Турбокомпресор

1. Турбокомпрессор, содержащий одну или несколько ступеней сжатия, каждая из которых имеет расположенное в корпусе по ходу рабочего потока рабочее колесо, лопаточный диффузор, лопатки которого расположены на дисках по направлению вращения рабочего колеса, сборную камеру с тангенциальным выходным патрубком, внутренняя стенка которого сопряжена по радиусу со стенкой сборной камеры, отличающийся тем, что выходной патрубок расположен по касательной против направления вращения рабочего колеса. 2. Турбокомпрессор по п. 1, отличающийся тем, что радиус сопряжения стенки выходного патрубка со стенкой сборной камеры составляет 0,1-0,3 диаметра рабочего колеса. 3. Турбокомпрессор по п. 1, отличающейся тем, что выходной патрубок снабжен фигурным элементом, расположенным внутри патрубка со стороны, противоположной месту сопряжения по радиусу, а сборная камера снабжена запорной лопастью, расположенной от внутреннего диаметра камеры до фигурного элемента. 4. Турбокомпрессор по пп. 1-3, отличающийся тем, что лопатки диффузора выполнены в виде клиновых лопаток 5. Турбокомпрессор по пп. 1-4, отличающийся тем, что межлопаточные каналы между клиновыми лопатками имеют угол расширения 8-14°. 6 Турбокомпрессор по пп. 1-5, отличающийся тем, что клиновые лопатки расположены в радиальном направлении на большей части дисков. 7 Турбокомпрессор по пп. 1-6, отличающийся тем, что клиновые лопатки имеют радиальную протяженность, составляющую 0,8-1 от радиальной протяженности дисков. 8. Турбокомпрессор по пп 1-7, отличающийся тем, что. по меньшей мере, одна из выходных кромок клиновых лопаток скруглена. 9. Турбокомпрессор по пп 1-8, отличающийся тем, что выходная кромка клиновой лопатки имеет радиус округления со стороны напора, составляющий 0,05-0,15 от диаметра рабочего колеса. 10 Турбокомпрессор по пп. 1-8, отличающийся тем, что выходная кромка клиновой лопатки имеет радиус округления со стороны всасывания, составляющий 0,005-0,01 от диаметра рабочего колеса. 11 Турбокомпрессор по пп. 1-Ю, отличающийся тем, что профиль лопатки диффузора имеет толщину, уменьшающуюся к входной и выходной кромкам. 12. Турбокомпрессор по пп. 1-11, отличающийся тем, что лопатки в радиальном направлении расположены на части дисков диффузора с образованием за ними кольцевого безлопаточного пространства 13. Турбокомпрессор по пп. 1-3, 11, 12, отличающийся тем, что лопатки имеют радиальную протяженность, составляющую 0,4-0,6 от радиальной протяженности диска. 14. Турбокомпрессор по пп. 1-3, 11-13, отличающийся тем, что лопаточный диффузор в области безлопаточного пространства снабжен двумя дополнительными лопатками, примыкающими к лопаткам диффузора и простирающимися до выходного диаметра дисков. 15. Турбокомпрессор по пп. 1-3, 11-14, отличающийся тем, что соотношение числа межлопаточных каналов, ограниченных дополнительными лопатками, к общему числу межлопаточных каналов диффузора соответствует соотношению ширины диска диффузора к ширине выходного сечения. 16. Турбокомпрессор по пп 1-3, 11-15, отличающийся тем, что площадь радиального сечения сборной камеры на 100-150% больше площади между лопатками на выходе. 17 Турбокомпрессор по пп. 1-Ю, отличающийся тем, что площадь радиального сечения сборной камеры больше на 45-75% площади между клиновыми лопатками на выходе. 18. Турбокомпрессор по пп 1-3, 11-15, отличающийся тем, что угол наклона лопаток к диску равен 50-70°. СМ О ю СМ < 27751 19. Турбокомпрессор по пп. 1-10, отличающийся тем, что угол наклона клиновых лопаток к диску равен 30-50°. 20. Турбокомпрессор по пп. 1-19, отличающийся тем, что последняя ступень компрессора имеет наименьший наружный диаметр. Изобретение относится к одно- или многоступенчатому компрессору радиальной конструкции, причем за рабочим колесом расположен диффузор с расположенными в нем направляющими лопатками, за которыми следует сборный корпус с тангенциальным выходным патрубком. Изобретение преимущественно используется в магистральных газопроводах. За прототип заявляемого изобретения принят турбокомпрессор, содержащий одну или несколько ступеней сжатия, каждая из которых имеет расположенное в корпусе по ходу рабочего потока рабочее колесо, лопаточный диффузор, лопатки которого расположены на дисках по направлению вращения рабочего колеса, сборную камеру с тангенциальным выходным патрубком, внутренняя стенка которого сопряжена по радиусу со стенкой сборной камеры [1]. У подобного турбокомпрессора расположенный в основном симметрично оси рабочего колеса выходной патрубок частично сжимает газ в радиальных рабочих колесах. Остаточное преобразование скорости в давление происходит в подключенных за ними дисковых диффузорах, в которые часто встроены направляющие лопатки, кольцевом