радиальный нагнетатель

Формула изобретения

Радиальный нагнетатель, содержащий корпус и размещенные в нем осерадиальный направляющий аппарат и рабочее колесо, отличающийся тем, что осерадиальный входной направляющий аппарат на выходе в радиальном направлении последовательно содержит два участка, стенки первого из которых в осевом сечении изогнуты относительно входа по внутреннему радиусу, а стенки второго участка имеют кривизну противоположного знака.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к турбомашиностроению, а именно к лопаточным нагнетателям необъемного типа.

Известен радиальный нагнетатель, содержащий корпус и размещенные в нем осерадиальный входной направляющий аппарат и рабочее колесо, в котором осерадиальный входной направляющий аппарат на выходе в радиальном направлении содержит участок, стенки которого в осевом сечении изогнуты относительно входа по внутреннему радиусу (Диксон С.Л. Механика жидкостей и газов, термодинамика турбомашин.-М., Машиностроение, 1981, с. 153, рис. 7.1.).

В таком радиальном нагнетателе на выходе из осерадиального входного направляющего аппарата поток рабочей среды не достигает строго радиального направления и натекает на лопатки рабочего колеса под углом к плоскости вращения последнего, обусловливая тем самым низкую эффективность радиального нагнетателя в целом. Кроме того, на выходе из осерадиального входного направляющего аппарата величина скорости потока у внешней относительно входа стенки больше величины скорости потока у противоположной внутренней стенки, т.е. наблюдается неравномерность потока на выходе. Это приводит к тому, что величина угла натекания потока рабочей среды на лопатки рабочего колеса меняется вдоль оси радиального нагнетателя, что также снижает эффективность последнего.

Наиболее близким из известных к изобретению является радиальный нагнетатель, содержащий корпус и размещенные в нем низкооборотное колесо первой ступени и рабочее колесо второй ступени (Авт. св. СССР N 1216435, МКИ кл. F 04 D 1/06, 03.04.84), принятое в качестве прототипа. В этой конструкции радиального нагнетателя низкооборотное колесо первой ступени является осерадиальным входным направляющим аппаратом, стенки которого в осевом сечении изогнуты относительно входа по внутреннему радиусу.

Недостатком радиального нагнетателя по прототипу является также его низкая эффективность. Хотя в таком радиальном нагнетателе поток рабочей среды на выходе из низкооборотного колеса первой ступени имеет практически радиальное направление, однако, сохраняется его неравномерность. При прохождении через колесо первой ступени поток по инерции стремится к поверхности, изогнутой по большему радиусу, т.е. величина скорости потока на выходе является переменной по ширине колеса. Последнее, с учетом углового вращения рабочего колеса, соответственно обусловливает разность углов натекания потока на лопатки рабочего колеса по его ширине. Поскольку существует оптимальный угол атаки потока на лопатки рабочего колеса, то очевидно, что в таком известном радиальном нагнетателе режим натекания потока на лопатки рабочего колеса в целом отличается от оптимального, обусловливая тем самым низкую эффективность нагнетателя.

Кроме того, неравномерность поля скоростей вызывает повышенные пульсации давления, что приводит к ухудшению виброакустических характеристик радиального нагнетателя.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, а именно - повышение эффективности радиального нагнетателя в широком диапазоне за счет оптимизации потока в его проточной части.

Указанная цель достигается тем, что в известном радиальном нагнетателе, содержащем корпус и размещенные в нем осерадиальный входной направляющий аппарат и рабочее колесо, осерадиальный входной направляющий аппарат, согласно изобретению, на выходе в радиальном направлении последовательно содержит два участка, стенки первого из которых в осевом сечении изогнуты относительно входа по внутреннему радиусу, а стенки второго участка имеют кривизну противоположного знака.

По сравнению с прототипом изобретение имеет новую совокупность общих существенных признаков, т.е. отвечает критерию "новизны".

