МУЛЬТИПЛИКАТОРНЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОМПРЕССОР Российский патент 2003 года по МПК F04D17/12 

Изобретение относится к компрессоростроению и касается конструкции центробежных компрессоров, в которых рабочие ступени установлены на корпусе зубчатого мультипликатора.

Известен мультипликаторный центробежный компрессор, содержащий одну или несколько рабочих ступеней, установленных в своих корпусах, и мультипликатор, ведущая шестерня которого установлена на валу привода и взаимодействует с ведомыми шестернями, установленными на валах роторов рабочих ступеней, имеющих уплотнения и размещенных в подшипниках, расположенных соосно расточкам, выполненных в стенках мультипликатора, обращенных к рабочим ступеням, а также элементы крепления корпусов рабочих ступеней к мультипликатору (Петросян Г. Г., Шишкин, В. М., Сафин А.Х., Современное состояние и направления развития мультипликаторных центробежных компрессоров общего назначения. Обзорная информация. Серия ХМ-5, Компрессорное машиностроение. М., ЦИНТИхимнефтемаш, 1986, стp.14, рис.12).

Недостатком известной конструкции компрессора является ограниченная номенклатура компримируемых газов при применении стандартизованных корпусов рабочих ступеней и мультипликатора. Обусловлено это тем, что увеличение номенклатуры сжимаемых газов требует, во-первых, расширения области рабочих скоростей роторов и, во-вторых, установки различных типов уплотнений в зависимости от свойств газа и условий работы. Однако расширению области рабочих скоростей препятствует их приближение к критическим частотам (скоростям), при которых возникают опасные околорезонансные режимы, а установка некоторых типов уплотнений невозможна из-за их больших осевых габаритных размеров.

Кроме того, мультипликатор этого компрессора имеет горизонтальный разъем в зоне расположения рабочих ступеней, вследствие чего элементы крепления корпусов рабочих ступеней к мультипликатору размещены только на половине длины окружности. При этом жесткость такого соединения недостаточна.

Известен также мультипликаторный центробежный компрессор, содержащий одну или несколько рабочих ступеней, установленных в своих корпусах, и мультипликатор, ведущая шестерня которого установлена на валу привода и взаимодействует с ведомыми шестернями, установленными на валах роторов рабочих ступеней, имеющих уплотнения и размещенных в подшипниках, расположенных соосно расточкам, выполненных в торцовых стенках корпусов рабочих ступеней и в обращенных к ним стенках мультипликатора, а также элементы крепления корпусов рабочих ступеней к мультипликатору (пат. РФ 2062362, F 04 D 17/12, 1994 г.).

Однако и в этом компрессоре при применении стандартизованных корпусов рабочих ступеней и мультипликатора номенклатура компримируемых газов ограниченна, поскольку ограниченны область рабочих скоростей роторов и возможность установки некоторых типов уплотнений. Ограничение области рабочих скоростей вызвано опасностью приближения к критическим частотам и работой на околорезонансных режимах. Работа на таких режимах характеризуется повышенной вибрацией роторов и снижением надежности и ресурса работы компрессора. Отстройка от резонанса путем изменения длины роторов здесь исключена, а за счет допустимых изменений диаметральных размеров валов проблема решается лишь частично. Возможность установки некоторых типов уплотнений ограничена из-за их относительно больших осевых габаритных размеров. В стандартизованных корпусах с фиксированной осевой длиной разместить такие уплотнения нельзя.

Кроме того, в этом компрессоре каналы, соединяющие внешние линии с уплотнениями и подшипниками, выполнены в корпусе мультипликатора, который не имеет горизонтального разъема в зоне расположения рабочих ступеней. Выполнение этих каналов трудоемко из-за относительно больших размеров мультипликатора. По этой же причине установленные в мультипликаторе датчики контроля вибрации роторов сложно расположить с требуемой точностью относительно осей валов.

Технической задачей изобретения является увеличение номенклатуры компримируемых газов при применении стандартизованных корпусов рабочих ступеней и мультипликатора.

