ВХОДНОЙ РАДИАЛЬНО-ОСЕВОЙ КОНФУЗОР ЦЕНТРОБЕЖНОЙ СТУПЕНИ
INLET RADIAL-AXIAL CONFUSER OF ROTARY STAGE

Изобретение относится к энергетическим турбомашинам и может использоваться во входных радиально-осевых конфузорах ступеней центробежных компрессоров, нагнетателей и насосов.
Известны входные радиально-осевые конфузоры, имеющие максимально возможный радиус закругления вогнутого обвода (рис.7 в отраслевом каталоге "Центробежные и осевые компрессорные машины". - М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1992). Недостатком таких конфузоров являются большие потери напора вследствие повышенных расходных скоростей рабочей среды в промежуточных поперечных сечениях конфузора.
Отмеченный недостаток в значительной мере устранен во входных радиально-осевых конфузорах с малым радиусом закругления вогнутого обода. Известный радиально-осевой конфузор центробежной ступени (рис.1.22 в книге В.Б.Шнеппа "Конструкция и расчет центробежных компрессорных машин." - М.: Машиностроение, 1995) содержит закругленные по радиусам выпуклый и вогнутый обводы. Радиус закругления вогнутого обвода выполнен малым для увеличения площадей промежуточных поперечных сечений, благодаря чему снижаются расходные скорости и, следовательно, потери напора. Недостаток данного конфузора заключается в том, что потери напора не минимальны. Причина этого - неоптимальность радиуса закругления вогнутого обода.
Целью настоящего изобретения является уменьшение потерь напора во входном радиально-осевом конфузоре путем задания оптимального радиуса закругления вогнутого обвода.
Указанная цель достигается тем, что в известном входном радиально-осевом конфузоре центробежной ступени, содержащем закругленные по радиусу выпуклый и вогнутые обводы, радиус закругления вогнутого обвода определяется соотношением
вог
вып
н
к
R=(0.42-0.76)(R+(b+b)/2),
в котором
вог
R - радиус закругления вогнутого обвода;
вып
R - радиус закругления выпуклого обвода;
н
b - ширина начального сечения конфузора;
к
b - ширина конечного сечения конфузора.
вып
н
к
Данное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия", так как оно в отличие от известных технических решений определяет оптимальную величину радиуса закругления вогнутого обвода как функцию всех остальных геометрических параметров конфузора (R, b и b).
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>в</mi><mi>о</mi><mi>г</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>в</mi><mi>ы</mi><mi>п</mi></mrow></msub><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>b</mi><mi>н</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>b</mi><mi>к</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>в</mi><mi>о</mi><mi>г</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>в</mi><mi>ы</mi><mi>п</mi></mrow></msub><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>b</mi><mi>н</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>b</mi><mi>к</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow></mfrac></mrow>
н
к
вып
к
н
вып
вып
На фиг.1 изображен входной радиально-осевой конфузор центробежной ступени, меридиональный разрез; на фиг.2 - зависимости коэффициентов потерь напора ζ в конфузоре от относительного радиуса закругления вогнутого обвода
для конфузоров с сильно различающимися b и b, но одинаковым, причем большим, R; на фиг.3 - зависимости ζ от
для конфузоров с сильно различающейся b, но одинаковыми b и R, причем R мал; на фиг.4…7 - меридиональные разрезы конфузоров, данные по ζ которых представлены на фиг.2; на фиг.8…10 - меридиональные разрезы конфузоров, данные по ζ которых представлены на фиг.3.
вып
вог
вог
Входной радиально-осевой конфузор содержит выпуклый обвод 1 и вогнутый обвод 2. Выпуклый обвод 1 закруглен по радиусу R. Вогнутый обвод 2 закруглен по радиусу R. Площадь конечного сечения 3 конфузора меньше площади начального сечения 4. Радиус R закругления вогнутого обвода 2 соответствует заявленному техническому решению.
Входной радиально-осевой конфузор работает следующим образом.
к
н
вог
Рабочая среда движется по конфузору в направлении от начального сечения 4 к конечному сечению 3. Поскольку площадь конечного сечения 3 меньше площади начального сечения 4, скорость с рабочей среды в конечном сечении 3 больше скорости с в начальном сечении 4. Движение рабочей среды по конфузору сопровождается потерями части ее напора. Потери напора зависят от каждого геометрического параметра конфузора, в том числе от R.
<mrow><mi>ζ</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>h</mi><mrow><msubsup><mi>c</mi><mi>к</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>в</mi><mi>о</mi><mi>г</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>в</mi><mi>ы</mi><mi>п</mi></mrow></msub><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>b</mi><mi>н</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>b</mi><mi>к</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow></mfrac></mrow>
вып
н
к
вып
вт
н
вт
к
вт
Согласно представленным на фиг.2 и 3 результатам расчетов коэффициента потерь напора
, где h - потери напора, вычислявшиеся по методу статьи "Простой метод расчета потерь во входном радиально-осевом конфузоре центробежной ступени" (журнал "Компрессорная техника и пневматика", 2011, №4, с.34-36), минимум ζ конфузоров как с малыми, так и с большими R, b и b (R=(0.2…1.0)R; b=(1…2)R; b=(0.67…1.34)R) лежит в сравнительно узком интервале
, равном 0.42…0.76. Следовательно, оптимальный радиус закругления вогнутого обвода
вог
опт
вып
н
к
(R)=(0.42-0.76)(R+(b+b)/2),
что и фигурирует в заявленном техническом решении.