УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ТУРБОКОМПРЕССОРА Российский патент 2000 года по МПК F04D29/58 

Изобретение относится к турбокомпрессору, сжатие газа в котором происходит с использованием центробежной силы, создаваемой крыльчаткой, и в частности, к устройству для охлаждения двигателя турбокомпрессора, эффективно охлаждающего приводной двигатель посредством введения имеющего низкую температуру охлаждающего газа из испарителя в камеру двигателя и преобразующего часть охлаждающего газа, находящуюся в жидком состоянии, в газообразное состояние за счет тепла, выделяемого двигателем в течение его охлаждения, что позволяет отказаться от аккумулятора, используемого для преобразования охлаждающего газа в жидком состоянии в газообразное состояние.

В общем компрессор представляет собой установку для сжатия газа, такого как воздух, охлаждающего газа и т.п. за счет вращения крыльчатки или ротора или движущегося возвратно-поступательно поршня, состоящую из двигателя, являющегося приводом крыльчатки, ротора или поршня и компрессионного устройства для всасывания газа, работающего за счет движущей силы, создаваемой приводным двигателем.

Такая компрессорная установка, в зависимости от расположения в ней двигателя и компрессионного устройства, подразделяется на установку герметизированного типа или раздельного типа. В герметично уплотненном компрессоре (установке) приводной двигатель и компрессионное устройство смонтированы в уплотненном контейнере определенной формы, а в компрессоре раздельного типа приводной двигатель установлен снаружи уплотненного контейнера и создаваемая приводным двигателем движущая сила передается на расположенное в контейнере компрессионное устройство.

Компрессоры герметизированного типа подразделяют на ротационные компрессоры, поршневые компрессоры и компрессоры улиточного типа. Недавно раскрыт турбокомпрессор (или центробежный компрессор), в котором всасывание газа и его сжатие осуществляются с использованием центробежной силы, создаваемой вращающейся крыльчаткой.

На фиг. 1 показана конструкция двухступенчатого турбокомпрессора (изобретенная автором настоящей заявки), защищенная патентом Кореи N 97-64567. Как показано на фиг. 1, известный двухступенчатый турбокомпрессор включает камеру 13 двигателя, в которой в зоне центральной части герметично уплотненного контейнера 10 установлен приводной двигатель 20, создающий движущую силу. По обеим сторонам контейнера 10 предусмотрены, соответственно, первая компрессионная камера 11, сообщающаяся с аккумулятором, и вторая компрессионная камера 12.

Кроме того, во внутренней верхней части контейнера 10, вдоль его внутренней периферийной поверхности и наружной периферийной поверхности камеры 13 для двигателя имеется канал 14 для потока газа, с помощью которого компрессионные камеры 11 и 12 сообщаются с полостью камеры 13. В стенке камеры 13, образующей нижнюю поверхность канала 14, выполнено входное отверстие 13a, через которое в камеру 13 проходит часть сжатого на первой ступени компрессора охлаждающего газа, идущего по каналу 14 из первой компрессионной камеры 11 во вторую компрессионную камеру 12, чем обеспечивается охлаждение двигателя 20. Попавший в камеру 13 через отверстие 13a, охладивший приводной двигатель 20 газ, выходит через выходное отверстие 13b, выполненное в стенке камеры 13, в канал 14 и далее идет во вторую компрессионную камеру 12.

Расположенный в камере 13 связанный с двигателем 20 приводной вал 30 обоими концами выходит в компрессионные камеры 11 и 12, соответственно. На концах вала 30 зафиксированы первая и вторая крыльчатки 40 и 50, предназначенные для засасывания и сжатия охлаждающего газа, причем диаметр каждой крыльчатки со стороны всасывания газа меньше ее диаметра со стороны сжатия и выпуска газа, при этом они имеют коническую форму, хорошо видную на фиг. 1, если смотреть на вал 30.

Компрессионные камеры 11 и 12 содержат, каждая, вращающееся направляющее устройство (не показано), сообщающееся с каналом 14 для потока газа, и предназначенные для направления всосанного газа, первый и второй диффузоры 11a, а также первую и вторую улитки 11b и 12b для преобразования кинетической энергии охлаждающего газа, давление которого было увеличено крыльчатками 40 и 50, в энергию постоянной величины.

Связанный с двигателем 20 приводной вал 30 установлен по обеим сторонам от двигателя в радиальных подшипниках 60 в камере 13. Опорами вала 30 с наружной стороны каждого подшипника 60 и у внутренних стенок обеих сторон камеры 13 служат упорные подшипники 70, в которых фиксированно установлен вал 30.

На чертежах ссылочным номером 10a обозначен всасывающий канал, а 10b - выходной канал.

