ЦЕНТРОБЕЖНАЯ МАШИНА Российский патент 1998 года по МПК F04D29/04 F01D25/16 

Изобретение относится к производству центробежных машин, а именно к созданию опорных подшипниковых узлов валов центробежных машин, и может быть использовано в компрессорах и насосах, турбинах.

Совершенствование конструкций опорных подшипниковых узлов центробежных машин связано с обеспечением несущей способности и долговечности их отдельных элементов при высоких окружных скоростях вращения опорных шеек валов. Использование традиционных подшипников качения не позволяет обеспечить приемлемую долговечность его элементов и требуемый ресурс, исходя из экономичности производства и дальнейшего технического обслуживания при эксплуатации.

С увеличением частоты вращения роторов условия работы подшипников качения ухудшаются, ухудшаются температурные условия, требующие обеспечения устройств активного охлаждения и смазки шарикоподшипников, сокращается долговечность.

В центробежных нагнетателях (а. с. N 1373885) широко применяются сегментные подшипники скольжения, что позволяет использовать повышенные окружные скорости вращения шеек вала ротора с применением сложных систем охлаждения и смазки взаимодействующих элементов пар трения подшипникового узла. Это удорожает нагнетательный агрегат и его обслуживание, кроме того, сложная система охлаждения и смазки снижает уровень надежности нагнетателя в целом.

Центробежный нагнетатель содержит корпус с расположенными в нем статором и ротором, опирающимся на масляные подшипники скольжения, один из которых расположен со стороны крышки, а второй - в корпусе статорной части с другого конца вала ротора.

Одно из перспективных направлений конструктивного совершенствования компрессоров базируется на разработке образцов в безмасляном ("сухом") исполнении (европейская заявка N 0361844). Компрессор содержит корпус, внутри которого расположена газовая камера, изолированная с торцев с помощью сухих воздушных прокладок между статором и ротором от полостей двух опорных и упорного электромагнитных подшипников вала ротора. Одна прокладка образована вблизи впускного отверстия, а вторая - вблизи выпускного отверстия.

Опыт отечественной модернизации компрессора с использованием электромагнитного подвеса и "сухих" уплотнений типа "Джон Крейн" на газоперекачивающем агрегате ГПА-Ц-16 показал, что наряду с положительными моментами модернизации возникают вопросы, связанные с необходимостью применения узлов вспомогательных (страховочных) подшипников с элементами качения (которые поддерживают ротор в случае отказа системы электромагнитного подвеса), требующих сравнительно частой замены не реже, чем после 5-20 подобных отказов.

Проблема заключается в том, что диаметр вала ротора и диаметр шеек под подшипники выбираются из условия обеспечения требуемых жесткостных характеристик вала ротора. Например, для нагнетателей природного газа мощностью 12-25 МВт диаметр шеек вала под подшипник составляет 120-180 мм. Поэтому при таких внутренних диаметрах страховочных подшипников и при скорости вращения ротора 6000-8000 об/мин обеспечить требуемую долговечность страховочных подшипников для нагнетателей на электромагнитном подвесе весьма проблематично.

Целью заявляемого технического решения является устранение указанных недостатков, повышение надежности и экономичности центробежной машины в целом (например, нагнетателя) с учетом обслуживания при эксплуатации.

Поставленная цель достигается тем, что с каждого торца нагнетателя (на крышках или на корпусе) смонтировано не менее трех колес, наружные поверхности которых взаимодействуют с опорными шейками вала ротора, причем диаметр колес больше диаметра шейки вала ротора.

Физическая суть данного предложения заключается в том, что при помощи колес большого диаметра можно снизить скорость их вращения до величин, которые позволяют обеспечить длительную надежную работу подшипников самих колес, что в конечном счете повысит работоспособность нагнетателя в целом.

На фиг. 1 показан центробежный нагнетатель (продольный разрез); на фиг. 2 - вид по стрелкам A и B на торцы компрессора.

Центробежный нагнетатель (см. фиг. 1) содержит корпус 1, снабженный торцевыми крышками 2 и 3, на каждой из которых установлены колеса 6 и 7, взаимодействующие с опорными шейками вала ротора 5 (см. фиг. 2). В данном техническом решении для восприятия осевых нагрузок, действующих на ротор, предусмотрен вариант исполнения, когда на одной из крышек, например 3, смонтированы колеса 7 с фасонной наружной поверхностью 8, которая взаимодействует с соответствующей поверхностью на валу ротора 5. Например, выпуклая сферическая поверхность на валу ротора 5 и вогнутая ответная поверхность 8 на колесе 7. Герметизация нагнетателя по валу ротора выполнена при помощи уплотнений 4.

При вращении ротора 5 колеса 6 и 7 взаимодействуют с опорными шейками вала ротора 5 и воспринимают все радиальные нагрузки, вращаясь с меньшей скоростью вращения ротора во столько раз, во сколько диаметр колеса больше диаметра шейки вала ротора. Например, для нагнетателя природного газа мощностью 16 МВт при диаметре опорных шеек вала ротора 160 мм и диаметре центрирующих колес 480 мм при оборотах ротора 6000 об/мин обороты колес 6 и 7 составляют всего 2000 об/мин, что позволяет колеса 6, 7 установить, например, на радиально-упорных подшипниках качения с традиционной консистентной смазкой, позволяющей обходиться минимальным техобслуживанием, даже при весе ротора 1000 кг, обеспечить требуемую долговечность колес (50000-100000 часов), т.е. и всего нагнетателя в целом.

Действие осевых нагрузок на ротор 5 (в варианте исполнения) воспринимается фасонными поверхностями 8 колес 7, взаимодействующих с соответствующей поверхностью опорной шейки вала ротора 5, препятствуя его осевому смещению.

Таким образом, предложенное техническое решение за счет установки на крышках нагнетателя колес большего диаметра, чем диаметр опорной шейки вала ротора, позволяет осуществить подвеску и центрирование ротора, снизив скорость вращения колес, на которые опирается вал ротора, до величины, которая позволяет достаточно легко обеспечить длительную надежную работу колес даже на подшипниках с телами качения на консистентной смазке, что, в конечном счете, обеспечивает и надежную работу нагнетателя в целом с приемлемой долговечностью конструктивных узлов.

Изобретение может быть использовано в опорных подшипниковых узлах валов центробежных машин. Центробежная машина содержит корпус, снабженный торцевыми крышками, ротор с валом, установленным в опорных подшипниках, и имеет на каждой торцевой крышке не менее трех колес, наружные поверхности которых взаимодействуют с опорными шейками вала ротора. Диаметр колес больше диаметра опорной шейки вала ротора. Снижение скорости вращения колес, на которые опирается вал, по сравнению со скоростью вала позволяет установить колеса на традиционных радиально-упорных подшипниках, что упрощает техобслуживание и обеспечивает надежную работу машины в целом. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Центробежная машина, содержащая корпус, снабженный торцевыми крышками, ротор с валом, установленным в опорных подшипниках, отличающаяся тем, что на каждой торцевой крышке смонтировано не менее трех колес, наружные поверхности которых взаимодействуют с опорными шейками вала ротора, причем диаметр колес больше диаметра опорной шейки вала ротора. 2. Центробежная машина по п.1, отличающаяся тем, что на одной крышке смонтированы колеса с фасонной наружной поверхностью, взаимодействующей с соответствующей опорной поверхностью шейки вала ротора.