МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ПРИВОДНОЙ МНОГОВАЛОВЫЙ ТУРБОКОМПРЕССОР Российский патент 1999 года по МПК F04D17/12 F04D29/58 

Изобретение касается многоступенчатого приводного многовалового турбокомпрессора с последовательно включенным с точки зрения потока рабочими колесами, причем на одном или нескольких расположенных параллельно друг другу валах-шестернях закреплено два или большее количество рабочих колес компрессора, которые отнесенные к валам-шестерням, приводятся в действие непосредственно с помощью центральной шестерни или косвенно с помощью валов-шестерен на окружности центральной шестерни, причем в следующих за ступенями низкого давления (первый или первый и второй вал-шестерни) ступенях высокого давления на конце вала-шестерни в направлении корпуса привода последовательно расположено несколько рабочих колес в одинаковом направлении протекания от всасывающего патрубка с промежуточным включением дискового диффузора.

В вышеупомянутом случае передача мощности на рабочие колеса компрессора может осуществляться с помощью вала-шестрени привода через центральную шестерню, через вал-шестерню рабочего колеса компрессора или центральной шестерни, через промежуточные шестерни, через вал-шестерню рабочего колеса компрессора.

Для решения возникающих при высоких общих соотношениях давлений относительно высоких частот вращения валов-шестерен проблем в соответствии с патентом ФРГ N 4234739 в следующих за ступенями низкого давления (первый или второй вал-шестерня) ступенях, начиная со второго или с третьего вала-шестерни, по меньшей мере на одном валу-шестерне последовательно расположено несколько рабочих колес с промежуточным включением дискового диффузора и отводного кольца.

Недостатком в этой конструкции является то, что при более высоких соотношениях давлений групп ступеней после каждого рабочего колеса не осуществляется промежуточное охлаждение.

Представленное в выложенной заявке ФРГ N 2518628 решение, при котором соответственно пара рабочих колес расположена на валу-шестерне задней стороной к задней стороне, допускает такое промежуточное охлаждение, однако с точки зрения динамики ротора скорее создает ухудшения, так как в данном случае из-за расположенных между корпусом привода и рабочим колесом радиальных всасывающих патрубков образуется большое удаление центра тяжести выступающей части ротора относительно опоры вала-шестерни.

Задача изобретения заключается в том, чтобы создать приводной многоваловый турбокомпрессор, который исключает выше упомянутые недостатки уровня техники и где при постоянной частоте вращения можно увеличить общий коэффициент полезного действия и общее соотношение давлений, не примиряясь с недостатками с точки зрения динамики ротора.

Решение задачи осуществляется таким образом, как это указано в основном пункте формулы изобретения. Дополнительные пункты формулы изобретения предназначены для предпочтительного усовершенствования изобретения. В соответствии с изобретением это достигается благодаря тому, что в следующих за ступенями низкого давления (первый или первый и второй валы-шестерни) ступенях расположено несколько рабочих колес в одинаковом направлении протекания друг за другом от конца вала-шестерни в направлении корпуса привода с промежуточным включением промежуточного выходного корпуса, промежуточного охладителя, а также промежуточного входного корпуса для последующей ступени.

При этом удаление центра тяжести выступающей части вала остается таким же, как и в решении в соответствии с патентом ФРГ N 4234739, в частности, при образовании спирального корпуса с симметричным расположением сечений спирали относительно выходов рабочих колец, а именно в промежуточном выходном корпусе асимметрично в направлении концы вала-шестерни, а в выходном корпуса в направлении корпуса привода.

При этом ступени низкого давления могут выполняться как обычные отдельные ступени с большей поглощающей способностью и большой окружной скоростью, в большинстве случаев в рабочими колесами в виде полуоткрытой конструкции без дисковой крышки. Ступени высокого давления в группах ступеней в большинстве случаев выполняются с рабочими колесами с дисковой крышкой, однако в первой ступени групп ступеней высокого давления от дисковой крышки также можно отказаться.

Если рабочие колеса групп ступеней высокого давления соединяются друг с другом с помощью торцовых зубьев и центральных болтов, внутренний корпус может выполняться при горизонтально неразделенном наружном корпусе также горизонтально неразделенным.

Если рабочие колеса по соображениям динамики ротора жестко соединяются друг с другом, это требует горизонтального разделения по меньшей мере внутреннего корпуса промежуточного входного корпуса.

В результате изменения направления протекания образуется многоваловый радиальный расширитель, в котором благодаря включению промежуточного выходного корпуса и промежуточного входного корпуса может использоваться возможность промежуточного перегрева газа.

