известно рабочее колесо для центробежного насоса (RU 2417331, опубл. 27.04.2011 Бюл. № 12), которое включает верхнюю пластину, нижнюю пластину и множество лопастей, расположенных между верхней и нижней пластинами. Ряд лопастей выпускают текучую среду под выходным углом. Рабочее колесо содержит балансировочные отверстия, расположенные между лопастями. Недостатком данного колеса является сложность конструкции и высокая материалоемкость.
Наиболее близким по технической сущности является ступень погружного многоступенчатого насоса (патент RU 133215, 10.10.2013 Бюл. № 28), состоящая из направляющего аппарата и рабочего колеса открытого типа, имеющего втулку с закрепленным ведущим диском, на нижней стороне которого размещены профильные рабочие лопасти, а на верхней стороне ведущего диска по периферии - прямолинейные вихревые лопасти. Вихревые лопасти выполнены с радиальным размером, составляющим не менее 2/3 радиуса ведущего диска колеса и обеспечивающим компенсацию осевой силы, действующей на рабочее колесо. Недостатком данного технического решения является недостаточно высокие рабочие параметры.
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является разработка рабочего колеса с повышенными рабочими параметрами.
Данная задача решается за счет того, что рабочее колесо вихревого компрессора содержит диск и расположенные на ободе лопатки, лопатки выполнены с изогнутым профилем с поперечной перегородкой, при этом лопатка от корня до середины имеет прямолинейную форму, а от середины до периферии изогнутою в сторону вращения, а между лопатками в поперечном направлении по всей высоте лопатки расположена перегородка, полностью разделяющая межлопаточное пространство на две одинаковые части.
Техническим результатом, обеспечиваемый совокупностью существенных признаков заявленной полезной модели, является улучшение рабочих параметров, в том числе напор и производительность.
Компрессорная установка состоит из проточных частей установки, электродвигателя, магнитной муфты с изоляционным кожухом, смонтированных на раме. Проточные части компрессорной установки представляют собой корпус наружный с установленным в него модулем. Модуль включает в себя ротор и подшипники качения в собственных корпусах. Ротор проточной части компрессорной установки приводится в движение электродвигателем асинхронным трехфазным короткозамкнутым. Соединение валов обеспечивается муфтой магнитной с защитным экраном.
Ротор проточной части компрессорной установки работает в газовой среде с рабочим давлением всасывания, ротор привода работает в воздушной среде. Роторы разграничены внутренним защитным экраном муфты магнитной. Снаружи муфта закрыта кожухом наружным, который крепится к корпусам проточной части компрессорной установки и привода.
Расположение осей роторов проточной части компрессорной установки и привода вертикальное. Привод устанавливается на наружный кожух муфты, кожух крепится на крышке проточной части компрессорной установки.
Работа компрессорной установки заключается в повышении давления газа. После пуска компрессорной установки, газ попадает в проточную часть компрессорной установки, где на выходе получает приращение энергии от вращения рабочего колеса ротора.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 вид сверху рабочего колеса
на фиг.2 вид сбоку и в разрезе рабочего колеса
на фиг.3 увеличенный вид части рабочего колеса.
Рабочее колесо вихревого компрессора содержит диск и расположенные на ободе лопатки 1. Лопатки выполнены едиными с диском. Вихревые лопатки выполнены с изогнутым профилем с поперечной перегородкой. Вихревая лопатка имеет следующее строение: от корня до середины профиль имеет прямолинейную форму, а от середины до периферии изогнутою в сторону вращения. Между лопатками в поперечном направлении по всей высоте лопатки расположена перегородка, полностью разделяющая межлопаточное пространство на две одинаковые части.
Рабочее колесо закреплено на валу, которое приводится в движение через магнитную муфту. Рабочее колесо крепится на валу с помощью призматической шпонки и гайки крепежной. В ступице 2 рабочего колеса выполнен шпоночный паз для передачи крутящего момента. На диске рабочего колеса имеются четыре отверстия 3 для уменьшения массы и экономии материала. Отверстия равномерно расположены по окружности и имеют диаметр отверстий 30÷40 мм.
Угол между плоскостями лопаток равен 9° и соответствует количеству лопаток - 40 шт., данный размер неизменный для компрессорной установки.
Угол наклона лопаток равен 15°, что обеспечивает получение давления на выходе до 16 МПа при скорости вращения ротора 3000 об/мин.
При работе рабочего колеса газ, проходя через межлопаточное пространство, преобразует кинетическую энергию движения в потенциальную энергию давления (в первом приближении рабочий процесс в ступени вихревого компрессора можно считать аналогичным процессу в центробежном компрессоре с многократной циркуляцией сжимаемого газа через рабочее колесо и неподвижные элементы ступени). Эффективность такого преобразования определяется геометрией вихревой ступени. Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет преобразовывать кинетическую энергию газа в потенциальную с меньшими потерями, что связано с улучшением потока газа в вихревой ступени, за счёт чего рабочее колесо имеет более высокий КПД.
Ниже в таблице 1 представлено сравнение параметров компрессорной установки с использованием заявляемого рабочего колеса с параметрами известной на рынке компрессорной установки.
Таблица 1 - Сравнение параметров
Наименование параметра
Компрессорная установка с заявляемым рабочим колесом
Компрессорная установка ООО «К.Т.Р. ИНЖИНИРИНГ»
Начальное давление газа, МПа
до 16
от 3до 12
Конечное давление газа, МПа
на 0,2…0,5 выше входного давления газа
на 0,2…0,32 выше входного давления газа
Скорость вращения ротора, об/мин
3000
0…4500
Потребляемая мощность, кВт
до 7,5
≤12
Производительность, н.м<sup>3</sup>/час
до 590
0…2000
Таким образом, заявленное техническое решение имеет форму рабочего колеса более эффективную за счет того, что при работе компрессорной установки позволяет получить наилучшие рабочие параметры (таблица 1).