РЕДУКТОРНЫЙ КОМПРЕССОР ДЛЯ СЖАТИЯ КИСЛОРОДА Российский патент 1997 года по МПК F04D17/12 F04D17/08 

Изобретение относится к редукторному компрессору для сжатия кислорода согласно ограничительной части основного пункта формулы.

До настоящего времени кислород подвергают сжатию главным образом с помощью так называемых классических, многоступенчатых компрессоров с одним валом и, в зависимости от конечного давления, в многокорпусных компрессорах. Такой многокорпусный, многоступенчатый компрессор известен из патента Франции 2419416. Крыльчатки отдельных ступеней сжатия расположены на валах, приводимых от редуктора, смазываемых маслом. Каждый вал установлен в подшипнике, расположенном в корпусе редуктора.

Кислород можно сжимать также с помощью редукторных компрессоров, если учитывать следующие конструктивные признаки. Так, смазочное масло для подшипников и рабочее вещество кислород тщательно отделяют друг от друга по причинам опасности взрыва. Поэтому в таких компрессорах система уплотнений (лабиринты), расположенных между подшипниками и крыльчатками, значительно увеличена и выполнена как многокамерная система.

Поэтому перевес между центром тяжести крыльчатки и серединой опоры будет несоразмерно большим, что неизбежно приводит к ротационно-динамическим свойствам. В частности, в последних ступенях компрессора, где кислородное давление и скорость вращения ротора высоки, из-за большого перевеса при малых возбуждениях (нарушениях) или в начальной стадии компрессора имеется опасность высоких амплитуд колебаний.

Из-за легкого касания вращающихся частей вследствие колебаний можно точно достигнуть температуры воспламенения металла в кислородной атмосфере с высокой степенью сжатия. Весь компрессор или по меньшей мере, относящиеся к нему ступени сгорают в этом случае при высоких температурах. Поэтому редукторные компрессоры такого типа и конструкции находятся всегда под угрозой возгорания.

В основе изобретения стоит задача, заключающаяся в том, чтобы при сжатии кислорода в редукторном компрессоре содержать отдельно друг от друга сжатый кислород и смазочное масло и одновременно достигнуть благоприятных ротационно-динамических свойств для редукторного компрессора.

Эта задача решается с помощью заявленного редукторного компрессора благодаря отличительным признакам основного пункта формулы изобретения. Наиболее выгодные варианты выполнения изобретения даны в зависимых пунктах.

В заявленном редукторном компрессоре между корпусом редуктора, имеющем смазочное масло, и ступенью компрессора с рабочим веществом в виде кислорода имеется промежуточное пространство, которое открыто для доступа окружающей атмосферы. Благодаря этому промежуточному пространству кислород и смазочный материал отделены друг от друга.

В кислороде, возможно входящем через уплотняющие прокладки вала ступени компрессора, снижается давление, и он разряжается, так что соединение его возможно выходящим смазочным маслом не может больше привести к взрыву. Нахождение роторного вала в опорах в удерживающем положении позволяет очень небольшой перевес центра тяжести крыльчатки при одновременно утолщенном вале ротора. Поэтому ротационно-динамическая стабильность улучшается и предотвращается возникновение возможных растущих амплитуд колебаний, которые могут привести к касанию вращающихся частей в камере, наполненной кислородом.

Таким образом, возможное спокойное и равномерное вращение крыльчатки еще более усиливается благодаря использованию магнитного шарикоподшипника согласно пункту 3 формулы изобретения. Благодаря заявленному исполнению выгодные свойства редукторного компрессора оптимальные КПД ступеней и большая регулируемость в полной мере могут использоваться для сжатия кислорода.

Многие примеры выполнения изобретения представлены на чертежах и объясняются более подробно ниже.

Фиг.1 продольное сечение редукторного компрессора.

Фиг.2 деталь Z согласно фиг.1.

Фиг. 3 и 4 соответственно продольное сечение редукторного компрессора согласно другим формам выполнения.