Путем совместного расположения групп ступеней компрессора и радиального расширителя на одном валу-шестерне и соответственно ступеней компрессора и радиального расширителя с высокой поглощающей способностью в части низкого давления можно реализовать максимальные общие соотношения давлений турбокомпрессоров и радиальных расширителей только с одним приводом.

Сущность изобретения поясняется ниже чертежами, на которых показано:
на фиг. 1 - сечение плоскости разъема турбокомпрессора в соответствии с уровнем техники,
на фиг. 2 - сечение плоскости разъема производного многовалового турбокомпрессора с традиционным валом низкого давления и валом высокого давления нового типа,
на фиг. 3 - сечение группы ступеней в соответствии с изобретением с горизонтально неразделенными, внутренними корпусами,
на фиг. 4 - сечение группы ступеней в соответствии с изобретением с горизонтально разделенными промежуточным корпусом,
на фиг. 5 - комбинацию в соответствии с изобретением многовалового турбокомпрессора (слева) и радиального расширителя (справа).

На фиг.1 представляется сечение горизонтальной плоскости разъема известного приводного многовалового турбокомпрессора. Турбокомпрессор в всасывающим патрубком (7) и выходным корпусом (2) оснащен валом (6) низкого давления с отдельными ступенями I и II с рабочими колесами (8) полуоткрытой конструкции без дисковой крышки, а также валом (6) высокого давления с группами ступеней III, IV, а также V, VI.

На валу высокого давления расположено соответственно два рабочих колеса (25) компрессора в одинаковом направлении потока. Промежуточно включены дисковые диффузоры (9) и отводные кольца (10).

Фиг. 2 показывает сечение горизонтальной плоскости разъема турбокомпрессора в соответствии с изобретением. При этом часть низкого давления оснащена традиционным валом (6) низкого давления с отдельными ступенями I и II с рабочими колесами (8) полуоткрытой конструкции без дисковой крышки и валом (6) высокого давления со ступенями III и IV, а также V и VI с рабочими колесами (25) с дисковой крышкой. Газ в ступени III входит аксиально через всасывающий патрубок (7) в рабочее колесо (25) и через промежуточный выходной корпус (13) вновь выходит из компрессора. После осуществленного промежуточного охлаждения (промежуточный охладитель 24) газ через промежуточный всасывающий патрубок (4) вновь поступает в группу ступеней III-IV этого конца вала-шестерни (6) и после протекания через рабочее колесо (25) ступени IV покидает группу ступеней III-IV через выходной корпус (2).

Соответствующее относится также к группе ступеней V-VI.

Фиг. 3 показывает вертикальный продольный разрез группы ступеней III-IV или V-IV приводного многовалового турбокомпрессора в соответствии с изобретением.

При этом обе ступени группы ступеней III-IV или V-IV расположены в горизонтально неразделенном наружном корпусе (18). Всасывание для первого рабочего колеса (25) осуществляется аксиально через всасывающий патрубок (7), который расположен в горизонтально неразделенном внутреннем корпусе (15).

В этом внутреннем корпусе (15) после рабочего колеса (25) расположен также промежуточный выходной корпус (13), через соединительный патрубок которого (на чертеже не показан) в наружном корпусе (18) газ выходит к промежуточному охладителю (на чертеже не показано). Через промежуточный всасывающий патрубок (4) газ вновь поступает в группу ступеней. Так как оба рабочих колеса (25) перед монтажом на валу-шестерне (6) жестко соединены друг с другом с помощью соединительной втулки (20), внутренний корпус (17a, 17b) должен быть выполнен горизонтально разделенным камерой всасывания. После покидания второго рабочего колеса (25) газ через выходной корпус (2) по патрубку (на чертеже не показан) на наружном корпусе (18) выходит из группы ступеней. Промежуточный выходной корпус (13) и выходной корпус (2) расположены относительно поперечного сечения потока асимметрично относительно выходов (23) предвключенных рабочих колес (25), а именно, в промежуточном выходном корпусе (13) первой ступени в направлении осевого всасывающего патрубка (7), а в выходном корпусе (2) второй ступени в направлении корпуса (1a, 1b) привода. Благодаря этому обеспечивается необходимое место для внутреннего корпуса (17a, 17b) с камерой всасывания, не удлиняя конец вала-шестерни по сравнению с известным решением (фиг. 1).

Оба соединенных жестко друг с другом с помощью соединительной втулки (20) рабочих колеса (25) с помощью торцевых зубьев (11) и центрального крепежного винта (12) закреплены на валу-шестерне. Соединение рабочих колес друг с другом осуществляется в данном случае путем запрессовки в горячем состоянии рабочих колес (25) в соединительную втулку (20).

