РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА

Заявленное техническое решение относится к области компрессоростроения, а именно к рабочим колесам осерадиальных центробежных компрессоров, и может быть использовано в конструкциях одно- или многоступенчатых центробежных компрессоров высокоэффективных газотурбинных двигателей, а также в агрегатах наддува поршневых двигателей.
Известны радиальные рабочие колеса центробежных компрессоров, содержащие чередующиеся основные лопатки и расположенные между ними укороченные дополнительные лопатки (а.с. №817320, приоритет 15.11.1978 г., МКИ F04D 29/28). Особенностью этого колеса является то, что дополнительные лопатки короче основных лопаток и смещены относительно последних в сторону выхода из колеса.
Такие колеса имеют меньший напор, чем у осерадиальных колес из-за отсутствия оседиагональной части. Наличие вращающегося покрывного диска увеличивает эффективность работы компрессора, однако следует отметить, что диапазон устойчивой работы таких компрессоров также недостаточен.
Известна центробежная ступень компрессора (патент на изобретение №2132002, приоритет 16.12.1997, МПК F04D 17/08, F04D 29/28), содержащая рабочее колесо с покрывающим диском, радиальным расположением лопаток, осевым входом потока, углами входа лопаток 30°-40°, углами выхода лопаток 30°-35°, и вращающийся направляющий аппарат (ВНА) с лопатками, установленными в осевой части ступени между покрывающим диском и втулкой. Причем лопатки ВНА имеют в разных сечениях по высоте одинаковые соответственные углы наклона между средней линией лопатки и окружным направлением на входе и выходе из ВНА и устанавливаются по выходным кромкам на границе криволинейного безлопаточного участка колеса.
Такие колеса имеют большой напор и высокую эффективность работы, однако диапазон работы такого компрессора недостаточен вследствие образования завихрений из-за наличия углов атаки потока на лопатки на некоторых режимах работы. Однако следует отметить, что такие колеса имеют очень сложную технологию изготовления, что делает их очень дорогими, в машиностроении их практически не применяют.
Наиболее близким к заявленному техническому решению по совокупности существенных признаков является рабочее колесо турбокомпрессора (патент на полезную модель №103148, приоритет 23.06.2010, МПК F04D 29/44), состоящее из входной оседиагональной и выходной центробежной частей, которые выполнены в виде дисков с изогнутыми рабочими лопатками по типу «блиск», причем лопатки оседиагональной части смещены относительно лопаток центробежной части в окружном направлении. При этом в проекции на меридиональную плоскость выходные кромки лопаток оседиагональной части пересекаются с входными кромками лопаток центробежной части, а конструктивные углы выходных кромок лопаток оседиагональной части выполнены отличными от конструктивных углов входных кромок лопаток центробежной части.
Такие колеса имеют высокую эффективность и высокое значение напора, что уменьшает диапазон работы компрессора.
Технический результат заявленного технического решения направлен на расширение диапазона устойчивой работы центробежного компрессора.
Указанный технический результат достигается тем, что в рабочем колесе компрессора, состоящем из входной оседиагональной и выходной центробежной частей, которые выполнены в виде дисков с изогнутыми рабочими лопатками, причем в проекции на меридиональную плоскость выходные кромки лопаток оседиагональной части пересекаются с входными кромками лопаток центробежной части, максимальное перекрытие на периферии лопаток в осевом направлении, составляет 0,2-0,5 от осевой длины проточной части рабочего колеса, у основания лопаток оседиагональной и центробежной частей колеса перекрытие отсутствует, при этом межлопаточный канал между вогнутой поверхностью лопаток оседиагональной части и выпуклой поверхностью лопаток центробежной части в местах перекрытия эквидистантен и имеет ширину на входе на периферии 0,1-0,2 шага межлопаточного канала ряда лопаток оседиагональной части. Кроме того лопатки центробежной части имеют два ряда чередующихся лопаток разной длины, причем ряд коротких лопаток находится на некотором расстоянии от места перекрытия лопаток оседиагональной и центробежной частей колеса.
Расширение диапазона устойчивой работы компрессора достигается за счет оптимального расположения лопаток оседиагональной и центробежной частей колеса относительно друг друга, позволяющего получить в местах перекрытия их профилей улучшение течения рабочего тела на участке повышенной аэродинамической нагрузки, приводящей к срыву потока в колесе.
Заявленное техническое решение поясняется чертежами, где:
на фиг. 1-2 показан пример конкретного выполнения, который иллюстрирует сущность заявляемого технического решения, возможность технической реализации и достижение заявляемого технического результата;
на фиг. 1 показаны оседиагональная и центробежная части рабочего колеса в проекции на меридиональную плоскость;
на фиг. 2 схематично изображена установка решетки профилей вращающегося направляющего аппарата (ВНА) и двухрядной решетки колеса с перекрытием профилей на периферийном сечении меридионального контура.
Рабочее колесо центробежного осерадиального компрессора состоит из вращающегося направляющего аппарата 2 с лопатками 3, входные участки которых обеспечивают безотрывное обтекание на входе и колесо 1 с двухрядной или однорядной решеткой профилей 4, 8. Прямолинейные выходные кромки 6 лопаток ВНА 3 наклонены в сторону выхода потока, а прямолинейные входные кромки 7 лопаток 6 первого ряда рабочего колеса 1 наклонены в сторону входа потока, при этом образуется перекрытие 3, 6 профилей максимально на периферии проточной части, где имеет место отрыв потока.
В месте перекрытия профилей на периферии лопаток между спинкой лопаток рабочего колеса и корытом лопаток ВНА образуется канал 5 шириной а, равной 0,1-0,2 шага лопаток ВНА на наружном диаметре, через который проходит воздух, стабилизирующий пограничный слой в зоне срыва потока на лопатке 4 и расширяет диапазон устойчивой работы компрессора. Межлопаточный канал 5 имеет в цилиндрическом сечении форму конфузора со степенью конфузорности 1,05-1,5.