БЕСКОРПУСНАЯ ВЫСОКОСКОРОСТНАЯ ТУРБОМАШИНА Российский патент 2003 года по МПК F01D15/00 

Изобретение относится к турбостроению, более конкретно к холодильной (в частности криогенной) или компрессорной технике, и касается малогабаритных высокоскоростных турбомашин, таких как турбодетандер или турбокомпрессор.

Данное изобретение может найти широкое применение в самых различных областях народного хозяйства, например в технологии хладопереработки пищевых продуктов.

Известны высокоскоростные турбомашины, в частности турбодетандер, содержащие снабженный блоком подшипников скольжения вал с, по меньшей мере, одной скоростной лопаточной ступенью, а также, по меньшей мере, один газовый коллектор и коллектор подвода смазки (см., например, патент РФ 2003931, кл. F 25 B 11/00 за 1993 г.). Данная турбомашина имеет силовой корпус, который обеспечивает крепежные силовые связи основных рабочих элементов турбомашины.

При наличии такого корпуса возможны деформации и изменения формы взаимного расположения основных рабочих элементов, а также не исключены при этом и изменения заданного взаимного расположения этих элементов. Кроме того, технология изготовления турбомашины характеризуется значительной сложностью, так как в процессе изготовления, в частности при прессовке основных элементов в корпус, отсутствует взаимозаменяемость деталей, таким образом, нарушается принцип построения серийного производства, то есть принцип групповой технологии. Тем самым существенно усложняется основной принцип серийного производства, так называемый принцип групповой технологии.

В данной турбомашине, следовательно, технический результат, поставленный изобретением, не достигается.

Известны также более совершенные высокоскоростные турбомашины, в частности турбодетандеры, содержащие снабженный блоком подшипников скольжения вал с, по крайней мере, одной лопаточной ступенью, а также, по меньшей мере, один газовый коллектор и коллектор подвода смазки (см. патент РФ 2027957, кл. F 25 B 11/00 за 1993 г.).

В данной турбомашине также имеется силовой корпус, и она имеет все те недостатки, которые характеризуют предыдущий аналог. Следовательно, технический результат, поставленный изобретением, у этой турбомашины также не достигается.

Задача данного изобретения - создание высокотехнологичной малогабаритной турбомашины, преимущественно турбодетандера или турбокомпрессора, у которой практически исключены изменение заданной формы и взаимного расположения рабочих элементов.

Технический результат, достигаемый изобретением, - устранение крепежных силовых связей у основных рабочих элементов турбомашины и, тем самым, устранение возможных деформаций и исключение изменения формы и взаимного расположения этих элементов, а также улучшение технологии изготовления.

Данный технический результат достигается тем, что бескорпусная высокоскоростная машина содержит снабженный блоком подшипников скольжения вал с, по крайней мере, одной лопаточной ступенью и тонкостенную обечайку, установленную с зазором по отношению к направляющему аппарату и блоку подшипников и образующую с первым газовый коллектор, а со вторым - коллектор подвода смазки, при этом блок подшипников скольжения установлен с возможностью выполнения функций всех силовых связей турбомашины, а тонкостенная обечайка герметично соединена с рабочими элементами лопаточной ступени и блока подшипников посредством гибких элементов.

Еще в большей степени этот технический результат достигается тем, что вал выполнен с прямолинейным профилем продольного сечения на участке расположения блока подшипников скольжения; к блоку подшипников прикреплены лабиринтное уплотнение, направляющий аппарат и покрывная щека рабочего колеса лопаточной ступени; тонкостенная обечайка выполнена из эластичного материала.

На чертеже схематически изображен бескорпусной высокоскоростной одноступенчатый турбодетандер как один из вариантов турбомашины, характеризующей предложенное изобретение.

К таким машинам могут быть также отнесены турбокомпрессоры, турбохолодильники, соответственно как одноступенчатые, так и многоступенчатые.

