Устройство входного направляющего аппарата центробежного компрессора

Полезная модель относится к машиностроению, а точнее к компрессоростроению, насосостроению и турбостроению.
Известен «Лопаточный направляющий аппарат для регулирования осевых воздуходувных машин» (А.Г. Бычков, СССР №74121 МПК6 F04D 27/00, 16.10.1947г.), содержащий лопатки направляющего аппарата, состоящие из двух частей: передней неподвижной части и задней поворотной около продольной оси лопатки, с целью регулирования расхода и напора воздуха путём поворота задней подвижной части лопаток. Недостатком аналога является то, что при повороте подвижной части, лопатка на стыке с неподвижной частью лопатки ступенчато меняет форму профиля, что может вызывать срыв потока и привести к уменьшению запасов газодинамической устойчивости компрессора и уменьшению коэффициента полезного действия. Кроме того, такое устройство входного направляющего аппарата не позволяет выполнить поворот втулочной и периферийной частей лопатки на разный угол, что, как следствие, ведет к появлению переменных углов атаки при входе потока на лопатки рабочего колеса и снижению эффективности компрессора.
Известно «Устройство поворота направляющих лопаток компрессора, а также сопловых лопаток турбины» (патент РФ №2300669 С1 МПК6 F04D 27/00, 21.10.2005 г.), в котором поворот лопаток нескольких рядов направляющих аппаратов осуществляется индивидуальными регулирующими кольцами, соединенными с рычагами лопаток данного ряда. Данное решение усложняет конструкцию устройства и увеличивает его массу, что приводит к увеличению нагрузки на элементы привода лопаток входного направляющего аппарата, а значит к снижению ресурса, повышает инерционность системы, а значит, снижает оперативность регулирования.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели (прототипом) является «Устройство поворота направляющих лопаток компрессора» (патент на полезную модель №116923 МПК F04D 27/00, 26.12.2011), в котором лопатки выполнены из двух жестких элементов профиля, один из которых расположен у втулки входного канала, второй расположен на периферии входного канала. Жесткие элементы профиля присоединены к цапфам и объединены в одно целое эластичным (например, из резины) элементом профиля. Недостатком прототипа является образование углов атаки, появление завихрений и ударных нагрузок при входе потока на входную кромку лопатки ввиду поворота передней части лопатки и ее смещения от осевого направления потока. Кроме того, выполнение лопатки из неметаллического эластичного материала приводит к постепенному эрозионному износу и повреждению передней части лопатки.
Техническая задача заявленной полезной модели заключается в увеличении коэффициента полезного действия на режимах регулирования за счет снижения углов атаки на передней части лопатки и, как следствие, уменьшения срывных зон, а также в повышении ресурса и быстродействия входного направляющего аппарата.
На фиг. 1 изображена схема устройства входного направляющего аппарата, расположенного перед рабочим колесом центробежного компрессора. Неподвижная лопатка (1) и регулируемая лопатка из упругого металла (2) образуют рабочий профиль лопатки входного направляющего аппарата. Сверху лопатка (2) прикреплена к цапфе (3), которая расположена радиально в корпусе (5) входного канала перед рабочим колесом (6) с возможностью вращения вокруг своей оси и скреплена с рычагом (4). Рычаг (4) через шарнир (7), допускающий радиальные и продольные вдоль оси компрессора перемещения, соединен с наружным регулирующим кольцом (8), расположенным концентрично корпуса (5) и имеющим возможность  вращаться вокруг него. Наружное регулирующее кольцо также фиксируется в корпусе (5) рычагом (13) через шарнир (14).
Снизу лопатка (2) прикреплена к цапфе (9). Цапфа (9) расположена радиально в проточной части входного направляющего аппарата перед рабочим колесом (6) с возможностью вращения вокруг своей оси и скреплена с рычагом (10). Рычаг (10) через шарнир (11), допускающий радиальные и продольные вдоль оси компрессора перемещения, соединен с внутренним регулирующим кольцом (12), расположенным концентрично корпуса (5) и имеющим возможность вращаться внутри него. Внутреннее регулирующее кольцо (12) также фиксируется в неподвижной части лопатки (1) рычагом (15) через шарнир (16).
Эскиз крепежного элемента (17), позволяющего удерживать и регулировать угол поворота лопатки (2) изображен на фиг. 2.
Эскиз лопатки входного направляющего аппарата изображен на фиг. 3. Неподвижная часть лопатки (1) и часть лопатки с возможностью регулирования угла поворота (2) образуют профиль лопатки входного направляющего аппарата.
Техническим результатом разработки является обеспечение безударного входа на переднюю часть лопатки входного направляющего аппарата на режимах регулирования, снижение углов атаки, увеличение износостойкости, что будет приводить к увеличению запасов газодинамической устойчивости компрессора на режимах регулирования. Помимо этого, снижение массы устройства приведет к увеличению быстродействия входного направляющего аппарата.
Указанный технический результат достигается тем, что лопатки выполнены из двух элементов профиля: передняя неподвижная часть лопатки входного направляющего аппарата выполнена из твердого материала, например, металла, а задняя поворотная часть лопатки выполнена из упругого металлического сплава и плотно установлена в паз неподвижного элемента профиля. В ходе регулирования передняя часть лопатки остается неподвижной в осевом направлении и обеспечивает безударный вход потока на входной направляющий аппарат. Задняя часть каждой лопатки соединена с двумя  регулировочными кольцами, расположенными концентрично оси вращения рабочего колеса с возможностью поворота вокруг этой оси. Кольца предназначены для регулирования угла поворота задней подвижней части лопаток на периферии и у втулки, независимо друг от друга. Данное решение позволяет более плавно и равномерно менять форму профиля лопатки, сводя к минимуму возникновение срывных зон.
Данная полезная модель может быть применима как в научно-исследовательской деятельности для изучения вопроса регулирования центробежных компрессорных машин с помощью входного направляющего аппарата, так и в промышленности, где необходимо использование центробежных компрессоров, помимо этого, при проектировании и конструировании центробежных компрессорных машин.