СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАЗГРУЗКИ ПОДШИПНИКОВЫХ ОПОР РОТОРОВ ВИНТОВОГО ДОЖИМАЮЩЕГО КОМПРЕССОРА Российский патент 1995 года по МПК F04C18/16 

Изобретение относится к компрессоростроению, в частности к способам регулирования разгрузочных сил, действующих на подшипниковые опоры роторов винтового дожимающего компрессора при изменении режима его работы.

Введение в конструкцию разгрузочных устройств, компенсирующих радиальные и осевые силы, позволяет расширить диапазон работы винтовых компрессоров в области больших перепадов давлений. Известно множество технических решений, позволяющих разгружать осевые и радиальные силы в отдельности и совместно (авт.св. СССР N 435359, 519556, 525804, 922317, 1346853).

Эти технические решения, выполненные в виде разгрузочных устройств, способствуют снятию части нагрузок, действующих на подшипниковые опоры в осевом и радиальном направлениях. Разгружающая сила в этих разгрузочных устройствах создается за счет разности давлений, так как одна из полостей разгрузочного устройства связана с источником высокого давления (например, давления нагнетания), а другая с источником низкого давления (например, давления всасывания).

Но для обеспечения надежной работы винтового дожимающего компрессора, особенно при больших давлениях газа на всасывании и перепаде давлений на компрессоре, а также при переменных режимах работы компрессора, необходимо согласование разгрузочных сил с газовыми силами с целью обеспечения нормальных условий работы подшипниковых опор.

Изменение сил разгрузки в зависимости только от перепада давления на разгрузочном устройстве не обеспечивает полного согласования газовых сил и сил разгрузки на переменных режимах работы компрессора. В дожимающих винтовых компрессорах значительное влияние на газовые силы оказывает давление газа на всасывании.

Известно техническое решение, в котором осевая нагрузка, действующая на подшипниковые опоры, регулируется путем изменения количества всасываемого газа (заявка Японии N 6415484, кл. F 04 C 18/16, опублик. 1989).

Недостатком такого решения является то, что для обеспечения допустимых осевых нагрузок, действующих на подшипниковые опоры, газовые силы ограничиваются понижением давления всасывания и при этом снижается весовая производительность компрессора.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ разгрузки осевого усилия ведущего ротора путем регулирования подачи масла в разгрузочное устройство от источника давления (насоса) с помощью двух независимых регуляторов, один из которых связан по импульсу с давлением всасывания, а другой с давлением нагнетания (заявка Японии N 64-2795, кл. F 04 C 18/16, опублик. 1989).

Этот способ регулирования разгрузки основан на изменении только одного параметра перепада давления на компрессоре и не учитывает влияния давления всасывания. В связи с этим данный способ не обеспечивает согласования разгрузочных сил с осевыми газовыми силами.

Технической задачей изобретения является повышение надежности винтового дожимающего компрессора путем поддержания величины осевых и радиальных сил, действующих на подшипниковые опоры винтового дожимающего компрессора на допустимых уровнях на всех режимах его работы.

Поставленная задача достигается тем, что по способу регулирования разгрузки подшипниковых опор роторов винтового дожимающего компрессора, заключающемуся в подаче среды в разгрузочное устройство от источника давления в зависимости от перепада давления компрессора, изменение давления среды в разгрузочном устройстве ведут в зависимости от давления всасывания и перепада давления винтового дожимающего компрессора на всех режимах его работы.

Известно, что крутящие моменты, действующие на ведущий и ведомый винты, определяются формулой
M_кр= 975
(1) где N мощность сжатия винтового компрессора;
n число оборотов ротора.

К определению крутящих моментов, действующих на роторы, можно подойти и с другой стороны. Известно, что
М_кр F ˙R (2) где F равнодействующая газовой силы, действующая на профиль винтовой части ротора;
R средний радиус ротора.

Учитывая, что величины n, R величины постоянные, работа сил сжатия при адиабатическом процессе оценивается формулой
N_ад= P_вс·v_вс· -1,
(3) где P_вс давление всасывания винтового дожимающего компрессора;
V_вc производительность винтового компрессора приведенная к условиям всасывания;
π степень повышения давления;
К показатель адиабаты газа (для конкретного газа величина постоянная).

Приравняв уравнения (1) и (2) и подставив вместо уравнения (3), получают
975 R·F;
(4)
P_вс·v_вс· -1= F
(5)
Обозначив постоянное значение А, получают
F
(6) т. е. равнодействующая газовой силы, действующая на профильную поверхность ротора винтового дожимающего компрессора, изменяется от давления всасывания и степени повышения давления при постоянном значении производительности винтового дожимающего компрессора.