Ниже, со ссылкой на приложенные чертежи, приведено описание работы известного двухступенчатого турбокомпрессора.

В известном двухступенчатом турбокомпрессоре вращение приводного вала 30 с высокой скоростью обеспечивается индукционной магнитной силой, в свою очередь, вызываемой индукционным магнитным полем, наводимом в приводном двигателе 20 при его включении. Вращение крыльчаток 40 и 50, зафиксированных на обеих концах приводного вала 30, соответственно, обеспечивает всасывание охлаждающего газа из испарителя (не показан) в первую компрессионную камеру 11.

Поскольку охлаждающий газ, засосанный в компрессионную камеру 11, имеет низкую температуру, часть его на этом этапе находится в жидком состоянии. При продолжении процесса сжатия эффективность сжатия значительно уменьшается. Поэтому, для перевода части охлаждающего газа из жидкого состояния в газообразное с последующим поступлением в таком состоянии в первую компрессионную камеру, между испарителем и первой компрессионной камерой 11 установлен аккумулятор.

Охлаждающий газ, засасываемый в первую компрессионную камеру 11 из испарителя через аккумулятор при вращении крыльчаток 40 и 50, попадает в первое вращающееся направляющее устройство и затем ускоряется первой крыльчаткой 40. Ускоренный таким образом охлаждающий газ вводится через первый диффузор 11a в первую улитку 11b и тем самым подвергается первой ступени сжатия.

За счет силы, создаваемой вращением второй крыльчатки 50, сжатый на первой ступени газ засасывается через канал 14 во вторую компрессионную камеру 12.

Одновременно часть сжатого газа, засасываемого во вторую компрессионную камеру 12, через канал 14 для потока газа попадает через входное отверстие 13a, выполненное на нижней поверхности канала 14, а именно в верхней стенке камеры 13, в полость камеры 13, где охлаждает приводной двигатель 20, и выходит через выходное отверстие 13b, также выполненное в верхней стенке камеры 13, в канал 14, где соединяется с первым потоком сжатого газа и засасывается во вторую компрессионную камеру 12.

Первично сжатый газ, засосанный во вторую компрессионную камеру 12 усилием, созданным вращающейся второй крыльчаткой 50, направляется вторым вращающимся направляющим устройством и ускоряется крыльчаткой 50, после чего ускоренный таким образом охлаждающий газ проходит через второй диффузор 12a во вторую улитку 12b, где он подвергается второй ступени сжатия. Затем вторично сжатый охлаждающий газ выгружается через выходной канал 10b в конденсатор (не показан).

Поскольку в течение процесса сжатия газа приводной вал 30 непрерывно вращается без нагрузки, он может смещаться в радиальном или осевом направлениях. Решить проблему предотвращения смещения вала 30 в радиальном и осевом направлениях помогают радиальные подшипники 60, расположенные по обеим сторонам приводного двигателя 20, и упорные подшипники 70, расположенные снаружи подшипника 60.

В известном двухступенчатом турбокомпрессоре засасывание охлаждающего газа из испарителя в компрессионные камеры 11 и 12 осуществляется центробежной силой, создаваемой вращающимися крыльчатками 40 и 50, закрепленными на обеих концах приводного вала 30, соответственно. Одновременно приводной двигатель 20 охлаждается первично сжатым газом.

Однако вследствие охлаждения приводного двигателя в известном двухступенчатом турбокомпрессоре газом, имеющим высокую температуру и первично сжатым в первой компрессионной камере, эффективность охлаждения уменьшается.

Кроме того, поскольку в известном двухступенчатом турбокомпрессоре охлаждающий газ, вводимый из испарителя в первую компрессионную камеру, имеет низкую температуру, часть этого газа находится в жидком состоянии. В случае непосредственного сжатия охлаждающего газа, частично находящегося в жидком состоянии, эффективность сжатия значительно уменьшается. Поэтому, с целью увеличения эффективности сжатия, газ вводится в первую компрессионную камеру в газообразном состоянии, будучи предварительно полностью переведен в это состояние из частично жидкого состояния с помощью дополнительно устанавливаемого аккумулятора, удорожающего стоимость компрессора.

Соответственно, задачей настоящего изобретения является создание устройства для охлаждения двигателя турбокомпрессора, позволяющего решать упомянутые проблемы известных конструкций компрессоров.

Другой задачей настоящего изобретения является создание устройства для охлаждения двигателя турбокомпрессора, позволяющего увеличить эффективность охлаждения приводного двигателя путем непосредственного введения имеющего низкую температуру охлаждающего газа из испарителя в камеру двигателя.

