Відцентровий компресор

Даний винахід відноситься до компресоробудування, зокрема, до відцентрових компресорів малої продуктивності і високого тиску. Відомий багатоступеневий відцентровий компресор з корпусом і розміщеними в ньому діафрагмами та ротором, які утворюють ступені проточної частини [1]. Одн ак , дан а кон стр ук ція ба га тоступ е не во го ві дцен тро во го компресора має істотний недолік , який полягає в тому, що тепловий потік від останніх ступенів з більш високою температурою потоку газу, який, проходячи через не теплоізольовані діафрагми і безпосередньо самі канали ступенів проточної частини, підвищує більш низьку температур у потоку газ у у пер ши х ступеня х [2 ]. Підви щення температури по току газ у у з аз на че ни х п ер ши х ступін я х для з бер еженн я п остійн о ї вели чин и відношення тисків вимагає збільшення ефективної роботи стискування. При цьому варто мати на увазі, що величина ефективної роботи стискування прямо пропорційна температурі газ у на вхо ді в ступінь при постійній вели чині ві дно шення ти скі в. Однак , вели чина е фек ти вн о ї робо ти стискування для даних ступенів не може бути збільшена, тому що вона зумовлена конструкцією ступеня (діаметром робочих коліс, вихідним кутом лопаток і т.п.). Незмінність величини ефективної роботи стиск ування приводить до зниження відношення тисків ступенів і, відповідно, зв'язаного з ним політропного ККД. Відомі спроби усунення описаного вище недоліку і підвищення політропного ККД відцен трово го компресора за рахунок збереження постійної величини відношення тисків у ступінях по шляху проходження теплового потоку від останніх ступіней до перших, завдяки охолодженню потоку газу в кожній зі ступіней. З відомих технічних рішень у даній області компресоробудування найбільш близькою по технічній сутності і результату, що досягається, є конструкція відцентрового компресора, що містить корпус з розміщеними в ньому діафрагмами і ротором, які утворюють ступіні проточної частини [3]. У даному технічному рішенні розпочата спроба усунення описаного вище не до лік у за ра хун о к вик он анн я діа фр а гм із по рож ни нам и для охолоджувальної рідини. Проте, така конструкція не вирішує поставленої технічної задачі для компресорів малої продуктивності і високого тиску через такі недоліки: Перший недолік, і він самий головний, полягає в тім, що наявність у діа фра гма х по рожнин для о холодж ува льно ї р іди ни пр ип ускає використання діафрагм із досить великими осьовими розмірами. Однак, через великі осьові розміри діафрагм із порожнинами, сам відцентровий компресор має розвинуті осьові розміри, що неприйнятно для відцентрових компресорів високого тиску і малої продуктивності, де лінійні розміри діафра гм повинні бути максимально мінімізовані . Необхідні сть у мак симальн ій мініміза ці ї, нап рикла д, ширини ді а фра гми виклика на умовами динамічної стійкості ротора, що визначається величиною запасу робочої частоти до першої або другої критичних швидкостей ротора. Другим недоліком конструкції, обраної за прототип, є неможливість при високих тисках стискуваного газу забезпечити на практиці достатню міцні сть діа фра гм з по рожнинами . П ри по да чі рідини в п орожнини діафрагм під тиском, трохи вище атмосферного, виникає дуже істотний перепад тисків, що спричиняє необхідність збільшення товщини стінки і тим самим вимагає збільшення і без того вже розвинутих осьових розмірів проточної частини відцентрового компресора. До тр е тьо го не до лік у ва р то ві дн е сти ни зьк у еко ном і чн і сть компресора через високі витрати на забезпечення досить складної системи пі дго то вки і по да чі о хо ло дж увано ї рі дини в п орожн ини діа фра гм (насосного устатк ування або блоку підготовки і очищення води або іншої будь-якої рідини). Та ким чин ом , о сно вно ю те хн і чн ою за да че ю, що вир і шує передбачуваний винахід, є підвищення політропного ККД відцентрового компресора шля хом скорочення вн утрі шні х теплови х пере токів між ступенями проточної частини [4]. Крім того, вина хід вирі шує проблему підви щення економічності ви р обу, з а вдяки усун е нню н ео бхі дно сті в п оста ча нн і діа фр а гм охолоджуючою рідиною. Зазначена задача вирішується тим, що у відцентровому компресорі, що, як і відомий, містить корпус з розміщеними в ньому діафрагмами і ро тор ом, що утво рюють ступен і про то чно ї частини , відпо ві дн о до винаходу, діафрагми між першим й останнім ступенями виконані збірними і містять вмон то вані теплоізоляційні елементи , причом у то вщина теплоізоля