Компресор за кинетична компресия
Изобретението се отнася до устройства за производство на сгъстени газове и вакуум. Компресорът за кинетична компресия се състои от корпус със смукателни и нагнетателни тръби, ротор със спирални канали за поток с променливо напречно сечение и покривен елемент със спирални лопатки, образуващи спирални канали с променливо напречно сечение. Компресорът е снабден с втори покриващ елемент, а корпусът е снабден с втора смукателна тръба. Смукателните дюзи са разположени на противоположните страни на тялото. Роторът е направен под формата на вал с монтирани върху него работни колела и работно колело с разтоварващи лопатки. Спиралните канали на потока на колелата са оформени от спирални лопатки. Каналите са ограничени от две конични повърхности, едната от които е стената на колелото, а другата е интерфейсът между подвижните и неподвижните елементи на компресора. Дълбочината на каналите на колелата се намалява по посока на потока. Всеки покриващ елемент е направен под формата на дифузьор, чиито спирални канали на потока, образувани от спирални лопатки, са ограничени от две конични повърхности, пресичащи се на нивото на входа на работното колело. Едната от повърхностите е стената на дифузора, а другата е интерфейсът между подвижните и неподвижните елементи на компресора. Дълбочината на каналите на дифузора се увеличава по посока на потока. Лопатковото работно колело е разположено между работните колела, от които се предава въртящ момент към него и е монтирано с възможност за аксиално движение за компенсиране на топлинното разширение на колелата. Използването на изобретението ще повиши ефективността чрез намаляване на хидравличните загуби в каналите на колелата и дифузора. 3 болен.
Изобретението се отнася до устройства за производство на сгъстени газове и вакуум.
Като аналози на изобретението могат да се считат следните устройства: - Вихрова машина.V.D.Lubenets, V.N.Khmara, I.Ya.Sukhomlinov, M.A.Radugin, N.A.Smirnov, L.N.Belotelova. Като. 306282, СССР. Обявен на 13.01.1970 г. (N 1398122/24-6), публ. 06/11/1971 (бюлетин N 19), UDC 621.515 (088.8), IPC F 04 D 23/00.
- Турбина или компресор. Патент на Обединеното кралство N 1258986, клас. F 04 D 19/00, 1971 г
- КАТО. СССР N 306282, кл. F 04 D 23/00, 1971 г
- Едностепенен нагнетател 6400-11-1 от конструкция NZL с двустранно засмукване. Ф. М. Чистяков, В. В. Игнатенко, Н. Т. Романенко, Е. С. Фролов, книга "Центробежни компресорни машини". - М.: Машиностроене, 1969
- Центробежен компресор на турбореактивен двигател VK-1 с двоен вход. К. П. Селезнев. Ю. С. Подобуев, С. А. Анисимов, книга "Теория и изчисление на турбокомпресорите". - Л .: Машиностроене, 1968
- Вихров компресор с общо предназначение от серията SN на Сименс-Шукерт, И. М. Виршубски, Ф. С. Рекстин, А. Я. Шквар, книга "Вихрови компресори". Л .: Машиностроене, 1988
Като аналог (прототип), най-близък до претендираното изобретение, можем да различим компресора, посочен на второ място в списъка на аналозите (турбина или компресор. Патент на Обединеното кралство N 1258986, клас F 04 D 19/00, 1971 г.).
Характерните, съществени характеристики на изброените аналози и заявеното изобретение са преобразуването на енергията на въртене на лопатковия ротор в кинетичната енергия на газа, което осигурява дадена производителност и налягане с подходяща конфигурация на каналите на потока и наличието на ротор, монтиран в корпуса.
Съществена характеристика на прототипния аналог и заявеното изобретение е наличието на ротор с променливо напречно сечение на спирални канали на потока и покриващ елемент, монтиран в корпус със смукателни и нагнетателни тръби.спирални лопатки, образуващи спирални канали с променливо напречно сечение.
Заявеното изобретение е насочено към решаване на проблема за намаляване на хидравличните загуби по време на газовия поток в каналите на работното колело и покриващия елемент на компресора за кинетична компресия, както и намаляване на размерите в сравнение с центробежен вентилатор със същите енергийни параметри.
Преобразуването на кинетичната енергия на газа в налягане в центробежни аналози се случва в дифузори с големи загуби, което води до намаляване на ефективността.
Предложеният компресор работи по схеми на центробежно, аксиално и вихрово компресиране едновременно. Основните характеристики на устройството са следните.
1. Намаляване на хидравличните загуби в междулопатковите канали на работното колело и дифузора (и следователно повишаване на степента на реактивност и ефективност) в резултат на спираловиден вихров поток от газ, като поток с най-малко съпротивление, което се потвърждава от естествени аналози: източване на вода през цилиндрична шийка; торнадо - спираловиден вихър между зони с различно налягане; обсегът на куршум от нарезно оръжие е по-голям, отколкото от гладкоцевно.
2. Потушаване на скоростта на газа в неподвижен покриващ елемент със спираловидни лопатки, направени под формата на дифузьор, с допълнително увеличаване на степента на компресия поради въздействието на газовите молекули върху стените на канала, както при вихрова машина.
3. Липса на дифузьор и спирала, традиционни за центробежните компресори, и следователно намаляване на размерите, тъй като в резултат на добро смесване на вихровите потоци на изхода на спиралните канали, скоростта на потока ще има радиална посока (особено при противоположни колела, както е в разглеждания компресор).
4. Динамично разтоварване не само на вала в аксиална посока, нои работни колела в радиална посока в резултат на използването на работно колело с лопатки, което намалява количеството на газовото налягане върху вътрешната повърхност на работното колело.