Другой задачей настоящего изобретения является создание устройства для охлаждения двигателя турбокомпрессора, позволяющего уменьшить стоимость компрессора за счет полного перевода части охлаждающего газа, находящегося в жидком состоянии, вводимого из испарителя в первую компрессионную камеру, в газообразное состояние без использования аккумулятора.

Для достижения упомянутых задач предусмотрено устройство для охлаждения двигателя турбокомпрессора, которое включает идущую от испарителя всасывающую трубу для охладителя, сообщающуюся с уплотненным контейнером через одну его боковую стенку; первую трубу для потока охладителя, сообщающуюся с уплотненным контейнером через другую его боковую стенку, и сообщающуюся с первой компрессионной камерой; вторую трубу для потока охладителя, через которую первая компрессионная камера сообщается со второй компрессионной камерой; и трубу для выгрузки охладителя, сообщающуюся со второй компрессионной камерой и с конденсатором.

Дополнительные преимущества, признаки и другие задачи изобретения будут более очевидными из нижеследующего описания.

Настоящее изобретение будет более понятным из приведенного здесь подробного описания и приложенных чертежей, только иллюстрирующих, но не ограничивающих настоящее изобретение, на которых:
фиг. 1 - вертикальный вид в разрезе, иллюстрирующий конструкцию известного двухступенчатого турбокомпрессора; и
фиг. 2 - вертикальный вид в разрезе, иллюстрирующий конструкцию турбокомпрессора с устройством для охлаждения двигателя, в соответствии с настоящим изобретением.

Устройство для охлаждения двигателя турбокомпрессора, в соответствии с настоящим изобретением, будет пояснено ниже со ссылкой на приложенные чертежи.

Как показано на фиг. 2, в турбокомпрессоре, включающем камеру, в которой установлен приводной двигатель 120, герметично уплотненный контейнер 110, в котором с целью сжатия охлаждающего газа, засосанного с обеих сторон контейнера, первая и вторая компрессионные камеры 111 и 112 сообщаются между собой, приводной вал 130, связанный с приводным двигателем 120, оба конца которого выходят в первую и вторую компрессионные камеры 111 и 112, соответственно, первую и вторую крыльчатки 140 и 150, закрепленные на обеих концах приводного вала 130, служащие для сжатия охлаждающего газа в соответствии со способом двухступенчатого центробежного сжатия, устройство для охлаждения двигателя турбокомпрессора содержит идущую от испарителя трубу 113 для всасывания охладителя (охлаждающий газ), сообщающуюся с контейнером 110 через его одну боковую стенку, первую трубу 114 для потока охладителя, сообщающуюся с контейнером 110 через его другую боковую стенку, и с первой компрессионной камерой 111; вторую трубу 115 для потока охладителя, через которую первая компрессионная камера 111 сообщается со второй компрессионной камерой 112; и выгружную трубу 116, сообщающуюся со второй компрессионной камерой 112 и конденсатором. Труба 113 для всасывания охладителя и первая труба 114 для потока охладителя сообщаются по обе стороны приводного двигателя 120.

Кроме того, трубы 113 и 114 сообщаются по обе стороны приводного двигателя 120 для облегчения прохода потока охлаждающего газа в полость контейнера 110.

На фиг. 2 ссылочным номером 160 обозначен радиальный подшипник, а ссылочным номером 170 - упорный подшипник.

Ниже будет пояснена работа турбокомпрессора, имеющего устройство для охлаждения его двигателя, в соответствии с настоящим изобретением.

В турбокомпрессоре с устройством охлаждения двигателя, в соответствии с настоящим изобретением, при вращении приводного вала 130 двигателем 120 вращаются закрепленные на его обеих концах крыльчатки 140 и 150, соответственно, чем обеспечивается всасывание из испарителя через трубу 113 охлаждающего газа, имеющего низкую температуру.

Охлаждающий газ, засосанный в трубу 113, проходит через уплотненный контейнер 110 и далее в трубу 114, поскольку труба 113 сообщается с контейнером 110.

Одновременно, засосанный из испарителя через трубу 113 в полость контейнера 110 охлаждающий газ с низкой температурой охлаждает приводной двигатель 120, поскольку камера, где установлен двигатель, выполнена в полости контейнера 110.

Кроме того, часть охлаждающего газа, засосанного из испарителя в уплотненный контейнер 110, находится в жидком состоянии. Однако при прохождении охлаждающего газа, находящегося частично в жидком состоянии, через полость уплотненного контейнера 110 указанная жидкая фаза полностью переходит в газообразное состояние за счет тепла, выделяемого работающим приводным двигателем 120, и охладитель в газообразном состоянии выходит в первую трубу 114 для потока охладителя. Охлаждающий газ из трубы 114 засасывается в первую компрессионную камеру 111, ускоряется первой крыльчаткой 140 и струей проходит через первый диффузор 111a в первую улитку 111b с осуществлением тем самым первой ступени его сжатия.