пространстве без лопаток, подключенном за ним отводящем кольце к последующим ступеням компрессора или в конечной ступени, сборочном корпусе, из которого сжатый газ покидает турбокомпрессор по входному патрубку. У турбокомпрессора, согласно уровню техники, выходной патрубок присоединен к сборному корпусу таким образом, что газ выходит из сборного корпуса по касательной, если смотреть в направлении вращения рабочего колеса. номерным распределением давления на периферии корпуса и плавным попаданием его на вход диффузора, и тем самым позволяет турбокомпрессор, рассчитанный на работу в определенном направлении, размещать в корпусе, рассчитанном для работы турбокомпрессора в противоположном направлении. Поставленная задача решается тем, что в турбокомпрессоре, содержащем одну или несколько ступеней сжатия, каждая из которых имеет расположенное в корпусе по ходу рабочего потока рабочее колесо, лопаточный диффузор, лопатки которого расположены на дисках по направлению вращения рабочего колеса, сборную камеру с тангенциальным выходным патрубком, внутренняя стенка которого сопряжена по радиусу со стенкой сборной камеры, согласно изобретению, выходной патрубок расположен по касательной против направления вращения рабочего колеса, причем радиус сопряжения стенки выходного патрубка со стенкой сборной камеры составляет 0,10,3 диаметра рабочего колеса. К недостаткам прототипа относится то, что наружные корпуса турбокомпрессоров со всасывающими и выходными патрубками очень дорогостоящи, в частности, у компрессоров, используемых при подаче газа с высокими давлениями. Подобные турбокомпрессоры, часто используемые для сжатия природного газа в магистральных газопроводах, приводятся в действие, как правило, турбинами, в частности, газовыми турбинами. Эти газовые турбины имеют только одно определенное направление вращения. Турбины с другим направлением вращения требуют, в соответствии с уровнем техники, также компрессоров с другими направлениями вращения, так что имеющиеся наружные корпуса не могут использоваться с иным направлением вращения. В основу изобретения поставлена задача снижения стоимости и обеспечения экономичной эксплуатации турбокомпрессора путем оптимального расположения выходного патрубка относительно рабочего колеса, усовершенствования конструкции патрубка и основных рабочих элементов турбокомпрессора, что обеспечивает выход воздушного потока из рабочего колеса с рав Выходной патрубок снабжен фигурным элементом, расположенным внутри патрубка со стороны, противоположной месту сопряжения по радиусу, а сборная камера снабжена запорной лопастью, расположенной от внутреннего диаметра камеры до фигурного элемента. Лопатки диффузора выполнены в виде клиновых лопаток, а межлопаточные каналы между клиновыми лопатками имеют угол расширения 8-14°. Клиновые лопатки расположены в радиальном направлении на большей части дисков и имеют радиальную протяженность, составляющую 0,8-1 от радиальной протяженности дисков, при этом, по меньшей мере, одна из выходных кромок клиновых лопаток скруглена, выходная кромка клиновой лопатки имеет радиус округления со стороны напора, составляющий 0,05-0,15 от диаметра рабочего колеса, а со стороны всасывания - радиус, составляющий 0,005-0,01 от диаметра рабочего колеса. Профиль лопатки диффузора имеет толщину, уменьшающуюся к входной и выходной кромке. Кроме того, лопатки в радиальном направлении расположены на части дисков диффузора с образованием за ними кольцевого безлопаточного пространства и имеют радиальную протяженность, составляющую 0,4-0,6 от радиальной протяженности диска. Лопаточный диффузор в области безлопаточного пространства снабжен двумя дополнительными лопатками, примыкающими к лопаткам диффузора и простирающимися до выходного диаметра дисков. Соотношение числа межлопаточных каналов, ограниченных дополнительными лопатками, к общему числу межлопаточных каналов диффузора 27751 соответствует соотношению ширины диска диффузора к ширине выходного сечения. Площадь радиального сечения сборной камеры на 100-150% больше площади между лопатками на выходе и больше на 45-75% площади между клиновыми лопатками на выходе. При этом угол наклона лопаток к диску равен 50-70° либо 30-50°. Последняя ступень компрессора имеет наименьший наружный диаметр. На основе испытаний с прототипом было установлено, что вопреки мнению специалистов можно установить в имеющийся наружный корпус турбокомпрессор с несоответствующим этому корпусу направлением вращения, если принять меры, описанные в основном и зависимых пунктах формулы. Будучи неожиданными для специалистов, результаты этих испытаний, полученные во время эксплуатации турбокомпрессора согласно изобретению, показали, что этот турбокомпрессор обеспечивает