Технический результат изобретения заключается в расширении области рабочих скоростей роторов и обеспечении возможности установки разных типоразмеров уплотнений.

Технический результат достигается тем, что в мультипликаторном центробежном компрессоре, содержащем одну или несколько рабочих ступеней, установленных в своих корпусах, и мультипликатор, ведущая шестерня которого установлена на валу привода и взаимодействует с ведомыми шестернями, установленными на валах роторов рабочих ступеней, имеющих уплотнения и размещенных в подшипниках, расположенных соосно расточкам, выполненных в торцовых стенках корпусов рабочих ступеней и в обращенных к ним стенках мультипликатора, а также элементы крепления корпусов рабочих ступеней к мультипликатору, между торцовыми стенками корпусов рабочих ступеней и стенками мультипликатора установлены проставки, зафиксированные в осевом и радиальном направлениях, и в каждом проставке выполнены внутренняя расточка и каналы, соединенные с камерами уплотнения и с масляной полостью подшипника, при этом уплотнение и подшипник установлены во внутренней расточке, а каналы снабжены штуцерами, закрепленными на наружной поверхности проставка. Кроме того, наружная поверхность каждого проставка может быть выполнена цилиндрической с диаметром, составляющим 0,4-1,0 диаметра обечайки корпуса рабочей ступени, сопряженного с проставком, а торцы проставков снабжены кольцевыми буртами, установленными в расточках торцовых стенок корпусов рабочих ступеней и в расточках стенок мультипликатора. Концы штуцеров, противоположные концам, закрепленным к проставку, могут быть расположены на диаметре, составляющем 0,8-1,2 диаметра обечайки корпуса рабочей ступени, сопряженного с проставком. При диаметре наружной поверхности проставков меньшем, чем диаметр расположения элементов крепления корпусов рабочих ступеней к мультипликатору, компрессор может быть дополнительно снабжен упорами, установленными между торцовыми стенками корпусов рабочих ступеней и стенками мультипликатора в местах расположения элементов крепления и имеющими отверстия, охватывающие последние. Упоры могут быть выполнены в виде болтов, имеющих цилиндрическую часть с резьбой, ввернутой в стенки мультипликатора, и головку, контактирующую торцовой поверхностью с торцовыми стенками корпусов рабочих ступеней, а отверстия, охватывающие элементы крепления, выполнены в головке с резьбой для элементов крепления. Между торцовыми стенками корпусов рабочих ступеней и торцовыми поверхностями головок болтов концентрично осям элементов крепления установлены элементы, например, О-образные резиновые кольца, размещенные в канавках, выполненных на торцовой поверхности головок. Между торцами проставков и сопряженными с ними торцовыми стенками корпусов рабочих степеней и стенками мультипликатора могут быть установлены уплотнительные элементы, которые размерены на периферии проставков и, если диаметр наружной поверхности проставков, больше, чем диаметр расположения элементов крепления, у кольцевого бурта со стороны стенки мультипликатора. В каждом проставке могут и быть выполнены два радиальных отверстия в плоскости, перпендикулярной оси, вала с углом между ними, равным 75-105^o, в которых установлены кронштейны с датчиками контроля вибрации вала, причем датчики размещены внутри проставка между подшипником и уплотнением, а у кронштейнов опорные поверхности расположены снаружи проставка, в зоне крепления кронштейнов. При диаметре наружной поверхности проставка меньшем, чем диаметр расположения элементов крепления сопряженного корпуса рабочей ступени к мультипликатору, между проставком и опорными поверхностями кронштейнов могут быть установлены стоики, так что опорная поверхность кронштейнов расположена на диаметре, составляющем 0,8-1,2 диаметра обечайки корпуса рабочей ступени, сопряженного с проставком. Стойки могут быть выполнены в виде закрепленных к проставку пустотелых цилиндров, а кронштейны размещены внутри них. Под опорными поверхностями кронштейнов могут быть установлены П-образные регулировочные пластины, сопряженные с проставком или стоиками.