Формулу (6) можно выразить через зависимость F f(P_вс; ΔР), подставив вместо π значение π +1 (7)
На фиг. 2 представлены зависимости осевых (вверху) и радиальных (внизу) составляющих равнодействующей газовой силы от перепада давления компрессора при различных давлениях всасывания, полученных при испытании компрессора ГВ-18/35С (максимальное давление всасывания до 35 кг/см² и перепад давления до 50 кг/см²).

Равнодействующая газовой силы, действующая на профильные поверхности ротора, вызывает соответствующие реакции на подшипниковых опорах в осевом и радиальном направлениях. Для обеспечения оптимальной нагрузки на подшипниковые опоры в радиальном и в осевом направлении необходимо условие
F (8) где P_п.ос и P_п.рад оптимальные нагрузки на подшипники в осевом и радиальном направлениях (величина постоянная на всех режимах работы компрессора);
Р_ос и F_рад осевые и радиальные газовые силы;
F_{разгр.ос} и F_{разгр.рад} осевые и радиальные силы разгрузки.

Для того, чтобы кривые разгрузочных и газовых сил проходили относительно друг друга эквидистантно во всем диапазоне изменения перепада давления при различных давлениях всасывания на расстоянии, определяемом оптимальными нагрузками (Р_п.ос; P_п.рад), необходимо, чтобы разгрузочные силы изменялись от двух параметров: перепада давления и давления всасывания. Характеристики регулирования разгрузки представлены на фиг.3. Любая несогласованная разгрузка осевых и радиальных сил ведет либо к перегрузке подшипниковых опор, либо к ее неустойчивой работе.

Сопоставительный анализ заявленного решения с прототипом показывает, что изменение давления среды в разгрузочном устройстве ведут в зависимости от параметров давления всасывания и перепада давления винтового дожимающего компрессора на всех режимах его работы. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "новизна". Сравнение заявленного решения с известными техническими решениями в данной области техники не позволяли выявить в них признаки, отличающие заявленное решение от известных, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлена схема, реализующая указанный способ; на фиг.2 график зависимости осевых (сплошные) и радиальные (штриховые) сил от перепада давления при различных давлениях всасывания (при Р_вс 10, 20, 30, 35 кг/см²); на фиг.3 график зависимости разгрузочных сил, эквидистантно следующих за соответствующими газовыми силами в зависимости от перепада давления компрессора при значениях давления всасывания (P_вс 20, 35 кг/см²).

Схема, реализующая указанный способ, (фиг.1) содержит ротор 1 винтового дожимающего компрессора, который установлен на стороне всасывания на опорно-разгрузочном устройстве 2 и на стороне нагнетания на опорном 3 и упорном 4 подшипниках, датчики 5, 6, сумматор 7 регулятора 8 насоса 9, маслобак 10, полости 11, 12 разгрузочного устройства от осевых сил и полость 13 разгрузочного устройства от радиальных сил.

Способ регулирования разгрузки подшипниковых опор роторов винтового дожимающего компрессора осуществляется следующим образом.

При изменении перепада давления компрессора и давления всасывания изменяются радиальные и осевые составляющие газовых сил, действующих на роторы винтового дожимающего компрессора, при этом импульсы давлений всасывания и нагнетания через датчики 5 и 6 поступают в сумматор 7, где оба сигнала преобразуются в сигнал перепада давления и давления всасывания и суммируются по заданному закону изменения газовых сил, определяемых для конкретного винтового дожимающего компрессора.

Далее просуммированный сигнал воздействует на регулятор 8, который управляет давлением среды, подаваемой в полости 11, 12 и 13 разгрузочного устройства насосом 9 из маслобака 10. В данной схеме приведено опорно-разгрузочное устройство.

Вследствие изменения давлений в полостях 11, 12 и 13 разгрузочного устройства по закону, определяемых сумматором 7, возникают изменяющиеся разгрузочные силы, которые направлены противоположно равнодействующим газовым силам, действующим на ротор как в радиальном, так и в осевом направлениях. Вследствие этого на опорные 3 и упорные 4 подшипники винтового дожимающего компрессора действуют постоянные по величине усилия, которые поддерживаются по величине в допустимых пределах (формула 8), что повышает надежность и долговечность подшипниковых опор на всех режимах работы винтового дожимающего компрессора.

Сущность изобретения: подают среду в разгрузочное устройство от источника давления в зависимости от перепада давления компрессора. Изменение давления среды в устройстве ведут в зависимости от давления всасывания и перепада давления винтового дожимающего компрессора. 3 ил.

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАЗГРУЗКИ ПОДШИПНИКОВЫХ ОПОР РОТОРОВ ВИНТОВОГО ДОЖИМАЮЩЕГО КОМПРЕССОРА, заключающийся в подаче среды в разгрузочное устройство от источника давления в зависимости от перепада давления компрессора, отличающийся тем, что изменение давления среды в разгрузочном устройстве ведут в зависимости от давления всасывания и перепада давления винтового дожимающего компрессора.