ПАРОВОДЯНОЙ ДЕТАНДЕР Российский патент 1997 года по МПК F04C18/16 

Изобретение относится к машиностроению, конкретно к паровым винтовым расширительным машинам для получения мощности детандерам.

Известна винтовая машина, содержащая корпус, ведущий и ведомый винты, установленные на подшипниковых опорах, впускной и выпускной патрубки для подачи рабочего тела (SU, авт.св. N 1423805, кл. F 04 C 18/16, 1989). Известна также винтовая машина, принятая за ближайший аналог, содержащая корпус, ведущий и ведомый винты, установленные на опорах, впускной и выпускной патрубки для подачи рабочего тела, цилиндр с поршнем для осевой разгрузки ведущего винта (SU, авт.св. N 1146482, кл. F 04 C 18/16, 1985).

Недостатком указанных устройств является возможность проникновения рабочего тела в область подшипников, смазываемых маслом. В случае пароводяного детандера это недопустимо ввиду выхода из строя подшипников. Кроме того, ресурс подшипников невысок вследствие наличия большой радиальной нагрузки на винты.

Технической задачей изобретения является повышение работоспособности подшипниковых опор детандера.

Это достигается тем, что детандер снабжен поясами разгрузки опор от радиальных усилий, размещенных между подшипниковыми опорами и винтами, а паровые и масляные объемы в детандере разделены между собой при помощи уплотнений, выполненных в виде связанных с корпусом и установленных на валах винтов наборов из уплотнительных колец, которые образуют между собой полость отвода пара, связанную с выпускным патрубком и дренажную полость, связанную с атмосферой. Кроме того, пояс разгрузки выполнен в виде двух полостей между валом винта и корпусом, размещенных по диаметральным сторонам вала, одна полость сообщена с впускным, а другая с выпускным патрубками. Кроме того, дренажная полость дополнительно содержит установленную в корпусе разделительную диафрагму, имеющую поверхность контакта с валом. Кроме того, разделительная диафрагма может содержать кольцевую проточку, выполненную посредине поверхности контакта диафрагмы с валом, проточка сообщена с атмосферой, а на вале на поверхности контакта его с диафрагмой в промежутках от проточки до обоих краев диафрагмы могут быть нарезаны резьбы с левым и правым направлением винтов.

На фиг.1 изображен детандер, продольный разрез; на фиг.2 устройство разгрузочного пояса от радиальных усилий; на фиг.3 конструкция уплотнения между паровым и масляным объемами детандера, на фиг.4 конструкция разделительной диафрагмы.

Пароводяной детандер имеет корпус 1, в котором ведущий 2 и ведомый 3 винты установлены на передних 4 и на задних 5 подшипниковых опорах. Винты связаны между собой при помощи синхронизирующих шестерен 6. В корпусе 1 выполнены впускной 7 и выпускной 8 патрубки для подвода и отвода пара. Разгрузка винтов 2 и 3 от радиальных усилий осуществляется при помощи разгрузочных поясов 9, полости 10 и 11 ( фиг.2) которых связаны соответственно с патрубками 7 и 8. Разгрузка ведущего винта 2 в осевом направлении производится с помощью разгрузочного поршня 12, установленного в цилиндре 13. Снятие выходной мощности детандера производится через выходной редуктор 14. Привод масляного насоса15 осуществляется от редуктора 14. Вход насоса 15 связан с маслобаком 16, а выход насоса через охладитель 17 масла и фильтр 18 - с нагнетательным масляным коллектором 19. Уплотнение между паровыми и масляными объемами детандера производится с помощью набора колец 20, установленных на валу. Кольца 20 подпружинены между собой и помещены в стаканы 21. Стаканы 21 могут смещаться друг относительно друга в радиальном направлении, обеспечивая этим хорошее уплотнение между валом и кольцами. Соседние кольца 20 образуют полость 22 отвода пара и дренажную полость 23. В дренажной полости 23 может быть установлена разделительная диафрагма 24. Здесь канал 25 связан с масляным баком 16, а канал 26 с атмосферой. Посредине поверхности контакта диафрагмы с валом выполнена кольцевая проточка 27, сообщенная при помощи канала 28 с атмосферой. На поверхности вала в области контакта его с диафрагмой, а именно от проточки до обоих краев диафрагмы нарезаны резьбы с левым 29 и с правым 30 направлениями витков. Возможна конструкция, когда при гладкой поверхности вала резьбы нарезаны на диафрагме.

Работа детандера осуществляется следующим образом.

