Двухступенчатая вихревая машина

Двухступенчатая вихревая машина

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к машиностроению и позволяет повысить надежность и снизить габариты путем расположения лопаточных венцов 9 и 10 по обе стороны диска (D) 8. В корпусе 1 выполнены два кольцевых рабочих канала 2 и 3, разделен« г тшШ&з п шг1 ные кольцевой перемычкой (П) 4. П 4 охватывает D 8 с образованием радиального зазора Ь. Рабочие лопатки (Л) имеют в радиальном сечении серпообразную форму, а их входные и выходные кромки расположены на цилиндрических поверхностях с диаметром, соответственно меньшим и равным диаметру D 8. Впускное окно 6 расположено со стороных входных кромок Л, имеет ширину, равную высоте Л. Перепускной канал (К) выполнен в П 4 и имеет в поперечном сечении форму сектора кольца, концентричного D 8. Наружная цилиндрическая поверхность К имеет диаметр DH больший или равный наружному диаметру рабочего кольцевого канала 2. Угловой размер сектора кольца определяется из неравенства 24 Рк/0„2 - D22 р 8 Рк/Он2 - D22, где Fk площадь поперечного сечения рабочего канала; XI СП 00 S3

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ.

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ (я)5 F 01 0 1/08, F 04 D 17/06

ПРИ ГКНТ СССР ..." . ..:. й- .-.

@ <""ЮЙЬД

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " ф "„""„ " -

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4792059/06 (22) 15.02,90 (46) 30.08.92, Бюл. N 32 (71) Научно-исследовательский институт энергетического машиностроения МГТУ им.Н.Э.Баумана (72) В.Н.Хмара, Л.Н.Белотелова, В.Н.Сергеев. В.В.Бурлай, Б.А.Соколов, Ю,Ф.Гавриков, Л,Ç.Ковзун и А.Н.Власов (56) Патент ФРГ.

¹ 2721233, кл. F 04 D 23/00, опублик. 1979.

Патент Японии № 62-34958, кл. F 04 D 23/00, опублик, 1987, (54) ДВУХСТУПЕНЧАТАЯ ВИХРЕВАЯ МАШИНА (57) Изобретение относится к машиностроению и позволяет повысить надежность и снизить габариты путем расположения лопаточных венцов 9 и 10 по обе стороны ди. ска (О) 8. В корпусе 1 выполнены два кольцевых рабочих канала 2 и 3, разделен-, Ч

2 ные кольцевой перемычкой (П) 4. П 4 охватывает 0 8 с образованием радиального за3o pa b. Рабочие ло патки (Л) име ют в радиальном сечении серпообразную форму, а их входные и выходные кромки расположены на цилиндрических поверхностях с диаметром, соответственно меньшим и равным диаметру D 8. Впускное окно 6 расположено со стороных входных кромок Л, имеет ширину, равную высоте Л. Перепускной канал (К) выполйен в П 4 и имеет в поперечном сечении форму сектора кольца, концентричного D 8. Йаружная цилиндрическая поверхность К имеет диаметр Он больший или равный наружному диаметру рабочего кольцевого канала 2. Угловой размер сектора кольца определяется из неравенства

24 Рк/0н -02 > rp> 8 Рк/0н -02, где Fp — площадь поперечного сечения рабочего канала; ..... а

1758246

24FK 8F

:м)9 >

0г — Я Ог - 0) 35

0г — наружный диаметр 0 8, Кольцевой рабочий канал 3 второй ступени снабжен козырьком, сопряженным с внутренней поверхностью К и расположенным относи тельно входных кромок Л с постоянным радиальным зазором. Ширина козырька в осевом направлении равна высоте Л второй :4 - °

Изобретенйе отйосится к машиностроению и может быть использовано для получения сжатых газов в любых областях народного хозяйства.

Известна двухступенчатая вихревая машина, содержащая корпус с двумя кольцевыми рабочими каналами и размещенный в корпусе на двух концевых опорах ротор в виде установленных между опорами на общем валу двух рабочих колес и вращающейся части электродвигателя.

Недостатками этой машины являются увеличенные осевые габариты из-за наличия двух рабочих колес — по одному на каждую ступень, а также относительно низкая надежность вследствие конструктивного размещения ротора электродвигателя и рабочих колес на общем валу между концевыми опорами. В случае выхода из строя одйого из узлов машины (ротора электродвигателя или рабочего колеса) потребуется замена всего вала, т.е. практически замена агрегата в целом.

Наиболее близкой к предлагаемой является двухступенчатая вихревая машина, содержащая корпус с двумя кольцевыми рабочими каналами, имеющими равный наружный диаметр, расположенную между каналами кольцевую перемычку, размещенные в рабочих каналах отсекатели и выполненные в корпусе впускное и выпускное окна, а в перемычке — перепускной канал и размещенное в корпусе рабочее колесо с .. диском и расположенными в соответствующих кольцевых рабочих каналах лопаточными венцами ступеней.

Однако в этой конструкции для двух ступеней сжатия применяются два диска с соответствующими лопаточными венцами.