экономичную работу. На основе изобретения удалось выгодным образом использовать большое число уже имеющихся наружных корпусов турбокомпрессоров, которые, по мнению специалистов, казались непригодными для вышеназванной цели и имеют, как известно, высокую стоимость. Примеры осуществления изобретения поясняются ниже частично с помощью чертежей. На фигурах изображено: на фиг. 1 выходная зона турбокомпрессора согласно изобретению в сечении; на фиг 2 зона отклонения потока в сборном корпусе и выходном патрубке в сечении; на фиг. 3 зона отклонения с удлинительными лопатками на выходе диффузора в сечении со встроенными запорной лопаткой и фасонной деталью; на фиг. 4 соотношение внутренней ширины кольцевого пространства без лопаток к общей ширине выходного сечения в продольном разрезе; на фиг. 5 изображение по фиг. 4 в сечении; на фиг. 6 зона отклонения потока в сборном корпусе в выходном патрубке (по фиг. 2), но без фасонной детали; на фиг. 7 выходная зона турбокомпрессора согласно изобретению с клиновыми лопатками в сечении; на фиг. 8 сечение по фиг. 7 со скругленными клиновыми лопатками, на фиг. 9 продольный разрез клиновой лопатки со скругленной выходной кромкой; на фиг. 10 зона отклонения потока в сборном корпусе и выходном патрубке в сечении (по фиг. 2) и клиновыми лопатками, изображенными на заднем плане штриховыми линиями; на фиг. 11 сечение по фиг. 6, но с клиновыми лопатками; на фиг. 12 вид с углом выходной площади между клиновыми лопатками с указанием ширины h D канала. Объектом изобретения, изображенном на фиг. 1-12, является компрессор, рассчитанный на противоположное направление вращения выходного патрубка 1, причем используется имеющийся наружный корпус (сборный корпус 2). Согпасно изобретению, направляющие лопатки 3 ориентированы (фиг. 1) в направлении вращения рабочего колеса 4 от их внутреннего до наружного ограничительного диаметра, а выходной патрубок 1 присоединен по касательной к сборному корпусу 2 против направления вращения рабочего колеса 4, направляющие лопатки 3 могут быть выполнены в виде профилей с сужающимися входной и выходной кромками. Фиг. 2 показывает округленную кромку 5 в зоне отклонения потока от сборного корпуса к выходному патрубку 1, при этом запорная лопатка 5 в сборном корпусе отвечает за округление кромки 5, а верхний придел округления определяется толщиной стенок имеющегося сборного корпуса 2. На фиг. 3 показывается примыкающая к кромке фасонная деталь 7, закрепляемая а выходном патрубке 1, а также направляющие лопатки удлиненные удлинительными лопатками 8, 9 до выхода кольцевого пространства 10. На фиг 6 показывается использование так называемых клиновых лопаток 11, которые предпочтительно образуют между собой прямоосные каналы 12 с углом расширения 8-14°, предпочтительно 12°. При этом целесообразно, если клиновые лопатки 11 в радиальном направлении закрывают большую часть дискового диффузора 13 в основном с параллельными стенами Клиновые лопатки 12 являются прямыми или с небольшим изгибом. Клиновые лопатки 11 с радиальной протяженностью 80-100%, предпочтительно 90%, радиальной протяженности дискового диффузора 13. При этом одна или обе выходные кромки 14, 15 этих лопаток скруглены (фиг. 9). В случае если радиус округления Ri выходной кромки 14 со стороны напора составляет 5-10%, предпочтительно 10%, диаметра рабочего колеса и/или радиус округления R2 выходной кромки 15 со стороны всасывания составляет 0,5-1,0%, предпочтительно 0,6%, диаметра рабочего колеса. За счет того, что поток выходит из рабочего колеса с равномерным распределением давления на периферии, попадает без толчков известным образом на вход диффузора и замедляется между направляющими лопатками Отклонение в противоположное направление происходит лишь в конце сборного корпуса 2 при такой низкой скорости потока, что потери на выходе остаются в приемлемых пределах. Предпочтительными оказались радиусы скруглення для кромки 5 между 10-30% диаметра рабочего колеса, предпочтительно около 20%. Использование фасонной детали 7 не является обязательным (фиг. 6). Без нее можно сократить затраты на конструкцию. Если лопатки з закрывают только часть дискового диффузора 13 в основном с параллельными стенками, если смотреть в радиальном направлении, скорость потока еще относительно высока на выходе лопаток, однако имеется большее свободное пространство для приведения направления потока в соответствии с направлением в выходном патрубке 1, рассчитанном на противоположное направление вращения, что приводит к соответственно меньшим потерям на выходе. 