Складне робоче колесо відцентрового компресора

Робоче колесо є навантаженим елементом ротора відцентрового компресора. У робочому колесі посадженому на вал ротора з натягом при обертанні колеса з великою коловою швидкістю під дією відцентрових сил виникають великі внутрішні напруги. Крім того, робоче колесо піддається впливу тиску, температури, агресивного робочого середовища, а також вібраційному впливу. Для забезпечення надійної роботи компресора робоче колесо повинно мати достатню втомну міцність, корозійну та ерозійну стійкість, а також досконалу проточну частину для отримання високого ККД компресора.

Спеціалісти «ТРІЗ» розробили конструкцію складного робочого колеса, що задовольняє таким вимогам, як:

• -висока ефективність;
• -можливість вибору матеріалу згідно до умов використання;
• -технологічність;
• -конструкція без використання методу зварювання-паяння;
• -зменшення об’єму механічних та термічних обробок;
• -зниження собівартості.

Складне робоче колесо складається з трьох частин: основного диску із фрезерованими лопатками та покривним кільцевим елементом 1, диску 2 та горловини 3. В якості прототипу обране робоче колесо з зовнішнім діаметром D₂= 397 мм з робочою частотою обертання 10850 об/хв. Складові частини колеса виготовлені з легованої корозійностійкої сталі 34ХН3МА, межа плинності матеріалу σ_0,2 = 800 МПа.

Складові частини складного робочого колеса

Диск 2 і горловина 3 з’єднується з кільцевим покривним елементом цільнофрезерованого основного диска 1 за допомогою посадки з натягом. Циліндричні поверхні складових частин колеса розділені на два пояски: внутрішній 4 та зовнішній 5. Натяг забезпечується по зовнішньому пояску 5.

Складові частини складного робочого колеса

Горловина складного робочого колеса

• 1) виконати фрезерування основного диску з лопатками з покривним кільцевим елементом з цільної заготовки;

• 2) використовувати матеріали, що не підлягають зварюванню;

• 3) зменшити відцентрове навантаження, що діє на диск основний та лопатки, за рахунок зменшення маси цільнофрезерованого основного диску та пружного зв’язку натягу складових частин 2 та 3 з останнім (відцентрова сила діє на кожну частину окремо відповідно до своєї маси);

• 4) забезпечити притискання складових частин 2 та 3 до лопаток основного диску за рахунок посадки з натягом по зовнішнім пояскам 5;

• 5) усунути прослизання складових частин 2 та 3 по посадковим місцям, через відсутність передачі крутного моменту останніми;

• 6) забезпечити компенсацію зміщення центру мас основного диску з лопатками зусиллям від посадки з натягом диска та горловини, що дозволяє зменшити відгин основного диска у бік нагнітання у процесі роботи робочого колеса;

• 7) усунути основний концентратор напруги в місцях з’єднання горловини та лопаток через відсутність жорсткого зв’язку (паяння, зварювання, фрезерування) між елементами;

• 8) зменшити рівень напруги у місцях з’єднання основного диска з лопатками за рахунок зменшення відцентрової сили, що діє на основний диск;

• 9) виключити деформацію каналів та покривних дисків.

Після виготовлення складових частин, збирання робочого колеса, статичного та динамічного балансування проведені випробування на робочих обертах з імітацією посадки робочого колеса на ротор з натягом.

Цільнофрезерований основний диск з лопатками та покривним кільцевим елементом

Складне робоче колесо

Робоче колесо в корпусі стенду для розгону