Отличительный признак изобретения: осерадиальный входной направляющий аппарат на выходе в радиальном направлении последовательно содержит два участка, стенки первого из которых в осевом сечении изогнуты относительно входа по внутреннему радиусу, а стенки второго участка имеют кривизну противоположного знака - в известных из науки и техники решениях не обнаружен.

Таким образом, можно утверждать, что изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Выполнение осерадиального входного направляющего аппарата предложенным образом позволяет обеспечить большую степень деформации потока при прохождении его через осерадиальный входной направляющий аппарат. В связи с этим, поток рабочей среды при изменении направления движения с осевого на радиальное, на первом участке, стенки которого в осевом сечении изогнуты относительно входа по внутреннему радиусу, по инерции стремится к поверхности, изогнутой по большему радиусу. Далее, на втором участке, стенки которого имеют кривизну противоположного знака, поток стремится к противоположной поверхности. Тем самым происходит выравнивание потока рабочей среды на выходе из осерадиального входного направляющего аппарата и, следовательно, угол натекания потока на лопатки рабочего колеса является постоянным по ширине последнего. Таким образом, поток рабочей среды на входе в рабочее колесо является радиальным и равномерным, обеспечивая работу рабочего колеса в оптимальном режиме и, тем самым, повышая эффективность радиального нагнетателя.

Кроме того, за счет обеспечения равномерности потока на входе в рабочее колесо и, следовательно, уменьшения пульсаций давления, улучшаются виброакустические характеристики радиального нагнетателя.

Видно, что только совокупность всех общих существенных признаков изобретения обеспечивает достижение цели.

Как видно на чертеже, предложенный радиальный нагнетатель содержит корпус 1 и размещенные в нем осерадиальный входной направляющий аппарат 2 и рабочее колесо 3. Осерадиальный входной направляющий аппарат 2 на выходе в радиальном направлении последовательно содержит два участка 4 и 5, стенки первого из которых 6 и 7 в осевом сечении изогнуты относительно входа в осерадиальный входной направляющий аппарат 2 по внутреннему радиусу, т.е. центр кривизны (не показан) в этом случае расположен во внутреннем квадранте, образованном осевым направлением со стороны входа и радиальным направлением со стороны выхода. Стенки 8 и 9 второго участка 5 имеют кривизну противоположного знака с центром кривизны, лежащим в полуплоскости по другую сторону от входа относительно радиального направления со стороны выхода.

Движение потока рабочей среды в предложенном радиальном нагнетателе происходит следующим образом. При вращении рабочего колеса 3 при помощи привода (не показан) на входе в проточную часть нагнетателя образуется разрежение. За счет этого поток входит в осерадиальный входной направляющий аппарат 2, где меняет свое направление движения с осевого на радиальное. При этом на первом участке 4, стенки 6 и 7 которого в осевом сечении изогнуты относительно входа по внутреннему радиусу, по инерции стремится к поверхности 6, изогнутой по большему радиусу. Далее, на втором участке 5, стенки 8 и 9 которого имеют кривизну противоположного знака, поток стремится к противоположной поверхности 9. Тем самым происходит выравнивание потока рабочей среды на выходе из осерадиального входного направляющего аппарата 2 и, следовательно, угол натекания потока на лопатки рабочего колеса 3 является постоянным по ширине последнего. Таким образом, поток рабочей среды на входе в рабочее колесо 3 является радиальным и равномерным, обеспечивая работу рабочего колеса 3 в оптимальном режиме и тем самым повышая эффективность радиального нагнетателя в целом.

Предложенный радиальный нагнетатель по сравнению с прототипом в связи с высокой эффективностью позволит снизить энергоемкость оборудования в целом, а также за счет низких уровней шума и вибрации позволит улучшить условия обитаемости в помещениях, где устанавливается радиальный нагнетатель, и предотвратить возникновение вибраций, вредно воздействующих на надежность трубопроводов и связанных с ним механизмов.