центробежный компрессор

Формула изобретения

Центробежный компрессор, содержащий корпус с размещенными в нем диафрагмами и ротором, образующими ступени проточной части, отличающийся тем, что диафрагмы между первой и последней ступенями выполнены сборными и содержат встроенные теплоизоляционные элементы, причем толщина теплоизоляционных элементов увеличивается от первой до последней ступени.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к компрессоростроению, в частности к центробежным компрессорам малой производительности и высокого давления.

Известен многоступенчатый центробежный компрессор, содержащий корпус с размещенными в нем диафрагмами и ротором, образующими ступени проточной части (Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1225924, опубл. БИ №15, 23.04.1986).

Однако данная конструкция многоступенчатого центробежного компрессора имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что тепловой поток от последних ступеней с более высокой температурой движущегося потока газа, проходя через не теплоизолированные диафрагмы и непосредственно сами каналы ступеней проточной части, повышает более низкую температуру движущегося потока газа в первых ступенях (Соловьев В.Г. О внутреннем теплообмене в неохлаждаемых секциях ЦКМ. Турбины и компрессоры. Москва, 1999. №8, 9, с.34-38).

Повышение температуры движущегося потока в указанных первых ступенях для сохранения постоянной величины отношения давлений требует увеличения эффективной работы сжатия. При этом следует иметь в виду, что величина эффективной работы сжатия прямо пропорциональна температуре газа на входе в ступень при постоянной величине отношения давлений. Однако величина эффективной работы сжатия для данных ступеней не может быть увеличена, так как она определяется конструкцией ступени (диаметром рабочих колес, выходным углом лопаток и т.п.). Неизменность величины эффективной работы сжатия приводит к понижению отношения давлений ступеней и, соответственно, связанного с ним политропного КПД.

Из уровня техники известны попытки устранения описанного выше недостатка и повышения политропного КПД центробежного компрессора за счет сохранения постоянной величины отношения давлений в ступенях по пути следования теплового потока от последних ступеней к первым благодаря охлаждению потока газа в каждой из ступеней.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является известная конструкция центробежного компрессора, содержащая корпус с размещенными в нем диафрагмами и ротором, образующими ступени проточной части (Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №663888, опубл. БИ №19, 25.05.1979), в которой предпринята попытка устранения описанного выше недостатка за счет размещения между диафрагмами газоохладителей. Тем не менее, такая конструкция не решает поставленной задачи для компрессоров малой производительности и высокого давления по следующим причинам.

Первая причина, и она самая главная, заключается в том, что наличие газоохладителей предполагает увеличенные осевые размеры центробежного компрессора, что неприемлемо в центробежных компрессорах высокого давления и малой производительности.

Второй причиной является низкая экономичность известной конструкции компрессора по причине высоких затрат на обеспечение весьма сложной системы газоохлаждения.

Таким образом, основной задачей, которую решает изобретение, является повышение политропного КПД центробежного компрессора путем сокращения внутренних тепловых перетоков между ступенями проточной части (ДЕН Г.Н. и др. Оценка внутреннего межступенчатого теплообмена в неохлаждаемой центробежной компрессорной секции. Компрессорная техника. Пневматика. Санкт-Петербург, АСКОМП, 2001, №2, с.14-16).

Кроме того, изобретение решает проблему повышения экономичности изделия, благодаря устранению необходимости в снабжении компрессора газоохладителями.

Технический результат достигается тем, что в центробежном компрессоре, который, как и известный, содержит корпус с размещенными в нем диафрагмами и ротором, образующими ступени проточной части, согласно изобретению диафрагмы между первой и последней ступенями выполнены сборными и содержат встроенные теплоизоляционные элементы, причем толщина теплоизоляционных элементов увеличивается от первой до последней ступени.

Следовательно, существенными признаками, отличающими изобретение от прототипа, являются:

выполнение диафрагм между первой и последней ступенями сборными;

наличие в диафрагмах встроенных теплоизоляционных элементов;

увеличение толщины теплоизоляционных элементов от первой до последней ступени.

Данные существенные признаки являются необходимыми и достаточными для решения поставленной технической задачи, повышения политропного КПД центробежного компрессора путем уменьшения внутренних тепловых перетоков между ступенями проточной части, а также повышения его экономичности за счет исключения затрат на обеспечение весьма сложной системы газоохлаждения.

Выполнение диафрагм между первой и последней ступенями сборными обеспечивает их прочность при сокращении осевых размеров, принимая во внимание, что малые осевые размеры диафрагм являются одним из необходимых условий работоспособности центробежных компрессоров малой производительности и высокого давления.

Наличие в диафрагмах встроенных теплоизоляционных элементов вместо газоохладителей позволяет повысить политропный КПД за счет снижения тепловых перетоков от последней ступени к первой.

Увеличение толщины теплоизоляционных элементов от первой до последней ступени позволяет гибко регулировать осевой размер диафрагм, определяемый толщиной самого элемента, зависящей от величины температуры потока газа, проходящего через ступень, и рассчитать оптимальный вариант диафрагмы для каждой ступени для обеспечения повышенного в сравнении с прототипом политропного КПД.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежом предпочтительного варианта осуществления, на котором изображен продольный (меридиональный) разрез предлагаемого центробежного компрессора.

Центробежный компрессор содержит корпус 1, в котором установлены ротор 2 с рабочими колесами 3, диафрагмы 4, 5 и сборные диафрагмы 6-11. Между диафрагмами 4, 5 и сборными диафрагмами 6-11 установлены диффузоры 12, обратные направляющие аппараты 13 и поворотные колена 14. Рабочие колеса 3, диффузоры 12, поворотные колена 14 и обратные направляющие аппараты 13 образуют ступени 15. В сборных диафрагмах 6-11 встроены теплоизоляционные элементы 16-21, толщина которых увеличивается от первой до последней ступени.

Центробежный компрессор работает следующим образом. Поток газа, поступая в рабочее колесо 3 ротора 2 первой ступени 15, образованной диафрагмой 4 и сборными диафрагмами 6, 7 корпуса 1, сжимается в нем с повышением давления и температуры и далее, проходя через диффузор 12, поворотное колено 14 и обратный направляющий аппарат 13 входит в рабочее колесо последующей ступени. При движении потока через диффузор 12 его давление и температура еще больше возрастают, а в поворотном колене 14 и обратном направляющем аппарате 13 они изменяются уже незначительно. При прохождении потока газа через последующие ступени температура и давление возрастают еще в большей степени. Встроенные в сборные диафрагмы 6-11 теплоизоляционные элементы 16-21, толщина которых увеличивается от первой 15 до последней ступени, не позволяют тепловому потоку от последних ступеней двигаться в направлении первых ступеней. Изоляция теплового потока между ступенями позволит обеспечить требуемые значения эффективной работы сжатия и отношения давлений центробежного компрессора, а следовательно, повысить его политропный К.П.Д.

Таким образом, предлагаемое техническое решение, в сравнении с прототипом и другими известными техническими решениями, по совокупности существенных признаков обладает технико-экономическим преимуществом, которое обусловлено повышением КПД центробежного компрессора в целом и снижением затрат на его изготовление и обслуживание.