ЦЕНТРОБЕЖНОЕ КОЛЕСО ОТКРЫТОГО ТИПА

Полезная модель относится к центробежным рабочим колесам открытого типа лопаточных машин таких, как центробежных насосов, центробежных компрессоров и центростремительных турбин и может быть использована при создании малогабаритных колес центростремительных турбин диаметром 25…60 мм, например, в турбодетандерах установок для получения жидкого азота и центробежных компрессоров различных назначений.
Известно рабочее колесо радиальной центростремительной турбины малоразмерного ТРД, содержащее диск, на торце которого за одно целое с ним выполнены радиально расположенные плоские лопатки, ступицу в виде тела вращения, образующую криволинейные поверхности колеса между лопатками (см., например, книгу под общей редакцией доктора технических наук Д.В. Хронина "Конструирование авиационных газотурбинных двигателей", М. "Машиностроение", 1989 г., стр. 134, рис. 4.4 "б" - ротор радиальной центростремительной турбины).
К недостаткам известного технического решения можно отнести относительную сложность изготовления при малых размерах колеса диаметром от 25 мм до 60 мм, например. Это обусловлено сложностью механической обработки криволинейных поверхностей межлопаточных каналов, что требует применения многокоординатных фрезерных станков и дополнительного оборудования для улучшения качества (шероховатости) поверхности криволинейных межлопаточных каналов.
Задачей полезной модели является создание такого колеса, поверхности которого могут быть изготовлены на универсальном и широко распространенном оборудовании, что актуально при ремонте и дефиците рабочих колес в качестве запасных частей.
Поставленная задача достигается тем, что ступица и диск выполнены в виде отдельных деталей, диск со стороны лопаток выполнен с плоской поверхностью, лопатки выполнены в виде плоских ребер, расположенных перпендикулярно плоской поверхности диска, в ступице выполнены прорези, параллельные оси ступицы, в которых размещены плоские ребра, образующие лопатки, а диск и ступица прижаты и прикреплены друг к другу двумя торцами, один из которых расположен на ступице, а второй расположен на диске с лопатками.
Диск и ступица прижаты друг к другу с помощью заклепок, установленных в совместно выполненных отверстиях в диске с лопатками и ступице, которые расположены между лопатками.
На фиг. 1 представлено изображение деталей колеса в изометрии (3D-модели) в разобранном виде, а на фиг. 2 - в собранном виде, где:
1 - диск
2 - плоский торец диска
3 - ребра (лопатки)
4 - ступица
5 - криволинейная образующая
6 - основание конуса
7 - прорези
8 - торец ступицы
9 - заклепки
10 - криволинейные поверхности S - толщина ребра.
Центробежное колесо содержит диск 1 с плоским торцом 2, на котором за одно целое с диском выполнены радиально расположенные и перпендикулярные торцу 2 ребра 3, образующие лопатки с одинаковой по всей поверхности ребер толщиной "S".
Ступица 4 выполнена в виде отдельной детали, имеющей форму тела вращения в виде конуса с криволинейной 5 образующей. Основание конуса 6 обращено к диску 1. В ступице выполнены прорези 7, в которых размещаются ребра 3. Ступица выполнена с торцом 8, который установлен с упором в торец 2 диска 1 и прижаты оба торца друг к другу с помощью заклепок 9, установленных в отверстиях диска 1 и ступицы, причем отверстия расположены между ребрами 3.
Криволинейные поверхности 10 ступицы, расположенные между прорезями 7 служат для плавного разворота потоков рабочей среды в каналах между лопатками, изменяя направление потока рабочей среды от радиального примерно на 90° (до осевого).
Вершины ребер могут быть изогнуты в зависимости от того используется центробежное колесо в качестве центробежного компрессора или в качестве центростремительной турбины.
Угол и радиус изгибов ребер определяется расчетом. Предложенное колесо обладает следующим преимуществами по сравнению с известным техническим решением.
Детали сборного колеса могут быть изготовлены на универсальном оборудовании большинства неспециализированных предприятий, так например, ступицей в виде усеченного конуса с криволинейной образующей может быть изготовлен на токарно-винторезном станке, прорезы в диске могут быть изготовлены на фрезерном станке с помощью дисковой фрезы.
Контуры кромок лопаток на втором диске могут быть изготовлены на токарно-винторезном станке, после чего на круглой заготовке следуют ребра в виде перегородок. Эти ребра и будут являться лопатками. При необходимости выходные кромки лопаток могут быть изготовлены путем изгиба краев ребер по шаблону вручную.
Дело в том, что при размерах малых колес ≈ 25…60 мм в диаметре, толщина лопаток составляет 1…1,5 мм, материал колес турбодетандера - сплав алюминия или нержавеющая сталь типа 12Х18Н10Т загиб ребер потребует небольших усилий, зато запасные части, каковыми являются колеса турбодетандера можно изготовить самостоятельно, не прибегая к покупке всего агрегата, если приобрести отдельно только колеса не представляется возможным.