ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОМПРЕССОР И КОМПРЕССОРНОЕ УСТРОЙСТВО С ТАКИМ ЦЕНТРОБЕЖНЫМ КОМПРЕССОРОМ
RADIAL COMPRESSOR AND COMPRESSOR ASSEMBLY WITH SUCH RADIAL COMPRESSOR

Настоящее изобретение относится к центробежному компрессору и компрессорному устройству с таким центробежным компрессором.
Из документа DE 102009016392 А1 известно компрессорное устройство с осевым компрессором и центробежным компрессором, которые установлены соосно один за другим на общем валу. Согласно DE 102009016392 А1 узлы на стороне ротора ступени или каждой ступени осевого компрессора и узлы на стороне ротора ступени или каждой ступени центробежного компрессора установлены на общем приводном валу или крепятся к этому валу.
Согласно DE 102009016392 А1 среда, которая сжимается в области осевого компрессора, поступает после сжатия в осевом компрессоре в центробежный компрессор для дальнейшего сжатия, при этом среда, подлежащая сжатию, поступает в центробежный компрессор по впускному каналу и может перемещаться по впускному каналу в направлении рабочего колеса, которое расположено по потоку после впускного канала. В области впускного канала расположены впускные направляющие лопатки, и впускной канал по DE 102009016392 А1 продолжается исключительно в радиальном направлении к оси вращения рабочего колеса. Среда, протекающая через впускной канал, соответственно протекает через него в радиальном направлении перпендикулярно оси вращения рабочего колеса центробежного компрессора.
С учетом вышесказанного задача настоящего изобретения состоит в создании нового типа центробежного компрессора и компрессорного устройства с таким центробежным компрессором.
Эта задача решена с помощью центробежного компрессора по п. 1 формулы изобретения. По изобретению впускной канал продолжается под углом к оси вращения рабочего колеса.
По изобретению впускной канал центробежного компрессора продолжается под углом к оси вращения рабочего колеса, поэтому направление потока среды, протекающей через впускной канал, продолжается под углом к оси вращения рабочего колеса. По этой причине существует возможность предложить центробежный компрессор с небольшой осевой длиной. За счет уменьшенной длины траектории потока в области впускного канала может быть улучшена аэродинамическая характеристика центробежного компрессора. Соответственно, за счет сведения к минимуму потери давления во впускном канале одновременно обеспечивается более высокая однородность потока, поступающего к рабочему колесу.
Предпочтительно, радиальный внутренний контур втулки впускного канала является непрерывно криволинейным между его началом и его концом, в то время как радиально наружный контур корпуса впускного канала рядом с его началом содержит линейно продолжающуюся секцию, а рядом с его концом - криволинейную секцию. Радиально наружные концы передних кромок и радиально наружные концы задних кромок впускных направляющих лопаток предпочтительно переходят в линейно продолжающуюся секцию радиально наружного контура корпуса.
Благодаря вышеуказанному построению радиально внутреннего контура и радиально наружного контура может быть обеспечена особо преимущественная конфигурация течения в области впускного канала центробежного компрессора при условии сведения к минимуму осевой длины канала. В частности, когда передние кромки и задние кромки впускных направляющих лопаток переходят в линейно продолжающуюся секцию радиально наружного контура корпуса, может быть дополнительно улучшена аэродинамическая характеристика центробежного компрессора.
Предпочтительно линейно продолжающаяся секция радиально наружного контура корпуса образует с осью вращения рабочего колеса угол 42,75-71,25°. Ось расположения впускных направляющих лопаток образует с осью вращения рабочего колеса угол 33,75-56,25°.
Благодаря этим двум углам, которые используются в центробежном компрессоре или по отдельности или предпочтительно совместно друг с другом, может быть дополнительно улучшена аэротермодинамическая характеристика компрессора.
