Унификация элементов проточных частей центробежных компрессорных машин
Все отрасли народного хозяйства используют центробежные компрессорные машины (ЦКМ), что порождает спрос на эти машины в широком диапазоне производительности, напора и состава среды. Производство ЦКМ при этом является мало-серийным. Требования к срокам проектирования и создания ЦКМ имеют тенденцию к сокращению. Одним из путей обеспечения отраслей промышленности необходимыми типами ЦКМ в кратчайшие сроки проектирования и освоения является их унификация.
На ПО «Невский завод» принята поэлементная унификация ЦКМ. Под элементами ЦКМ подразумевается: рабочее колесо, лопаточный диффузор (ЛД), обратный направляющий аппарат (ОНА), улитка или сборная камера. Унифицированный ряд элементов ЦКМ должен удовлетворять как требованиям потребителя, так и требованиям производителя ЦКМ. Потребителю ЦКМ необходимо, чтобы было обеспечено непрерывное поле по производительности и напору с экономическими показателями, отвечающими современным стандартам компрессоростроения. Производителю желательно иметь минимальное число типоразмеров ЦКМ и технологической оснастки.
В принятой на ПО «Невский завод» унификации непрерывность поля производительностей обеспечивается «густотой» ряда нормализованных наружных диаметров рабочих колес (Ь2). Определяющие размеры ЛД н ОНА связаны с диаметром 02 постоянными соотношениями.
На ПО «Невский завод» принят ряд диаметров Оц, указанный в табл. 1. Ряд образован по закону геометрической прогрессии со средним значением показателя —1,15. На каждый базовый размер допускаются два дополнительных значения Л2 с отклонением от номинала ±4 %.
Унифицируются основные геометрические размеры лопаточных решеток, угол выхода лопаток (5а, относительный радиус кривизны лопаток Ял, относительная толщина лопаток б, относительный радиус центров лопаток Но- Предлагается применять только три типа лопаточных решеток рабочих колес с углами р=48’ 32; 22,5°.
Средние значения относительных геометрических параметров лопаточных решеток рабочих колес приведены в табл. 2. Изменением положения геометрического места центров радиуса профиля лопатки можно использовать одни и те же приспособления для изготовления н контроля профиля. Ширина колес на выходе Ь2, угол наклона покрывающего диска 0, входной диаметр лопаток и диаметр втулки и определяются из газодинамического расчета. Угол наклона покрывающего диска 0 предлагается округлять до целого числа градусов от 0 до 12, ширина Ь2 определяется до ближайшего целого числа, диаметр Ь10о) и & округляются до чисел, кратных пяти.
Остальные геометрические размеры рабочего колеса унифицируются, исходя из прочностных расчетов и технологических соображений. Лопаточный диффузор
Унифицируются следующие четыре основных геометрических параметра: диаметр входа Л3, диаметр выхода 1>4, угол входа лопаток диффузора а3 и угол выхода а4. Средняя линия профиля лопаток являете^ частью окружности. В соответствии с типом рабочих колес угол а3 имеет значения 14; 17; 20°. Угол а4 имеет два значения. Относительный входной диаметр диффузоров 1>3 принимается в пределах от 1,12 до 1,18; относительный выходной диаметр 04 для промежуточной ступени принят равным 1,5; для концевой — 1,4. Густота лопаточной решетки принята ~2. Самым трудоемким элементом в лопаточном диффузоре является профиль лопатки. Варьируя Л3 в указанных пределах, удалось для 78 типоразмеров диффузоров подобрать 16 типоразмеров профилей лопаток. Обратный направляющий аппарат
Размеры лопаточной решетки ОНА связаны с геометрией предшествующего лопаточного диффузора. Диаметр входа Г>5=1>4, угол входа ав=а4. Относительный диаметр выхода ' принят постоянным, угол выхода а=90°. Ширнна ОНА на входе принимается равной ЬЪ=Ь^=Ь3. Угол наклона образующей конической поверхности диафрагмы определяется из газодинамического расчета с округлением до ближайшего целого числа в градусах.
Выводы
Поэлементная унификация ЦКМ на широкое поле параметров позволяет сократить количество типоразмеров основных деталей: диаметр заготовок рабочих колес, профилей лопаток рабочих колес, диффузоров и ОНА.
При базовых размерах и трех типах колес можно ограничиться 17 значениями радиусов лопаток рабочих колес (вместо 39), 16 значениями профилей лопаток ЛД (вместо 78) н 13 значениями геометрии ОНА (вместо 39).
Предварительный анализ показывает, что применение предлагаемого принципа унификации позволяет в несколько раз сократить число основных типоразмеров элементов ЦКМ, а следовательно, оснастки при изготовлении и контроле.
В табл. 3 приведено сравнение числа определяющих размеров для 16 типов ЦКМ, выпускаемых ПО «Невский завод», с числом определяющих размеров из унифицированных элементов.
По мере накопления в результате исследовательских работ новых взглядов на оптимизацию элементов проточной части изложенные принципы унификации должны подвергаться соответствующим изменениям.