Фиг. 4 показывает расположение ступеней в соответствии с фиг. 3, выполненных в виде многовалового радиального расширителя. При этом газ через не показанный здесь патрубок на наружном корпусе (18) и через входной корпус (2a) смежной с корпусом привода (верхняя часть 1a корпуса привода, нижняя часть 1b корпуса привода) ступени поступает в группу ступеней и после прохождении через рабочее колесо (25a) через внутренний корпус с выходной камерой (16) и расположенный на наружном корпусе (18) патрубок выходит из группы ступеней.

После внешнего промежуточного перегрева газ через расположенный на наружном корпусе (18) патрубок (на чертеже не показан) и промежуточный входной корпус (13a) расположенного на конце вала-шестерни рабочего колеса (25a) и направляющие лопатки (21) поступает в рабочее колесо (25a).

После покидания рабочего колеса (25a) газ отводится через осевой выходной патрубок (7a).

Так как в данном случае оба рабочих колеса (25a) с помощью торцовых зубьев (11) соединены друг с другом, внутренний корпус (16) не требуется разделять горизонтально для монтажа выходной камерой.

Наконец фиг. 5 показывает комбинацию приводного многовалового турбокомпрессора в соответствии с изобретением (левая половина чертежа и многовалового радиального расширителя в соответствии с изобретением (правая половина чертежа), которые расположены на общем корпусе (1) привода на общем валу-шестерне (6).

Ступень 1 низкого давления приводного многовалового турбокомпрессора соответствует ступени IIIa низкого давления многовалового радиального расширителя в нижней части фиг.5.

Ступени II, III высокого давления приводного многовалового турбокомпрессора и ступени Ia, IIa высокого давления многовалового радиального расширителя можно видеть в верхней части фиг. 5.

Выходные корпуса (2) на стороне компрессора соответствуют входным корпусам (2a) радиального расширителя.

Промежуточному выходному корпусу (13) соответствует промежуточной входной корпус (13a), промежуточному всасывающему патрубку (4) соответствует промежуточный выпускной патрубок (4a). Для осевого всасывающего патрубка 97) в данном случае действителен осевой выпускной патрубок (7a), который выполнен в виде выходного диффузора, а для дискового диффузора (9) в многоваловом радиальном расширителе - дисковое кольцевое пространство (9a).

Рабочим колесам (8, 25) компрессора в радиальном расширителе соответствуют рабочие колеса (8a, 25a).

Перечень условных обозначений
1 - корпус привода
1a - верхняя часть корпуса привода
1b - нижняя часть корпуса привода
2 - выходной корпус в компрессорах
2a - входной корпус в радиальных расширителях
3 - приводной вал центральной шестерни
4 - промежуточный всасывающий патрубок компрессора
4a - промежуточный выпускной патрубок радиального расширителя
5 - центральная шестерня
6 - вал-шестерня со ступенями компрессора и/или радиального расширителя
7 - осевой всасывающий патрубок для ступеней компрессора
7a - осевой выпускной патрубок для ступеней радиального расширителя
8 - рабочее колесо ступени низкого давления компрессора
8a - рабочее колесо ступени низкого давления расширителя
9 - дисковый диффузор в компрессоре, с лопатками или без лопаток
9a - дисковый диффузор в радиальном расширителе, с лопатками или без лопаток
10 - отводное кольцо компрессора
11 - торцевые зубья (для муфт типа "Хирт")
12 - центральный крепежный винт для торцевых зубьев
13 - промежуточный выходной корпус в компрессорах
13a - промежуточный входной корпус в радиальных расширителях
14 - уплотнение вала
14a - горизонтально разделенная верхняя часть уплотнения вала
14b - горизонтально разделенная нижняя часть уплотнения вала
15 - горизонтально неразделенный внутренний корпус со спиралями
16 - горизонтально неразделенный внутренний корпус с выпускной камерой
17 - горизонтально разделенный внутренний корпус с камерой всасывания
17a - верхняя часть горизонтально разделенного внутреннего корпуса с камерой всасывания
17b - нижняя часть горизонтально разделенного внутреннего корпуса с камерой всасывания
18 - горизонтально неразделенный наружный корпус
19 - уплотнение рабочего колеса
19a - верхняя часть горизонтально разделенного уплотнения рабочего колеса
19b - нижняя часть горизонтально разделенного уплотнения рабочего колеса
20 - соединительная втулка
21 - направляющие лопатки в дисковой кольцевой камере
22 - направляющие лопатки в камере всасывания
22a - направляющие лопатки в выпускной камере
23 - выход рабочего колеса компрессора
23a - выход рабочего колеса радиального расширителя
24 - промежуточный охладитель
24a - промежуточный нагреватель
25 - рабочее колесо групп ступеней высокого давления компрессора
25a - рабочее колеса групп ступеней высокого давления радиального расширителя
I, II, III, IV, V, VI - последовательность рабочих колес в направлении протекания в компрессоре
Ia, IIa, IIIa, IVa, Va, VIa - последовательность рабочих колес в направлении протекания в радиальном расширителеи