Предпочтительно в области радиально внутреннего контура втулки действуют следующие соотношения:
0,383<h1/h3<0,638,
0,518<h2/h3<0,863,
где h1 - длина дуги радиально внутреннего контура втулки между его началом и переходящим в него концом передних кромок впускных направляющих лопаток, h2 - длина дуги радиально внутреннего контура втулки между его началом и переходящим в него концом задних кромок впускных направляющих лопаток, h3 - длина дуги радиально внутреннего контура втулки между его началом и его концом, при этом h1/h3<h2/h3.
Эти соотношения в области радиально внутреннего контура втулки обеспечивают дополнительное улучшение аэротермодинамической характеристики центробежного компрессора.
Предпочтительно в области радиально наружного контура корпуса действуют следующие соотношения:
0,285<s1/(s+s4)<0,475,
0,555<s2/(s3+s4)<0,925,
2,52<s3/s4<4,20,
где s1 - длина границы радиально наружного контура корпуса между его началом и переходящим в него концом передних кромок впускных направляющих лопаток, s2 - длина границы радиально наружного контура корпуса между его началом и переходящим в него концом задних кромок впускных направляющих лопаток, s3 - длина границы линейно продолжающейся секции радиально наружного контура корпуса, s4 - длина границы криволинейно продолжающейся секции радиально наружного контура корпуса, при этом s1/(s3+s4)<s2/(s3+s4).
Эти соотношения в области радиально наружного контура корпуса обеспечивают дополнительное улучшение аэротермодинамической характеристики центробежного компрессора.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения и приведенном ниже описании. Примерные варианты осуществления изобретения подробно описаны со ссылкой на чертежи, которые не являются ограничительными.
На фиг. 1 показан фрагмент центробежного компрессора по изобретению в меридиональном сечении для объяснения расчетных параметров центробежного компрессора; и
на фиг. 2 - фрагмент из фиг. 1 для объяснения дополнительных расчетных параметров центробежного компрессора.
Настоящее изобретение относится к центробежному компрессору и компрессорному устройству с таким центробежным компрессором. В частности, изобретение относится к компрессорному устройству с центробежным компрессором и осевым компрессором, в котором центробежный компрессор и осевой компрессор скомбинированы друг с другом в компрессорном устройстве по так называемой схеме «последовательного соединения». Несмотря на то, что использование центробежного компрессора по изобретению в таком компрессорном устройстве с центробежным компрессором и осевым компрессором, которые образуют компрессорное устройство по схеме «последовательного соединения», является предпочтительным, изобретение не ограничивается до этого случая применения центробежного компрессора по изобретению.
Среда, подлежащая сжатию в центробежном компрессоре по изобретению, может подаваться к рабочему колесу 11 по впускному каналу 10, при этом среда, подлежащая сжатию, может проходить по впускному каналу 10 в направлении рабочего колеса 11 центробежного компрессора. На фиг. 1 и 2 показано меридиональное сечение части центробежного компрессора по изобретению в области впускного канала 10 и рабочего колеса 11, расположенного по потоку после впускного канала 10, при этом, согласно фиг. 1 и 2, во впускном канале 10, который ограничен радиально внутренним контуром 12 втулки и радиально наружным контуром 13 корпуса, расположены впускные направляющие лопатки 14. Рабочее колесо 11, которое расположено по потоку после впускного канала 10, содержит рабочие лопатки 15.
Что касается настоящего изобретения, впускной канал 10 проходит под углом к оси 16 вращения рабочего колеса 11, т.е. под углом к вращающимся валам центробежного компрессора, поэтому среда, подлежащая сжатию в центробежном компрессоре, соответственно, протекает по впускному каналу 10 под углом к оси 16 вращения рабочего колеса 11 центробежного компрессора.