27751 Предпочтительной является радиальная протяженность направляющих лопаток 4 на 40-60%, предпочтительно 50%, от радиальной протяженности D дискового диффузора, вычисленная от внутреннего диаметра D диффузора. Если ограниченная удлинительными лопатками доля потока, характеризующаяся числом ограниченных каналов между направляющими лопатками 3 по отношению к общему числу каналов, соотаетствует отношению внутренней ширины Ъо кольцевого пространства 10 без лопаток к общей ширине bs выходного сечения 16 (фиг. 4 и 5). В случае, когда клиновые лопатки прямые лли с небольшим изгибом, имеется меньше свободного пространства для приведения скорости потока в соответствие с направлением а выходном патрубке 1, однако потери на выходе при более низких тогда скоростях также не так высоки. Особое значение имеет также то, что выходная площадь направляющих лопаток 3 или клиновых лопаток 11 находится в определенном соотношении с радиальной площадью сечения сборного корпуса 2. При этом играют роль угол наклона є в радиальном направлении и радиальное положение выходной площади направляющих лопаток относительно радиальной площади сечения As сборного корпуса 2. Особенно предпочтительным оказалось, если радиальная площадь сечения As сборного корпуса при направляющих лопатках 3 на 100-150%, предпочтительно на 135%, у клиновых лопаток 12 на 45-75%, предпочтительно на 60%, больше выходной площади Ао направляющих 3 или клиновых 12 лопаток. При этом выходная площадь диффузора (AD) может быть рассчитана по следующей формуле: AD = ZD + bD + h D ; где ZD - количество каналов; bo - ширина кольцевого пространства; hD- ширина канала. Угол наклона составляет тогда у направляющих лопаток 3 в дисковом диффузоре 14, выполненных в виде профилей уменьшающейся на входе и выходе толщины s (фиг. 1) 50-70°, предпочтительно 60°, а у клиновых лопаток 12 (фиг. 6) 3050°, предпочтительно 40°. Направляющие лопатки 3 или "клиновые лопатки 12 могут быть установлены неподвижно или с возможностью регулирования углового положения. При многоступенчатом исполнении, например, двухступенчатом, имеет значение также согласование ступеней между собой. Технологические преимущества возникают тогда, когда рабочие колеса и направляющие лопатки всех ступеней имеют одинаковые геометрические размеры. Вследствие степени сжатия предыдущих ступеней конечная ступень работает тогда при расчете первой ступени для всасываемого объемного потока расчетной точки всего компрессора в диапазоне частичной нагрузки. Поскольку потери потока при отклонении от сборного корпуса к выходному патрубку для противоположного направления вращения уменьшаются при частичной нагрузке, КПД конечной ступени в этом диапазоне частичной нагрузки, в основном, выше, чем в расчетной точке рабочего колеса и диффузора с направляющими лопатками конечной ступени, а тем самым общий КПД выше, чем при расчете рабочего колеса конечной ступени, соответствующем степени сжатия предыдущей ступени. В другом варианте осуществления изобретения доля потерь на выходе в общих потерях потока в компрессоре уменьшается за счет того, что конечная ступень имеет меньший диаметр, чем предыдущие ступени, которые выполнены, в основном, как ступени с отводящими каналами и тем самым не зависят от направления вращения выходного патрубка и связанного с этим снижения КПД. Кроме того, конечная ступень имеет тогда по сравнению с исполнением с постоянным диаметром рабочего колеса большее значение объемного потока, что при уже низком вследствие предварительного сжатия расчетном значении объемного потока конечной ступени означает увеличение КПД, обусловленное меньшей долей потерь на боковое трение колеса и потерь от утечек последней ступени меньшего наружного диаметра. Если выбрать ступенчатый диаметр от конечной ступени к предыдущей ступени так, чтобы обе ступени с учетом степени сжатия предыдущей ступени имели в расчетной точке одинаковое значение объемного потока, то обе ступени геометрически подобны. Это имеет, во-первых, то преимущество, что для обеих ступеней с одинаковым рабочим колесом и диффузором с направляющими лопатками могут быть проведены исследовательские испытания, необходимые при отношениях потока, которые невозможно рассчитать предварительно достаточно точно, а, во-вторых, обеспечивает конструктивные и технологические преимущества. Значение объемного потока определяется при этом известным образом как отношение всасываемого объемного потока ступени радиального компрессора к образованной выходным диаметром рабочего колеса площади сечения и его окружной скорости. 27751 Фиг. 1 Фиг. 2 27751 Фиг. 3 Фиг. 4 27751 Фиг. 5 Фиг. 6 27751 Фиг. 7 Фиг.8 27751 15 Фиг. 9 Фиг. 11 27751 Фиг.12 ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 2001 р. Формат 60x84 1/8. Підписано до друку J . Обсяг / о £ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим Зам. 2f$ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 10