5. Наличие на лабиринтни уплътнения само на входните секции на вала.
Конструктивните характеристики включват следните елементи на устройството: колело, чиито отличителни черти включват факта, че каналите на потока, образувани от спирални лопатки, са ограничени от две конични повърхности, едната от които е стената на колелото, а другата е интерфейсът между подвижните и неподвижните елементи на компресора, е направен с намаляване на дълбочината по оста на вала и не съдържа напречни лопатки; покриващ елемент, чиито отличителни черти включват факта, че има спирални канали, ограничени от две конични повърхности, пресичащи се на нивото на входа на работното колело, изпълнявайки функциите на дифузьор и същевременно създавайки вихрова компресия.
работно колело с лопатки, чиито отличителни черти включват факта, че е разположено между работните колела, от които се предава въртящият момент, има способността да се движи по оста на въртене, за да компенсира топлинното разширение на колелата и изпълнява функциите на изпускателно бутало, използвано в центробежни аналози.
На фиг. 1 - компресор в аксиално сечение; на фиг. 2 - същото, с разрези в равнините на въртене; на фиг. 3a,b - векторна схема на скоростите.
Възможността за прилагане на изобретението е разгледана върху разработения дизайн на компресор, предназначен за компресиране на въздух, с капацитет 5 m 3 /s и налягане на изход 0,25 MPa (фиг. 1, фиг. 2).
Компресорът има следните конструктивни параметри: Мощност на електродвигателя - 700 kW Обороти на двигателя - 20000об/мин Максималната периферна скорост на колелото е 342 m/s Максималният диаметър на колелото е 320 mm В предлагания компресор (фиг. 1) роторът е изпълнен във формата на вал (1) с монтирани върху него работни колела (2), (3) със спирални конусовидни канали, чиято дълбочина намалява по посока на потока. Между колелата е монтирано работно колело (4). Машината се състои от корпус, съставен от две половини (5), (6), в които са монтирани водоохлаждаеми покривни елементи (7), (8), имащи спирални конусовидни канали, чиято дълбочина нараства по посока на потока, а ъгълът на наклона е с обратен знак. Смукателните тръби са разположени във всяка половина на тялото, а нагнетателната тръба в едната половина (6). Вертикалната равнина на разделянето на корпуса осигурява добро подравняване и лекота на сглобяване на компресора поради малките му размери, а също така опростява технологията на леене и обработка на коаксиални повърхности.
Предложената машина работи по следния начин. Когато роторът се върти, лопатките предават кинетична енергия на газа, създавайки спирален вихър. Векторният модел на скоростите за газова частица върху спирална конична линия е показан на фиг. 3а, където абсолютната скорост (C), като векторна сума от относително (W) и транслационно (U) движение, условно се разлага на аксиално (Co), радиално (Cr) и периферно (тангенциално) (Cu) направление. Радиалният компонент на скоростта (Cr) осигурява газовия поток през страничната повърхност на пресечения конус на колелото (фиг. 3b), аксиалният компонент (Co) осигурява газовия поток през крайната изходна равнина. Периферентният компонент (Cu) създава завихряне както в каналите на колелото, така и в каналите на покриващия елемент, но не участва в създаването на потока. Това условно разделяне на газовия поток улеснява определянето на геометриятаканали, използвайки уравнението на потока.
По този начин газът, ускорявайки се по оста на въртене на колелото, отчасти навлиза в изхода на колелото, отчасти в покриващ елемент с конични спирални или прави лопатки, който едновременно функционира като дифузьор и елемент на вихров компресор, който увеличава степента на компресия поради въздействието на газа върху стените на фиксиран канал. На фиг. 2 доста ясно показва формата на каналите на лопатките на входната и изходната секции на колелото. Поради ударното действие на лопатките на покриващия елемент, скоростта на газа намалява, степента на компресия се увеличава, това се улеснява и от аксиалното разширение на канала, а вихърът на изхода осигурява добро смесване на потока. Тези. има радиален изход на общия поток, за който е достатъчно да се монтира пръстеновиден колектор, а не обемна спирала. Водното охлаждане на покриващия елемент намалява работата на политропната компресия във фиксирани канали. Лопатковото работно колело (4), създавайки разреждане в областта между работните колела, намалява ефекта на центробежните сили върху масата на колелото, отслабвайки напрегнатото състояние на затягащите ребра.
Компресор за кинетична компресия, включително монтиран в корпус със смукателни и изпускателни тръби, ротор със спирални канали за поток с променливо напречно сечение и покриващ елемент със спирални лопатки, образуващи спирални канали с променливо напречно сечение, характеризиращ се с това, че е оборудван с втори покриващ елемент, тялото е снабдено с втора смукателна тръба, двете тръби са разположени от различни страни на тялото, роторът е направен под формата на вал с работни колела, монтирани върху него и работно колело с разтоварващи лопатки, винтове и каналите на потока на колелата, образувани от спирални лопатки, са ограничени от две конични повърхности, едната от които естената на колелото, а другата - границата между подвижните и неподвижните елементи на компресора, като дълбочината на тези канали е направена намаляваща по посока на потока, всеки покриващ елемент е направен под формата на дифузьор, чиито спирални канали на потока, образувани от спирални лопатки, са ограничени от две конични повърхности, пресичащи се на нивото на входа на колелото, едната от които е стената на дифузора, а другата е граница между подвижните и неподвижните елементи на компресора, като дълбочината на тези канали се увеличава по посока на потока, а лопатката Работното колело е разположено между работните колела, от които се предава въртящият момент към него, и е монтирано с възможност за аксиално движение, за да компенсира топлинното разширение на колелата.