Представленный редукторный компрессор служит для сжатия кислорода и содержит четыре ступени уплотнения, т.е. на фиг. 1 слева показаны первая и третья ступени 1, 3 компрессора, тогда как вторая и четвертая ступени компрессора 2, 4 указаны только с помощью концов вала.

Ступени компрессора 1-4 приводятся в действие с помощью смазанного маслом редуктора. Редуктор содержит внутри корпуса 5 центральное приводное зубчатое колесо 6, находящееся в зацеплении с шестерней 7. Каждая шестерня 7 расположена на валу ротора 8, на конце которого, развернутом от шестерни 7, имеется крыльчатка 9 одной ступени компрессора 1-4.

Каждый вал 8 ротора своей стороной, развернутой от крыльчатки 9, в корпусе редуктора 5 опирается на смазанный маслом подшипник 10, выполненный как подшипник скольжения с самоустанавливающими сегментами. Вставление вала 8 ротора в корпус 5 редуктора выполнено герметично с одной стороны с помощью крышки 11, а с другой стороны с помощью уплотнительной прокладки 12 вала, на которую поступает нагрузка запирающего воздуха в отличие от свободной атмосферы.

Отдельная, выполненная в виде пластины 13 удерживающая конструкция расположена на двух противоположных сторонах на некотором расстоянии от корпуса 5 редуктора. Пластины 13 соединены с корпусом редуктора 5 при помощи удерживающей распорки 14 и установлены вместе с корпусом редуктора 5 на основании, не показанном здесь. Между пластинами 13 образован, таким образом, промежуток, по которому проходит воздух окружающей среды.

Каждая ступень компрессора 1-4 имеет крыльчатку 9, которая вращается в корпусе 15. Корпус компрессора 15 имеет входную секцию 16 и закрыт сзади стенкой 17. Задняя стенка 17 корпуса компрессора 15 укреплена на пластине 13, так что на пластинах 13 базируются ступени компрессора 1-4.

Вал 8 ротора каждой ступени компрессора 1-4 проходит сквозь пластину 13 и здесь устанавливается на дополнительный подшипник 18. В качестве последнего может использоваться гидравлический подшипник (скольжения) с самоустанавливающими сегментами, смазанный смазочным материалом, совместимым с кислородом, например, водой.

Дополнительный подшипник 18 может быть выполнен как магнитный шарикоподшипник. Такого рода шарикоподшипники известны. Они управляют валом посредством регулировочных магнитных полей. С помощью таких магнитных шарикоподшипников вал 8 ротора направлен точно и с возможностью самоуравновешивания.

При отказе магнитной системы магнитных шарикоподшипников компрессор выключается, и вал ротора 8 устанавливается на вспомогательный подшипник. Этот вспомогательный подшипник расположен в начальной ступени 16 корпуса 15 компрессора. Вспомогательный подшипник состоит из конического улавливающего подшипника 19, имеющего коническое кольцо 20, опирается на цилиндры 21 и охватывает конический участок ступицы 22 крыльчатки 9. Коническое кольцо 2 улавливающего подшипника 19 удерживается с помощью электромагнита 23 навстречу усилию пружины 24 на некотором расстоянии от ступицы 22.

При отказе магнитной системы магнитного шарикоподшипника электромагнит 23 бездействует, а пружина 24 прижимает коническое кольцо 20 подшипника к ступице 22, благодаря чему крыльчатка 9 устанавливается без зазора и может надежно работать. Вал ротора 8 имеет внутри задней стенки 17 корпуса 15 компрессора короткую герметичную прокладку 25, предотвращающую проникновение наружного воздуха, выполненную как керамическое, сухое, на газовой смазке поплавковое кольцевое уплотнение.

При этом кислород утечек вместе с запирающим воздухом может вводиться в вытяжную систему. Он мог бы также улетучиваться без проблем в машинный зал. В отличие от смазываемых маслом подшипников с помощью этого конструктивного принципа можно герметизировать роторы с большими диаметрами.

Описанный монтаж на опоры вала 8 ротора с дополнительным подшипником 18 в пластине 13 и с смазываемым маслом 1 в корпусе редуктора 5 при наличии только оной крыльчатки 9 на валу 8 ротора дает благоприятные рычажные соотношения в смазываемом маслом подшипнике 10.