Это требует увеличенных осевых габаритов, а при консольном расположении дисков нэ валу — увеличенного вылета консоли вала, что ведет к повышенным нагрузкам нэ подшипники, увеличению вибраций, снижению надежности машины в целом.

Целью изобретения является повышение надежности и снижение габаритов двухступенчатой вихревой машины. ступени. Торец в одном из отсекателей со стороны входа в рабочий канал выполнен параллельно входным кромкам Л и образует с обращенной к Л поверхностью отсекателя тупой yran. На поверхности П 4, обращенной к D 8, выполнены выемки в виде сетчатого рифления. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Указанная цель достигается тем, что в двухступенчатой вихревой машине, содержащей корпус с двумя кольцевыми рабочими каналами, имеющими равный наружный диаметр, расположенную между каналами кольцевую перемычку, размещенные в рабочих каналах отсекатели и выполненные в корпусе впускное и выпускное окна, а в перемычке — перепускной канал и размещенное в корпусе рабочее колесо с диском и расположенными в соответствующих кольцевых рабочих каналах лопаточными венцами ступеней, лопаточные венцы расположены по обе стороны диска, кольцевая перемычка охватывает диск с образованием радиального зазора, рабочие лопатки имеют в радиальном сечении серпообразную форму, а их входные и выходные кромки расположены на цилиндрических поверхностях с диаметром, соответственно меньшим и равным диаметру диска, впускное окна расположено со стороны входных кромок лопаток, имеет ширину, равную высоте лопаток, перепускной канал имеет в поперечном сечении форму сектора кольца, концентричного диску, при этом наружная цилиндрическая поверхность перепускного канала имеетдиаметр, больший или равный наружному диаметру рабочего кольцевого канала, а угловой размер сектора кольца определяется из неравенства где Fk — площадь поперечного сечения рабочего канала;

DH — наружный диаметр рабочего канала; 0г — наружный дйаметр диска рабочего колеса.

Кольцевой рабочий канал второй ступени может быть снабжен козырьком, сопряженным с внутренней поверхностью перепускного канала и расположенным относительно выходных кромок лопаток с постоянным радиальным зазором, при этом

1758246

30

40

>р >

24Рк 8Рк н — (Я Р2н (Я

55 ширина козырька в осевом направлении равна высоте лопаток второй ступени, По меньшей мере в одном иэ отсекателей торец со стороны входа в кольцевой рабочий канал может быть выполнен парал- 5 лельно входным кромкам лопаток соответственно ступени и образует с обращенной к рабочим лопаткам поверхностью отсекате- ля тупой двухгранный угол, На поверхности кольцевой перемычки, 10 обращенной к диску рабочего колеса, могутбытьвыполнены выемки, Выемкимогут быть выполнены в виде сетчатого рифле ния.

На фиг.1 изображена двухступенчатая вихревая машина; на фиг,2 — вид А на фиг,1 (на перепускной канал и лопаточный венец второй ступени).

Двухступенчатая вихревая машина содержит корпус 1 с двумя кольцевыми рабочими каналами 2 и 3, имеющими равный наружный диаметр Рн, расположенную между каналами 2 и 3 кольцевую перемычку

4, размещенные в рабочих каналах 2 и 3 отсекатели 5 и выполненные в корпусе 1 впускное и вйпускное окна (на фиг.1 показано впускное окно 6), а в перемычке 4 перепускной канал 7 и размещенное в корпусе 1 рабочее колесо с диском 8 и расположенными в соответствующих кольцевых рабочих каналах 2 и 3 лопаточными венцами

9 и 10 ступеней, Лопаточные венцы 9 и 10 расположены по обе стороны диска 8, кольцевая перемычка 4 охватывает диск 8 с образованием радиального зазора д, рабочие лопатки имеют в радиальном сечении серпообразную форму (фиг.2), а их входные и выходные кромки расположены на цилинд-. рических поверхностях с диаметром, соответственно меньшим и.равным диаметру D2 диска 8, впускное окно 6 расположено со стороны входных кромок лопаток, имеет ширину Ь, равную высоте hлопаток,,перепускной канал 7 имеет в поперечном сечении форму сектора кольца, концентричного диску 8. При зтом наружная цилиндрическая поверхность перепускного канала 7 имеет диаметр, больший или равный наружному .диаметру Рн рабочего кольцевого канала 2 и 3, а угловой размер сектора кольца определяется из неравенства где Рк- площадь поперечного сечения рабочего канала;

Рн — наружный дйаметр рабочего канала;

Dz — наружный диаметр диска рабочего колеса.

Кольцевой рабочий канал 3 второй ступени может быть снабжен козырьком .11, сопряженным с внутренней поверхностью перепускного канала 7, и расположенным относительно выходных кромок лопаток с постоянным радиальным зазором, при этом ширина козырька 11 в осевом направлении равна высоте лопаток второй ступени..

По меньшей мере в одном из отсекателей 5 торец со стороны входа в кольцевой рабочий канал 2 и 3 может быть быть выпол- нен параллельно входным кромкам лопаток соответственной ступейи и.образует с обращенной к рабочим лопаткам поверхностью отсекателя 5 тупой двухгранный угол а.

