Низкие прочностные свойства клепаного соединения и ограничения, накладываемые этим соединением на конструкцию колеса, тормозят развитие центробежного компрессоростроения.
Основные трудности, возникающие при создании колес сварной конструкции, обусловлены отсутствием металла, сочетающего высокие прочностные и технологические качества, и сложностью выполнения сварки н контроля швов в относительно узких и длинных каналах. Сдерживает внедрение сварки также и более высокая динамическая активность сварных колес из-за меньшего конструктивного демпфирования в них. Это обстоятельство особенно существенно для колес, работающих в ступенях с бездиффузорной улиткой или с лопаточным диффузором, типичных для конструкций ПО «Невский завод».
Разработка и внедрение новых методов исследования и расчета статической напряженности деталей колес позволили путем выбора более рациональных геометрических соотношений снизить напряженность, новые методы построения динамических характеристик колес дали возможность производить отстройку от опасных резонансов по данным лабораторных испытаний. Все это, а также внедрение методов определения конструктивной прочности и освоение в ПО «Невский завод» производства поковок из высокопрочной низколегированной стали марки 14Х2ГМР, позволило в 1979 г. начать внедрение в серийное производство колес сварной конструкции. Предварительно была изготовлена и поставлена на компрессорные станции газопроводов для опытно-промышленной эксплуатации партия (60 шт.) экспериментальных сварных колес.
При разработке конструкции колес стремились не только снизить трудоемкость изготовления и поднять культуру производства, но н повысить прочностные и экономические характеристики агрегатов, а также износостойкость колес.
Особенности конструкции сварных колес ЦКМ. Использование сварки для крепления лопаток к дискам позволяет существенно повысить прочностные и аэродинамические характеристики колес. Однако это достигается лишь при рациональном выборе геометрии деталей. Простая замена клепаного соединения сварным может привести даже к некоторому повышению динамических и статических напряжений, т. е. ухудшить прочностные характеристики.
В клепаных колесах с лопатками, выфрезерованными за одно целое с основным диском, толщина лопатки бл определяется диаметром заклепки й3: б=3+5 мм. Обычно толщина лопатки составляет бп= (0,015-*-4-0,02) В2 (О2 — наружный диаметр колеса). Значительная толщина лопаток обусловливает высокую статическую напряженность дисков.
Характерным для другого типа клепаных колес, со штампованными лопатками, является чрезвычайно высокая напряженность лопаток и заклепок, вызванная усилиями взаимодействия, приложенными к отбортовке лопаток.
В сварных колесах рациональный выбор закона изменения толщины лопаток и дисков позволяет снизить статическую напряженность в опасных сечениях деталей и повысить КПД колес. Это достигается применением профильных лопаток, имеющих существенное утонение на выходных участках. По данным, приведенным в литературе, подтвержденным натурными газодинамическими испытаниями, использование таких лопаток повышает КПД ступени примерно на 1,5 %.