На фиг. 1 представлен мультипликаторный центробежный компрессор, продольный разрез; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - сечение В-В на фиг.1; на фиг.5 - сечение Г-Г на фиг.3; на фиг.6 - сечение Д-Д на фиг.4; на фиг.7 - сечение Е-Е на фиг.3; на фиг.8 - сечение Ж-Ж на фиг. 4; на фиг.9 - сечение И-И на фиг.3; на фиг.10 - сечение К-К на фиг.4; на фиг.11 - сечение Л-Л на фиг.3; на фиг.12 - сечение М-М на фиг.4.

Мультипликаторный центробежный компрессор содержит одну или несколько рабочих ступеней 1-4, установленых в своих корпусах 5-8, и мультипликатор 9. Ведущая шестерня 10 мультипликатора 9 установлена на валу 11 привода и взаимодействует с ведомыми шестернями 12, установленными на валах 13 роторов рабочих ступеней 1-4. Валы 13 имеют уплотнения 14 и размещены в подшипниках 15, расположенных соосно расточкам 16 и 17, выполненных соответственно в торцовых стенках 5а-8а корпусов 5-8 рабочих ступеней 1-4 и в обращенных к ним стенках 18 мультипликатора 9. Компрессор содержит также элементы крепления 19 корпусов 5-8 рабочих ступеней 1-4 к мультипликатору 9.

Между торцовыми стенками 5а-8а корпусов 5-8 рабочих ступеней 1-4 и стенками 8 мультипликатора 9 установлены проставки 20, зафиксированные в осевом и радиальном направлениях. В каждом проставке 20 выполнены внутренняя расточка 21 и каналы 22 и 23, соединенные соответственно с камерами уплотнения 14 и с масляной полостью подшипника 15. При этом уплотнение 14 и подшипник 15 установлены во внутренней расточке 21, а каналы 22 и 23 снабжены штуцерами 24 и 25 соответственно, закрепленными на наружной поверхности 26 проставка 20.

Наружная поверхность 26 каждого проставка 20 выполнена цилиндрической с диаметром D_пp, составляющим 0,4-1,0 диаметра D_oб обечайки 56-86 корпуса 5-8 рабочей ступени 1-4, сопряженного с проставком 20.

Торцы проставков 20 снабжены кольцевыми буртами 27 и 28, установленными соответственно в расточках 16 торцовых стенок 5а-8а корпусов 5-8 рабочих ступеней 1-4 и в расточках 17 стенок 18 мультипликатора 9.

Концы 24а, 25а штуцеров 24, 25, противоположные концам 24б, 25б, закрепленным к проставку 20, расположены на диаметре D_шт, составляющем 0,8-1,2 диаметра D_oб обечайки 5б-5б корпуса 5-8 рабочей ступени 1-4, сопряженного с проставком 20.

При диаметре D_пp наружной поверхности 26 проставков 20, меньшем, чем диаметр D_кр расположения элементов крепления 19 (проставки 20, сопряженные с корпусами 5, 6), компрессор дополнительно снабжен упорами 29, установленными между торцовыми стенками 5а, 6а корпусов 5,6 рабочих ступеней 1,2 и соответствующими стенками 18 мультипликатора 9. Упоры 29 установлены в местах расположения элементов крепления 19 и имеют отверстия 30, охватывающие последние.

Упоры 29 выполнены в виде болтов, имеющих цилиндрическую часть 29a с резьбой, ввернутой в стенки 18 мультипликатора 9, и головку 29б, контактирующую торцовой поверхностью со стенками 5а, 6а корпусов 5,6 рабочих ступеней 1,2. Отверстия 30, охватывающие элементы крепления 19, выполнены в головке 29б с резьбой для элементов креплениям 19.

Между торцовыми стенками 5а, 6а и торцовыми поверхностями головок 29б болтов концентрично осям элементов крепления 19 установлены уплотнительные элементы 31. Они, в виде О-образных резиновых колец, размещены в канавках, выполненных на торцовой поверхности головок 29б болтов.