На поверхности кольцевой перемычки

4, обращенной к диску 8 рабочего колеса, могут быть выполнены выемки 12. При этом последние могут быть выполнены в виде сетчатого рифления, Лопаточные венцы 9 и 10 со стороны торцов рабочего колеса могут быть закрыты покрывными дисками 13 и 14, Двухступенчатая вихревая машина работает следующим образом.

При вращении рабочего колеса рабочее тело через впускное окно 6 попадает в рабочий канал 2 первой ступени, Взаимодействуя с лопаточным венцом 9, рабочее тело, перемещаясь вдоль канала 2, приобретает энергию, в частности потенциальную энергию давления; Соответствующий отсекатель

5 обеспечивает перевод потока рабочего тела из канала 2 через перепускной канал 7 в рабочий канал 3 второй ступени. Взаимодействуя с лопаточным венцом 10, рабочее тело перемещается вдоль канала 3, приобретая дополнительную энергию, а соответствующий отсекатель 5 обеспечивает вывод потока рабочего тела из канала 3 в выпускное окно (не показано), Размеры впускного окна 6 и его расположение относительно входных кромок лопаток венца 9 обеспечивает минимальные гидравлические потери на входе в ступень. Форма, размещение и размеры перепускного канала 7 обеспечивают при минимальных радиальных габаритах машины минимум гидравлических потерь при переходе рабочего тела из первой во вторую ступень и оптимальное использование длины проточной части (длины каналов 2 и 3) для создания давления рабочего тела. Применение козырька 11 в зоне перепускного канала 7 и специальное оформление торца отсекателя 5 со стороны входа в рабочий канал (имеется ввиду угол а) способствуют лучшей организации потока на

1758246

24F 8FK — — ч/3 >

О. D3 О. D3

7 входе в ступень и формированию продольно-вихревого движения частиц потока — базового движения при передаче энергии от лопаточных венцов 9 и 10 рабочему телу, В свою очередь, это повышает напорность ступени, а плавный выход рабочего тела из межлопаточного пространства венца 10 в зоне торца отсекателя 5 с углом а способствует снижению аэродинамических шумов в машине. Последнему обстоятельству способствует также и испопьзование покрывных дисков 13 и 14. Выемки 12 обеспечивают более эффективное межступенчатое . уплотнение, роль которого играет зазор д, так как выемки 12 обеспечивают повышенное гйдравпическое сопротивление межступенчатым перетечкам рабочего тела через этот зазор. Выполнение выемок 12 в виде .сетчатого рифления является наиболее простым с технологической точки зрения, Формула изобретения

1, Двухступенчатая вихревая машина, содержащая корпус с двумя кольцевыми рабочими каналами, имеющими равный наружный диаметр, расположенную между каналами кольцевую перемычку, размещенные в рабочих каналах отсекателя и выпол" йейные в корпусе впускное и выпускное окна, а в перемычке — перепускной канал и размещенное в корпусе рабочее колесо с диском и расположенными в соответствую щих кольцевых рабочих каналах лопаточными венцами ступеней, о т п и ч а ю щ а я с я тем, что; с целью повышения надежности и снижения габаритов, лопаточные венцы расположены по обе стороны диска, кольцевая перемычка охватывает диск с образованием радиального зазора, рабочие лопатки ймеют в радиальном сечений серпообразную форму, э их входные и выходные кромки расположены на цилиндрических поверхностях с диаметром; соответственно меньшим и-равным диаметру диска, впускное окно расположено со стороны входных кромок лопаток, имеет ширину, равную высоте лопаток, перепускной канал имеет в поперечном сечении форму сектора кольца, 5 концентричного диску, при этом наружная цилиндрическая поверхность перепускного канала имеет диаметр, больший или равный наружному диаметру рабочего кольцевого канала, э угловой размер сектора кольца

10 определяется из неравенства где Fp- площадь поперечного сечения рабочего канала;

0н — наружный диаметр рабочего кана-. ла;

Dz — наружный диаметр диска рабочего колеса, 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что кольцевой рабочий канал второй ступени снабжен козырьком, сопряженным с внутренней поверхностью перепускного канала и расположенным относительно выходных кромок лопаток с постоянными радиальными зазорами, при этом ширина козырька в осевом направлении равна высоте лопаток второй ступени, 3. Машина по п.1, о т л и ч а ю щ э я с я тем, что по меньшей мере в одном из отсекателей торец со стороны входа в кольцевой рабочий канал выполнен параллельно входным кромкам лопаток соответственно ступени и образует .с обращенной к рабочим лопаткам поверхностью отсекателя тупой двухгранный угол.

4. Машина по п,1, о т л и ч э ю щ а я с я . тем, что на поверхности кольцевой перемычки, обращенной к диску рабочего колеса, выполнены выемки, 5. Машина попп.1 и 4, отп ич а ющая с я тем, что выемки выполнены в виде сетчатого рифления, 1758246

Составитель Л. Белотелова

Техред M,Mîðãåíòàë . - Корректор С. Пекарь

Редактор Е. Копча

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2981 Тираж :, . Подписное

ВНИИПИ Государственйого комитета йо изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5