Złożony wirnik sprężarki odśrodkowej

Koło robocze jest obciążonym elementem wirnika sprężarki odśrodkowej. W kole roboczym osadzonym na wale wirnika z napięciem, podczas obrotów koła z dużą prędkością obwodową, pod wpływem sił odśrodkowych, powstają duże naprężenia wewnętrzne. Ponadto koło robocze poddawane jest działaniu ciśnienia, temperatury, agresywnego środowiska roboczego, a także wpływom wibracyjnym. Aby zapewnić niezawodną pracę sprężarki, koło robocze musi mieć wystarczającą wytrzymałość zmęczeniową, odporność na korozję i erozję oraz doskonałą część przepływową w celu uzyskania wysokiej wydajności sprężarki.

Specjaliści z „TRIZ” opracowali konstrukcję złożonego koła roboczego, które spełnia takie wymagania, jak:

• – wysoka efektywność;
• – możliwość wyboru materiału zgodnie z warunkami użytkowania;
• – technologiczność;
• – konstrukcja bez użycia metody spawania-lutowania;
• – zmniejszenie objętości obróbki mechanicznej i termicznej;
• – obniżenie kosztów produkcji.

Złożone koło robocze składa się z trzech części: głównego dysku z frezowanymi łopatkami i pierścieniowym elementem pokrywy 1, dysku 2 i gardzieli 3. Jako prototyp wybrano koło robocze o zewnętrznej średnicy D₂ = 397 mm i prędkości obrotowej 10850 obr./min. Części składowe koła są wykonane ze stali stopowej odpornej na korozję 34HN3MA, z granicą plastyczności materiału σ_0,2 = 800 MPa.

Części składowe złożonego koła roboczego

Dysk 2 i gardziel 3 są połączone z pierścieniowym elementem pokrywającym frezowanego głównego dysku 1 za pomocą osadzenia z napięciem. Cylindryczne powierzchnie części składowych koła są podzielone na dwa pierścienie: wewnętrzny 4 i zewnętrzny 5. Napięcie jest zapewnione na zewnętrznym pierścieniu 5.

Części składowe złożonego koła roboczego

Gardziel złożonego koła roboczego

• 1) wykonać frezowanie głównego dysku z łopatkami z pierścieniowym elementem pokrywającym z litego półfabrykatu;

• 2) używać materiałów, które nie podlegają spawaniu;

• 3) zmniejszyć obciążenie odśrodkowe działające na główny dysk i łopatki poprzez zmniejszenie masy frezowanego głównego dysku i elastyczne połączenie napięciowe części 2 i 3 z nim (siła odśrodkowa działa na każdą część osobno w zależności od jej masy);

• 4) zapewnić dociśnięcie części 2 i 3 do łopatek głównego dysku za pomocą osadzenia z napięciem na zewnętrznych pierścieniach 5;

• 5) wyeliminować poślizg części 2 i 3 na miejscach osadzenia, z powodu braku przeniesienia momentu obrotowego przez te części;

• 6) zapewnić kompensację przesunięcia środka masy głównego dysku z łopatkami poprzez siłę osadzenia z napięciem dysku i gardzieli, co pozwala zmniejszyć ugięcie głównego dysku w kierunku sprężania podczas pracy koła roboczego;

• 7) wyeliminować główny koncentrator naprężeń w miejscach połączenia gardzieli i łopatek poprzez brak sztywnego połączenia (lutowanie, spawanie, frezowanie) między elementami;

• 8) zmniejszyć poziom naprężeń w miejscach połączenia głównego dysku z łopatkami poprzez zmniejszenie siły odśrodkowej działającej na główny dysk;

• 9) wyeliminować deformację kanałów i dysków pokrywających.

Po wykonaniu części składowych, montażu koła roboczego, statycznym i dynamicznym wyważeniu, przeprowadzono testy przy prędkościach roboczych z symulacją osadzenia koła roboczego na wirniku z napięciem.

Frezowany główny dysk z łopatkami i pierścieniowym elementem pokrywającym

Złożone koło robocze

Koło robocze w korpusie stanowiska rozruchowego