ційни х елемен ті в з біль шується від пер шо го до о станнього ступеня. Таким чином, істотними ознаками, що відрізняють передбачуваний винахід від прототипу, є: - виконання діафрагм між першим й останнім ступенями збірними; - наявність у діафрагмах вмотованих теплоізоляційних елементів; - збільшення товщини теплоізоляційних елементів від першого до останнього ступеня. Дані істотні ознаки є необхідними і достатніми для вирішення поставленої технічної задачі, підвищення політропного ККД відцентрового компресора шляхом зменшення внутрішніх теплових перетоків між ступенями проточної частини, а також підвищення його економічності за рахунок виключення витрат на забезпечення досить складної системи підготовки і подачі охолоджуючої рідини в порожнини діафрагм: - виконання діафрагм між першим й останнім ступінями збірними, у порівнянні з прототипом, де діафрагми містять порожнини для охолоджуючої рідини, забезпечує їхню міцність при скороченні осьових розмірів, беручи до уваги те, що малі осьові розміри діафрагм є однією з необхідних умов працездатності відцентрових компресорів малої продуктивності і високого тиску; - у порівнянні з прототипом, наявність у діафрагмах вмонтованих теплоізоляційних елементів, замість порожнин для охолоджуючої рідини, дозволяє підвищити політропний ККД, за рахунок зниження теплових перетоків від останнього ступеня до першого; - збільшення товщини теплоізоляційних елементів від першого до останнього ступеня дозволяє гнучко регулювати осьовий розмір діафрагм, зумовлений товщиною самого елемента, в залежності від величини температури потоку газу, що проходить через ступінь, і розрахувати оптимальний варіант діафрагми для кожного ступеня для забезпечення підвищеного в порівнянні з існуючим рівнем техніки політропного ККД. Сутність передбачуваного винаходу пояснюється кресленням переважного варіанта здійснення, на якому зображений подовжній (меридіональний) розріз запропонованого відцентрового компресора. Відцентровий компресор містить корпус 1, у якому встановлені ротор 2 з робочими колесами 3, діафрагми 4, 5 і збірні діафрагми 6, 7, 8, 9,10, 11. Між діафрагмами 4, 5 і збірними діафрагмами 6, 7, 8, 9, 10,11 установлені дифузори 12, зворотні направляючі апарати 13 і поворотні коліна 14. Робочі колеса 3, дифузори 12, поворотні коліна 14 і зворотні направляючі апарати 13 утворюють ступені 15. У збірних діафрагмах 6, 7, 8, 9, 10, 11 вмонтовані теплоізоляційні елементи 16, 17, 18, 19, 20, 21, товщина яких збільшується від першого до останнього ступеня. Відцентровий компресор працює таким чином. Поток газу, надходячи до робочого колеса 3 ротора 2 першої ступіні 15, утвореної діафрагмою 4 і збірними діафрагмами 6, 7 корпуса 1, стискується в ньому з підвищенням тиску і температури і далі, проходячи через дифузор 12, поворотне коліно 14 і зворотний направляючий апарат 13, входить у робоче колесо наступного ступеня. При русі потоку через дифузор 12 його тиск і температура ще більше зростають, але в поворотному коліні 14 і зворотному направляючому апараті 13 вони змінюються вже незначно. При проходженні потоку газу через наступні ступені температура і тиск ще більше зростають. Вмонтовані в збірні діафрагми 6, 7, 8, 9, 10, 11 теплоізоляційні елементи 16, 17, 18, 19, 20, 21, товщина яких збільшується від першого 15 до останнього ступеня, не дозволяють тепловому потоку від останніх ступенів рухатися в напрямку перших ступенів. Ізоляція теплового потоку між ступенями дозволяє забезпечити необхідні значення ефективної роботи стискування і відношення тисків відцентрового компресора, а отже, підвищити його політропний ККД. Таким чином, запропоноване технічне рішення, у порівнянні з прототипом і іншими відомими технічними рішеннями, по сукупності істотних ознак має техніко-економічну перевагу, що обумовлено підвищенням ККД відцентрового компресора в цілому і зниженням витрат на його виготовлення і обслуговування завдяки вилученню систем постачання діафрагм охолоджуючою рідиною. Джерела інформації: [1]. Опис вина ходу до авторського свідоцтва СРСР №1225924, опубліковано: БВ №15, 23.04.86. [2]. Соловйов В. Г. Про внутрішній теплообмін у неохолоджуваних секціях ЦКМ // Турбины и компрессоры. 1999. №8, 9, С.34-38. [3]. Опи с вина хо ду до автор ського сві доцтва СРС Р №283480, опубліковано: БВ №36, 30.11.71. (Прототип). [4]. Ден Г. Н., Малишев Α. Α., Соловйов В. Г. Оцінка внутрішнього міжступінчастого теплообміну в неохолоджуваній відцентровій компресорній секції // Компресорная техника и пневматика. Спб: АСКОМП. 2001. №2. С.14-16