Отойдя от этого выполнения вал 8 ротора может, однако, как представлено на фиг. 3, быть установлен на другом смазываемом маслом подшипнике 26, который расположен с другой стороны шестерни 7 в корпусе редуктора 5. В этом случае дополнительный подшипник 18, в частности, при использовании магнитного шарикоподшипника, прежде всего выполняет функцию подшипника с осевой фиксацией или демпферного подшипника.

Согласно фиг. 4 каждый вал 8 ротора, приводимый в движение шестерней 7, имеет две крыльчатки 9. Позади каждой такой крыльчатки 9 расположен дополнительный подшипник, выполненный как магнитный шарикоподшипник, действующий как подшипник с осевой фиксацией или демпферный подшипник.

Благодаря расположению вала 8 ротора вблизи крыльчатки 9 получается очень ограниченный перевес центра тяжести крыльчатки 9. В то же время диаметр вала 8 ротора увеличен, что возможно благодаря использованию керамического, сухого, на газовой смазке поплавкового уплотнения в качестве уплотнения для вала 25.

Ограниченный перевес центра тяжести крыльчатки и увеличенного диаметра вала 8 ротора уменьшают подверженность крыльчатки 9 колебаниям, так что избегают большие амплитуды колебаний и достигается более спокойное вращение. Промежуточная камера, содержащая большое количество окружающей атмосферы и расположения между корпусом 5 редуктора, имеющем смазочное масло, и ступенями компрессора 1-4, транспортирующими кислород, служит для тщательного разделения смазочного масла и кислорода. Все это уменьшает опасность возгорания редукторного компрессора, так что налицо надежный редукторный компрессор для сжатия кислорода. Изобретение может применяться также для сжатия других газов, не только кислорода, когда требуется абсолютное обезмасливание сжатого газа в области ниже ppm.

Редукторный компрессор для сжатия кислорода. Сущность изобретения: редукторный компрессор для сжатия кислорода содержит одну или несколько ступеней компрессора (1-4), расположенных на валах (8) ротора и помещенных, соответственно, в корпус (15) компрессора. Валы (8) ротора приводятся в движение при помощи укомплектованного, смазанного маслом редуктора и установлены на подшипниках (10) в корпусе (5) редуктора. Для отделения смазочного масла от сжатого кислорода и для достижения благоприятных ротационно-динамических свойств валы (8) ротора установлены дополнительно на подшипниках (18) в удерживающей конструкции, которая поддерживает корпус (15) компрессора и расположена на расстоянии от корпуса (5) редуктора и отделена от него окружающей атмосферой. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Редукторный компрессор для сжатия кислорода, содержащий одну или несколько ступеней, имеющих установленные на валах ротора, размещенные в собственных корпусах, и редуктор, служащий для передачи вращения от привода к валам роторов, размещенных в подшипниках, один из которых расположен в расточке стенки корпуса редуктора, отличающийся тем, что корпуса компрессоров установлены с зазором относительно корпуса редуктора, компрессор снабжен опорной перегородкой, расположенной в указанном зазоре, и размещенными в ней дополнительными подшипниками для валов роторов, причем корпуса ступеней закреплены на опорной перегородке. 2. Компрессор по п. 1, отличающийся тем, что каждый дополнительный подшипник имеет смазку, совместимую с кислородом. 3. Компрессор по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный подшипник выполнен в виде магнитного шарикоподшипника. 4. Компрессор по п. 3, отличающийся тем, что ротор каждой ступени в области ступицы имеет подшипник, установленный с возможностью осевого перемещения до контакта до ступицы ротора. 5. Компрессор по пп. 1 4, отличающийся тем, что вал каждого ротора установлен в двух смазываемых маслом подшипниках, размещенных в стенках корпуса редуктора, а дополнительный подшипник выполнен с осевой фиксацией или как демпферный подшипник. 6. Компрессор по пп. 1 5, отличающийся тем, что на валу ротора ступени установлены две крыльчатки и между каждой крыльчаткой и опорной стенкой расположен магнитный шарикоподшипник.