Как указано выше, впускной канал 10 ограничен радиально внутренним контуром 12 втулки и радиально наружным контуром 13 корпуса, причем на фиг. 1 и фиг. 2 начало радиально внутреннего контура 12 втулки обозначено ссылочной позицией 17, а его конец обозначен ссылочной позицией 18, при этом начало радиально наружного контура 13 корпуса обозначено ссылочной позицией 19, а его конец обозначен ссылочной позицией 20. На концах 18 и 20 контура 12 втулки и контура 13 корпуса, которые предпочтительно находятся в идентичном осевом положении, но расположены на некотором расстоянии друг от друга в радиальном направлении, впускной канал 10 переходит во вход 21 рабочего колеса 11. Начало 17 контура 12 втулки и начало 19 контура 13 корпуса, которые, как показано на фиг. 1 и 2, находятся в идентичном осевом положении, но расположены на некотором расстоянии друг от друга в осевом направлении, соответствуют переходу впускного канала 10 в приемный патрубок центробежного компрессора.
Предпочтительно радиально внутренний контур 12 втулки имеет непрерывную кривизну между его началом 17 и его концом 18, а именно, является выпуклым в наружном направлении без изменения кривизны.
Радиально наружный контур 13 корпуса впускного канала 10 имеет линейно продолжающуюся секцию 22, прилегающую к началу 19 наружного контура, и криволинейную секцию 23, прилегающую к концу 20 наружного контура.
При перемещении среды, подлежащей сжатию, из приемного патрубка центробежного компрессора, который не показан, во впускной канал 10 среда рядом с радиально наружным контуром 13 корпуса соответственно сначала перемещается линейно, а рядом с радиально внутренним контуром 12 втулки - по криволинейной траектории. Далее по потоку рядом с концом впускного канала 10 среда, подлежащая сжатию, перемещается по криволинейной траектории как рядом с радиально наружным контуром 13 корпуса, так и рядом с радиально внутренним контуром 12 втулки в каждом случае.
Впускные направляющие лопатки 14, которые расположены во впускном канале 10, имеют переднюю кромку 24 и заднюю кромку 25. Задняя кромка 25 всегда расположена по потоку после передней кромки 24. Предпочтительно предусматривается, что радиально наружные концы передних кромок 24 и задних кромок 25 впускных 14 направляющих лопаток переходят в линейно продолжающуюся секцию 22 радиально наружного контура 13 корпуса.
В предпочтительном примерном варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1 и 2, передние кромки 24 и задние кромки 25 впускных 14 направляющих лопаток в каждом случае включают в себя угол, равный 90°, задние кромки 25 впускных 14 направляющих лопаток в каждом случае включают в себя угол, равный 90°, задние кромки 25 потока впускных 14 направляющих лопаток в каждом случае включают в себя угол, равный 90°, с линейно продолжающейся секцией 22 радиально наружного контура 13 кожуха, поэтому передние кромки 24 и задние кромки 25 соответственно не продолжаются перпендикулярно линейно продолжающейся секции 22 радиально наружного контура 13 корпуса. Кроме того, в предпочтительном примерном варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1 и 2, предусматривается, что ни передние кромки 24, ни задние кромки 25 впускных 14 направляющих лопаток, с одной стороны, не продолжаются перпендикулярно, а, с другой стороны, не продолжаются параллельно оси 16 вращения рабочего колеса 11.
Линейно продолжающаяся секция 22 радиально наружного контура 13 корпуса составляет с осью 16 вращения рабочего колеса 11 угол α, который предпочтительно составляет 42,75-71,25°.
Предпочтительно, угол α составляет 48,45-65,55°. Особо предпочтительно, угол α составляет 54,15-59,85°.
Ось 26 расположения впускной направляющей лопатки 14 составляет с осью 16 вращения рабочего колеса 11 угол β, который предпочтительно составляет 33,75-56,25°.
Предпочтительно, угол β составляет 38,25-51,75°. Особо предпочтительно, угол β составляет 42,75-47,25°.
