РАБОЧЕЕ КОЛЕСО РОТОРА ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА

Полезная модель относится к компрессорной технике, в частности к роторам высокоскоростных центробежных компрессоров и может быть использовано при проектировании и изготовлении центробежных компрессоров.
Из уровня техники известен центробежный компрессор по патенту №2109172 (опубл. 20.04.1998), содержащий корпус, размещенные в нем неподвижные элементы и ротор с рабочим колесом и установленными перед последним по ходу потока вращающимся направляющим аппаратом и (или) обтекателем, причем в ступице рабочего колеса выполнена кольцевая полость, разделяющая ступицу на внутреннее и наружное кольца и ограниченная с одной стороны кольцевой перегородкой, соединяющей внутреннее и наружное кольца ступицы, а с другой - вращающимся направляющим аппаратом или обтекателем, причем соотношение ширины кольцевой полости B и толщины H перегородки определяется неравенством: 1≅B/H≅5, где B - ширина кольцевой полости; H - толщина перегородки.
Недостатком данной конструкции является нарушение размерной цепи при сборке, а также деформация колеса.
Известен центробежный компрессор по патенту GB №1490806 (опубл. 04.12.1974), содержащий втулку, встроенную неподвижной насадкой на вал, турбинное колесо, окружающее в осевом направлении участок втулки, оставляющее радиальный просвет между ними, и эластичный кольцевой элемент, движимый выпирающей частью втулки и связанный с одной стороны с турбинным колесом для обеспечения упругой связи между втулкой и колесом.
Недостатком данной конструкции является нарушение размерной цепи при сборке, а также деформация колеса.
Наиболее близким аналогом является центробежный компрессор, описанный в книге Шнепп В.Б. «Конструкция и расчет центробежных компрессорных машин» (М., Машиностроение, 1995, с.39, рис.1.23), рабочее колесо ротора которого состоит из основного и покрывного дисков и размещенных между ними лопаток. Опорные поверхности ступицы основного диска разделены кольцевой проточкой, которая облегчает посадку колеса на вал в горячем состоянии. Ступица имеет две цилиндрические опорные поверхности. При сборке ротора, в состав которого входит колесо, оно устанавливается на вал с натягом, обеспеченным нагревом его ступицы. При этом должен быть обеспечен осевой зазор между ступицей и буртиком вала. Это положение обеспечивает конструктивную жесткость ротора и определяет место колеса на валу.
Недостатком данной конструкции является то, что при посадке рабочего колеса на вал ротора в горячем состоянии происходит смещение рабочего колеса, нарушается размерная цепь, осевой зазор между ступицей и буртиком вала ротора увеличивается непрогнозируемо.
Предлагаемой полезной моделью решается задача обеспечения гарантированного осевого зазора между ступицей и буртиком вала.
Технический результат заключается в повышении точности сборки ротора за счет гарантированной минимизацией зазора между ступицей колеса и буртиком вала.
Для достижения указанного технического результата центробежный компрессор содержит корпус, размещенные в нем неподвижные элементы и ротор с рабочим колесом, в центральной части ступицы которого выполнена кольцевая проточка, разделяющая цилиндрические опоры, причём в ступице рабочего колеса проточка выполнена кольцевой фигурной, при этом соотношение толщин частей рабочего колеса, примыкающих к передней и задней опорам не менее, чем два к одному, а полость кольцевой фигурной проточки соединена с внешней средой несколькими симметрично распределенными по окружности отверстиями.
Благодаря наличию этих признаков в предлагаемой конструкции не происходит смещение колеса, в результате чего неизбежно нарушалась размерная цепь.
Авторами было выявлено, что при установке ступицы на вал ротора она неравномерно остывает, а это приводит к первоочередному схватыванию вала и задней цилиндрической опорной поверхности и непрогнозируемому увеличению осевого зазора. Для обеспечения точности сборки ротора в предлагаемой конструкции авторами предложено изменение конструкции ступицы рабочего колеса.
Предлагаемая конструкция иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-3.
На фиг.1 показан общий вид колеса центробежного компрессора.
На фиг.2 показана конструкция колеса прототипа.
На фиг.3 показана предлагаемая конструкция колеса.
Центробежный компрессор, содержит корпус, размещенные в нем неподвижные элементы и ротор 1 с рабочим колесом 2, основной диск 3, покрывной диск 4, ступицу рабочего колеса 5, лопатки ротора 6. В центральной части ступицы рабочего колеса 5 выполнена кольцевая проточка, разделяющая цилиндрические опоры переднюю цилиндрическую опору 7 и заднюю цилиндрическую опору 8. Проточка в ступице рабочего колеса выполнена кольцевой фигурной 9, при этом соотношение толщин частей рабочего колеса, примыкающих к передней «Б» и задней «А» опорам не менее чем два к одному. Полость кольцевой фигурной проточки 9 соединена с внешней средой несколькими симметрично распределенными по окружности отверстиями.
При сборке на вал ротора 1 устанавливается рабочее колесо 2. При этом ступица 5 рабочего колеса 2 упирается в буртик вала ротора 1. При охлаждении основного диска 3 задняя цилиндрическая опора 8 охлаждается быстрее передней цилиндрической опоры 7 благодаря наличию кольцевого фигурного паза, полость которого соединена несколькими отверстиями 10 с внешней средой. Опережающее схватывание задней цилиндрической опоры 8 и вала ротора 1 обусловлено тем, что тепловой поток направляемый к ней по более тонкому участку основного диска к ступице значительно слабее.
Авторами было выявлено, что при толщине частей рабочего колеса, примыкающих к передней и задней опорам менее чем два к одному не обеспечивается гарантированная минимизация зазора между ступицей колеса и буртиком вала.
Таким образом, использование полезной модели обеспечивает повышение точности сборки ротора за счет гарантированной минимизацией зазора между ступицей колеса и буртиком вала.