Пар под высоким давлением подается во впускной патрубок 7 и приводит во вращение винты 2 и 3. Отработанный пар выходит через выпускной патрубок 8 под давлением, превышающим атмосферное. Пар высокого давления подается в подпоршневое пространство цилиндра 13, и возникающее усилие поршня 12 обеспечивает разгрузку ведущего винта в осевом направлении. Пар высокого давления также подается в полость 10 и обеспечивает создание радиального усилия R, разгружающего подшипниковые опоры. При перетекании пара через перемычки из полости 10 в полость 11 происходит конденсация пара. Образующийся конденсат заполняет зазоры и уменьшает перетечки пара. Таким образом, обеспечивается эффективная радиальная разгрузка опоры при минимальном расходе пара. Масляный насос 15 засасывает масло из маслобака 16 и под давлением подает через фильтр 17 и охладитель 18 в нагнетательный масляный коллектор 19. Из коллектора 19 масло подается в подшипниковые опоры 4 и 5, в редуктор 14 и в синхронизирующие шестерни 6. Затем масло сливается в маслобак 16.

При работе детандера недопустимо попадание масла в паровой объем, а также пара в масляный объем. Пар высокого давления проходит уплотнительные кольца 20 и попадает в полость 22 отвода пара в выпускной патрубок 8. Учитывая, что давление в патрубке 8 превышает атмосферное, то небольшое количество пара вместе с конденсатом через уплотнение попадает далее в дренажную полость 23, связанную с атмосферой. С противоположной стороны набора уплотнительных колец 20 масло из масляного объема проходит через уплотнение и попадает в дренажную полость 23. Соприкосновению пара и масла в дренажной полости 25 препятствует разделительная диафрагма 24. В этом случае масло сливается в маслобак 16 через канал 25, а пар отводится в атмосферу через канал 26.

При вращении вала резьбы 29 и 30 с противоположно направленными витками работают как шнековые насосы, подсасывая воздух из атмосферы через канал 28, и гонят его навстречу потоку масла в канал 25 и навстречу потоку пара и конденсата в канал 26. Таким образом, создается надежная изоляция масляных и паровых объемов и обеспечивается работоспособность детандера.

Использование: в винтовых расширительных машинах для получения мощности. Сущность изобретения: детандер снабжен поясами разгрузки опор от радиальных усилий, которые выполнены в виде двух диаметрально противоположно расположенных полостей между валом и корпусом, связанных с впускным и выпускным патрубками. Паровые и масляные объемы детандера разделены при помощи кольцевых уплотнений, в которых имеется полость для отвода пара и дренажная полость. Последняя может содержать разделительную диафрагму для раздельного отвода масла и паpа. Диафрагма может содержать кольцевую проточку, выполненную посредине поверхности контакта диафрагмы с валом и сообщенную с атмосферой. На поверхности вала или на внутренней поверхности диафрагмы в промежутках от проточки до обоих краев диафрагмы могут быть нарезаны резьбы с левым и с правым направлением витков. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Пароводяной детандер, содержащий корпус, внутри которого размещены основной паровой объем с расположенными в нем ведущим и ведомым винтами, впускным и выпускным патрубками, паровой объем цилиндра с поршнем для осевой разгрузки ведущего винта, передний масляный объем, содержащий передние подшипниковые опоры обоих винтов и выходной редуктор, задний масляный объем, содержащий задние подшипниковые опоры винтов и расположенные на валах винтов синхронизирующие шестерни, отличающийся тем, что детандер дополнительно снабжен поясами разгрузки передней и задней опор ведущего и ведомого винтов от радиальных усилий, размещенных на валах между подшипниковыми опорами и винтами, а паровые и масляные объемы разделены между собой при помощи уплотнений, выполненных в виде связанных с корпусом и установленных на валах винтов наборов из уплотнительных колец, которые образуют между собой полость отвода пара, связанную с выпускным патрубком, и дренажную полость, связанную с атмосферой. 2. Детандер по п.1, отличающееся тем, что пояс разгрузки опор от радиальных сил выполнен в виде двух полостей между валом винта и корпусом, размещенных по диаметрально разным сторонам вала, одна полость сообщена с впускным, а другая с выпускным патрубками. 3. Детандер по пп.1 и 2, отличающееся тем, что дренажная полость дополнительно содержит установленную в корпусе разделительную диафрагму, имеющую поверхность контакта с валом. 4. Детандер по пп.1 3, отличающееся тем, что разделительная диафрагма дополнительно содержит кольцевую проточку, выполненную посредине поверхности контакта диафрагмы с валом, проточка сообщена с атмосферой, а на валу на поверхности контакта его с диафрагмой в промежутках от проточки до обоих краев диафрагмы дополнительно нарезаны резьбы с левым и с правым направлениями витков. 5. Детандер по пп.1 4, отличающееся тем, что на диафрагме на поверхности контакта ее с валом в промежутках от проточки до обоих краев диафрагмы дополнительно нарезаны резьбы с левым и с правым направлениями витков.