Турбокомпрессор предназначен для нагнетания газа с высоким давлением. Последовательно включенные с точки зрения потока рабочие колеса 25 закреплены на одном или нескольких расположенных параллельно друг другу валах-шестернях 6. Валы-шестерни 6 приводят в действие с помощью центральной шестерни 5 или косвенно с помощью валов-шестерен на окружности центральной шестерни 5. При этом в зоне ступеней II и III высокого давления на валу-шестерне 6 расположено два или большее количество рабочих колес 25 компрессора в одинаковом направлении протекания с промежуточным включением дискового диффузора 9. Между промежуточным выходным корпусом 13 и промежуточным всасывающим патрубком 4 расположен промежуточный охладитель 24. В радиальном расширителе используется аналогичное расположение ступеней Iа, IIа, IIIa при противоположном направлении протекания газа. Данная компоновка позволяет при постоянной частоте вращения увеличить КПД и повысить давление без увеличения выступающей части ротора относительно опоры вала шестерни. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Многоступенчатый приводной многоваловый турбокомпрессор с последовательно включенными с точки зрения потока рабочими колесами, причем на одном или нескольких расположенных параллельно друг другу валах-шестернях закреплено по меньшей мере два рабочих колеса компрессора, которые относительно к валам-шестерням снабжены приводом непосредственно от центральной шестерни или косвенно от валов-шестерен на окружности центральной шестерни, причем в следующих за ступенями низкого давления (первый или первый и второй валы-шестерни) ступенях высокого давления на конце вала шестерни в направлении корпуса привода последовательно расположено несколько рабочих колес в одинаковом направлении протекания от всасывающего патрубка с промежуточным включением дискового диффузора, отличающийся тем, что непосредственно за дисковым диффузором 9 расположен промежуточный выходной корпус 13, обеспечивающий подачу к промежуточному охладителю 24 и затем в промежуточный всасывающий патрубок 4 для последующей ступени с выходным корпусом 2. 2. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что промежуточный выходной корпус 13 выполнен в виде спирального корпуса. 3. Турбокомпрессор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что промежуточный выходной корпус 13, отнесенный к выходу 23 рабочего колеса, имеет в направлении всасывающего патрубка 7 на конце вала-шестерни асимметричное поперечное сечение потока и выходной корпус 2 этой группы ступеней имеет асимметричное поперечное сечение потока относительно выхода 23 рабочего колеса в направлении корпуса 1 привода. 4. Турбокомпрессор по пп.1-3, отличающийся тем, что приводной многоваловый турбокомпрессор путем изменения направления потока, т.е. вход газа происходит через входной корпус 2а, а выход газа через осевой выходной диффузор 7а, выполнен в виде многовалового радиального расширителя. 5. Турбокомпрессор по п.4, отличающийся тем, что выходной корпус 2 ступеней высокого давления приводного многовалового турбокомпрессора выполнен в виде входного корпуса 2а многовалового радиального расширителя, причем дисковый диффузор 9 ступеней высокого давления приводного многовалового турбокомпрессора выполнен в виде входной дисковой кольцевой камеры 9а многовалового радиального расширителя, при этом рабочие колеса 25 приводного многовалового турбокомпрессора выполнены в виде рабочих колес 25а многовалового радиального расширителя, причем промежуточный всасывающий патрубок 4 приводного многовалового турбокомпрессора выполнен в виде промежуточного выпускного патрубка 4а многовалового радиального расширителя, а промежуточный выходной корпус 13 приводного многовалового турбокомпрессора выполнен в виде промежуточного входного корпуса 13а многовалового радиального расширителя, и всасывающий патрубок 7 приводного многовалового турбокомпрессора выполнен в виде выпускного патрубка 7а многовалового радиального расширителя. 6. Турбокомпрессор по пп.1-5, отличающийся тем, что группы ступеней высокого давления приводного многовалового турбокомпрессора и многовалового радиального расширителя расположены на одних и тех же валах-шестернях 6.1