Бескорпусной высокоскоростной турбодетандер содержит вал 1 с блоком 2 подшипников скольжения, одну лопаточную ступень с направляющим аппаратом 3 и рабочим колесом 4, газовый коллектор 5, коллектор 6 подвода смазки (смазка может быть либо масляная, либо газовая). Турбодетандер содержит также тонкостенную обечайку 7, установленную с зазором по отношению к направляющему аппарату 3 и блоку 2 подшипников. Эта обечайка и образует с направляющим аппаратом 3 газовый коллектор 5, а с блоком 2 подшипников - коллектор 6 подвода смазки. Вал 1 выполнен с прямолинейным профилем продольного сечения на участке расположения блока подшипников скольжения. К блоку 2 подшипников жестко прикреплено лабиринтное уплотнение 8, направляющий аппарат 3 и покрывная щека 9 рабочего колеса 4. Тонкостенная обечайка соединена посредством гибких элементов 10 с рабочими элементами лопаточной ступени и блока 2 подшипников.

Таким образом, турбомашина не имеет силового корпуса, а все функции силовых связей выполняет блок 2 подшипников. Турбомашина содержит подпятник 11 и дистанционное кольцо 12. Обечайка может быть выполнена из эластичного материала, например резины.

Работает турбодетандер следующим образом. Сжатый газ от соответствующего источника (не показан) с давлением 5-6 ата поступает в коллектор 5, а затем в направляющий аппарат 3, а далее в рабочее колесо 4. В направляющем аппарате и в рабочем колесе газ расширяется и, производя работу по вращению колеса, охлаждается до 100-150^oС при использовании воздуха и до 250-260^oС при использовании низкокипящих газов (водорода, гелия).

В настоящее время изготавливается опытный образец. описываемой турбомашины, и после проведения необходимых испытаний будет налажено серийное производство таких турбомашин для охлаждения рыбы и других пищевых продуктов.

Бескорпусная высокоскоростная турбомашина, относящаяся к холодильной или компрессорной технике, содержит снабженный блоком подшипников скольжения вал с, по крайней мере, одной лопаточной ступенью и тонкостенную обечайку, установленную с зазором по отношению к направляющему аппарату и блоку подшипников и образующую с первым газовый коллектор, а со вторым - коллектор подвода смазки. Блок подшипников скольжения установлен с возможностью выполнения функций всех силовых связей турбомашины. Тонкостенная обечайка герметично соединена с рабочими элементами лопаточной ступени и блока подшипников посредством гибких элементов. На участке расположения блока подшипников скольжения вал выполнен с прямолинейным профилем продольного сечения. К блоку подшипников жестко прикреплены лабиринтное уплотнение, направляющий аппарат и покрывная щека рабочего колеса лопаточной ступени. Тонкостенная обечайка выполнена из эластичного материала. Изобретение позволяет исключить крепежные силовые связи и тем самым устранить возможные деформации, а также улучшить технологию изготовления. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Бескорпусная высокоскоростная турбомашина, содержащая снабженный блоком подшипников скольжения вал с, по крайней мере, одной лопаточной ступенью и тонкостенную обечайку, установленную с зазором по отношению к направляющему аппарату и блоку подшипников и образующую с первым газовый коллектор, а со вторым - коллектор подвода смазки, при этом блок подшипников скольжения установлен с возможностью выполнения функций всех силовых связей турбомашины, а тонкостенная обечайка герметично соединена с рабочими элементами лопаточной ступени и блока подшипников посредством гибких элементов. 2. Бескорпусная высокоскоростная турбомашина по п. 1, отличающаяся тем, что вал выполнен с прямолинейным профилем продольного сечения на участке расположения блока подшипников скольжения. 3. Бескорпусная высокоскоростная турбомашина по п. 1, отличающаяся тем, что к блоку подшипников жестко прикреплены лабиринтное уплотнение, направляющий аппарат и покрывная щека рабочего колеса лопаточной ступени. 4. Бескорпусная высокоскоростная турбомашина по п. 1, отличающаяся тем, что тонкостенная обечайка выполнена из эластичного материала.