В области радиально внутреннего контура 12 втулки действуют следующие соотношения:
0,383<h1/h3<0,638,
0,518<h2/h3<0,863,
где h1 - длина дуги радиально внутреннего контура 12 втулки между его началом 17 и переходящим в него концом передних кромок 24 впускных направляющих лопаток 14, h2 - длина дуги радиально внутреннего контура 12 втулки между его началом 17 и переходящим в него концом задних кромок 25 впускных направляющих лопаток 14, h3 - длина дуги радиально внутреннего контура 12 втулки между его началом 17 и его концом 18, при этом h1/h3<h2/h3.
Предпочтительно, в области радиально внутреннего контура 12 втулки действуют следующие соотношения:
0,434<h1/h3<0,587,
0,587<h2/h3<0,794.
Особо предпочтительно, в области радиально внутреннего контура 12 втулки действуют следующие соотношения:
0,485<h1/h3<0,536,
0,656<h2/h3<0,725.
В области радиально наружного контура 13 корпуса действуют следующие соотношения:
0,285<s1/(s+s4)<0,475,
0,555<s2/(s3+s4)<0,925,
2,52<s3/s4<4,20,
где s1 - длина границы радиально наружного контура 13 корпуса между его началом 19 и переходящим в него концом передних кромок 24 потока впускных направляющих лопаток 14, s2 - длина границы радиально наружного контура 13 корпуса между его началом 19 и переходящим в него концом задних кромок 25 впускных направляющих лопаток 14, s3 - длина границы линейно продолжающейся секции 22 радиально наружного контура 13 корпуса, s4 - длина границы криволинейно продолжающейся секции 23 радиально наружного контура 13 корпуса, при этом s1/(s3+s4)<s2/(s3+s4).
Предпочтительно, в области радиально наружного контура 13 корпуса действуют следующие соотношения:
0,323<s1/(s3+s4)<0,437,
0,629<s2/(s3+s4)<0,851,
2,856<s3/s4<3,864.
Особо предпочтительно, в области радиально наружного контура 13 корпуса действуют следующие соотношения:
0,361<s1/(s3+s4)<0,399,
0,703<s2/(s3+s4)<0,777,
3,192<s3/s4<3,528.
Вышеуказанные параметры применительно к углам α и β и применительно к соотношениям в областях радиально внутреннего контура 12 втулки и радиально наружного контура 13 корпуса, определенным выше, могут использоваться в центробежном компрессоре в области впускного канала 10 или по отдельности или в комбинации друг с другом для улучшения аэротермодинамической характеристики этого канала, в частности, для того, чтобы посредством сведения к минимуму потери давления в области впускного канала 10 обеспечить более высокую однородность потока, входящего в рабочее колесо 11, расположенное по потоку после впускного канала 10, в частности, при одновременном уменьшении осевой длины центробежного компрессора.
Все определенные выше расчетные параметры, которые могут использоваться или по отдельности или в комбинации друг с другом, служат одной и той же задаче, а именно, улучшению аэротермодинамической характеристики центробежного компрессора при одновременном получении компактной осевой конструкции.
Впускные направляющие лопатки, расположенные во впускном канале 10, могут быть двухмерно профилированными или даже пространственно профилированными направляющими лопатками. В случае двухмерно профилированных направляющих лопаток сечения будут сечениями одинакового типа, или они будут одинаково перпендикулярны оси 26 расположения в направлении оси 26 расположения. В случае трехмерно профилированных впускных направляющих лопаток 14 эти сечения имеют отличающиеся контуры по оси 26 расположения, и впускные направляющие лопатки 14 имеют, в частности, криволинейные передние кромки 24 и/или криволинейные задние кромки 25.
Ссылочные номера
10 Впускной канал
11 Рабочее колесо
12 Контур втулки
13 Контур корпуса
14 Впускная направляющая лопатка
15 Рабочая лопатка
16 Ось вращения
17 Начало
18 Конец
19 Начало
20 Конец
21 Вход
22 Секция
23 Секция
24 Передняя кромка
25 Задняя кромка
26 Ось расположения.