Таким образом первично сжатый охлаждающий газ всасывается по второй трубе 115 во вторую компрессионную камеру 112, сообщающуюся с первой компрессионной камерой 111, ускоряется второй крыльчаткой 150 и струей идет через второй диффузор 112a во вторую улитку 112b с осуществлением тем самым второй ступени его сжатия, после чего вторично сжатый охлаждающий газ через выпускную трубу 116, сообщающуюся с конденсатором, выходит в последний, чем и завершается процесс сжатия охлаждающего газа.

Кроме того, соединение контейнера 110 и всасывающей трубы 113 может быть выполнено на основе однотрубного соединения. С этой целью концевой участок всасывающей трубы 113, идущей от испарителя или аккумулятора, может быть разделен на несколько соединительных участков для возможности ее соединения с контейнером 110 по обе стороны приводного двигателя 120, так же как и первая труба 114, которая подобно трубе 113 может быть соединена с контейнером 110 по обе стороны приводного двигателя 120, в результате чего в контейнере 110 обеспечивается эффективный поток охлаждающего газа, что способствует увеличению эффективности работы компрессора.

Настоящее изобретение может быть с успехом применено для конструкции, в которой всасывающие участки обеих крыльчаток 140 и 150 расположены напротив друг друга. Как указывалось выше, поскольку в устройстве, в соответствии с настоящим изобретением, засосанный из испарителя вращением обеих крыльчаток, имеющий низкую температуру охлаждающий газ проходит через полость герметично уплотненного контейнера и далее в первую компрессионную камеру, он непосредственно охлаждает приводной двигатель, благодаря чему возрастает эффективность охлаждения двигателя.

Кроме того, жидкая фаза идущего от испарителя охлаждающего газа и проходящего через полость уплотненного контейнера полностью переходит в газообразное состояние в течение охлаждения приводного двигателя. Поэтому в настоящем изобретении нет необходимости в использовании удорожающего компрессор аккумулятора для обеспечения полного перехода жидкой фазы охлаждающего газа в газообразное состояние, что упрощает конструкцию компрессора.

В то время как предпочтительные воплощения настоящего изобретения были раскрыты здесь для иллюстративных целей, специалисту понятно, что в изобретение без отклонения от его объема и существа, определенных приложенными пунктами формулы изобретения, могут быть внесены дополнения, выполнены замены и модификации.

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к устройствам для охлаждения приводного двигателя турбокомпрессора. Устройство, с целью увеличения эффективности охлаждения приводного двигателя за счет непосредственного введения имеющего низкую температуру охлаждающего газа из испарителя в камеру двигателя, содержит всасывающую трубу для охлаждающего газа, сообщающуюся с уплотненным контейнером через его одну боковую стенку и идущую из испарителя, первую трубу для потока охлаждающего газа, сообщающуюся с указанным контейнером через его другую боковую стенку и сообщающуюся с первой компрессионной камерой, вторую трубу для потока охлаждающего газа, через который первая компрессионная камера сообщается со второй компрессионной камерой, и выпускную трубу для охлаждающего газа, сообщающуюся со второй компрессионной камерой и конденсатором. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Турбокомпрессор, включающий камеру, в которой установлен приводной двигатель, герметически уплотненный контейнер, в котором первая и вторая компрессионные камеры сообщаются между собой для обеспечения сжатия охлаждающего газа, всасываемого с обеих сторон контейнера, приводной вал, связанный с приводным двигателем, оба конца которого выходят в первую и вторую компрессионные камеры, первую и вторую крыльчатки, закрепленные на обоих концах приводного вала, служащие для сжатия охлаждающего газа в соответствии со способом двухступенчатого центробежного сжатия газа, устройство для охлаждения двигателя турбокомпрессора, которое содержит всасывающую трубу для охлаждающего газа, сообщающуюся с уплотненным контейнером через его одну боковую стенку и идущую из испарителя, первую трубу для потока охлаждающего газа, сообщающуюся с уплотненным контейнером через его другую боковую стенку и сообщающуюся с первой компрессионной камерой, вторую трубу для потока охлаждающего газа, через которую первая компрессионная камера сообщается со второй компрессионной камерой, и выпускную трубу для охлаждающего газа, сообщающуюся со второй компрессионной камерой и конденсатором. 2. Турбокомпрессор по п. 1, отличающийся тем, что всасывающая труба и первая труба для потока охлаждающего газа сообщаются по обе стороны приводного двигателя.