Между торцами проставков 20 и сопряженными с ними торцовыми стенками 5а-8а корпусов 5-8 и стенками 18 мультипликатора 9 установлены уплотнительные элементы 32. Они размещены на периферии проставков 20 и, если диаметр D_пp наружной поверхности 26 проставков 20 больше, чем диаметр D_кр расположения элементов крепления 19, у кольцевого бурта 28 со стороны стенки 18 мультипликатора 9.

В каждом проставке 20 выполнены два радиальных отверстия 33 в плоскости перпендикулярной оси вала 13 с углом α между ними, равным 75-105^o, в которых установлены кронштейны 34 с датчиками 35 контроля вибрации вала 13. Датчики 35 размещены внутри проставка 20 между подшипником 15 и уплотнением 14. У кронштейнов 34 опорные поверхности 36 расположены снаружи проставка 20, в зоне крепления кронштейнов 34.

При диаметре D_np наружной поверхности 26 проставка 20, меньшем, чем диаметр D_кр расположения элементов крепления 19 (проставки 20, сопряженные с корпусами 5, 6), между проставком, 20 и опорными поверхностями 36 кронштейнов 34 установлены стойки 37, так что опорная поверхность 36 кронштейнов 34 расположена на диаметре D_oп, составляющем 0,8-1,2 диаметра D_oб обечайки 5б, 6б сопряженного с проставком 20 корпуса 5, 6 рабочей ступени 1, 2. Стойки 37 выполнены в виде закрепленных к проставку 20 пустотелых цилиндров, а кронштейны 34 размещены внутри них.

Под опорными поверхностями 36 кронштейнов 34 установлены П-образные регулировочные пластины 38, сопряженные с проставком 20 или стойками 37.

Перед пуском компрессора в работу, по каналам 23 и 22 в проставках 20, к подшипникам 15 и к уплотнениям 14 подводятся соответственно смазка и затворный газ (в зависимости от типа уплотнений, давления и свойств уплотняемого газа в приставке 20 могут быть выполнены один или несколько каналов 22, соединенных с камерами уплотнения 14, например, каналы подвода буферного газа, отвода смеси газов, уравнительной линии и др.).

При работе компрессора вращение от вала 11 привода передается через ведущую шестерню 10 и ведомые шестерни 12 мультипликатора 9 на валы 13 роторов рабочих ступеней 1-4. Газ поступает в ступень 1, сжимается в ней и через газоохладитель (не показан) поступает в следующую рабочую ступень 2. В рабочих ступенях 2, 3 и 4 процесс последовательно повторяется, после чего сжатый газ поступает к потребителю. Комплексным показателем состояния работающего компрессора является непрерывный контроль вибрации роторов индуктивными датчиками 35, расположенными внутри проставков 20 на кронштейнах 34.

Установка проставков 20 с определенными толщинами L₁, L₂ между мультипликатором 9 и корпусами 5-8 позволяет изменить длины валов 13 и, тем самым, сдвинуть критические частоты вращения роторов дальше от рабочих. В оптимальном сочетании выбора толщин L₁, L₂ проставков 20 и диаметральных размеров валов 13 отстройка от резонансных режимов реализуется наилучшим образом.

Одновременно, наличие проставков 20 обеспечивает возможность установки разных типов уплотнений 14 независимо от их осевой протяженности. Большие габаритные размеры уплотнений 14 компенсируются за счет толщин L₁, L₂ проставков 20 с учетом динамических характеристик роторов.

Проставки 20 зафиксированы в осевом направлении элементами крепления 19, а в радиальном - кольцевыми буртами 28 относительно мультипликатора 9. В свою очередь, кольцевые бурты 27 проставков 20 фиксируют в радиальном направлении корпусы 5-8 рабочих ступеней 1-4 относительно мультипликатора 9.

Для упрощения изготовления и снижения металлоемкости диаметры D_пp наружных поверхностей 26 проставков 20 по разному соотносятся с диаметрами D_об обечаек 5б-8б сопряженных корпусов 5-8. В зависимости от абсолютных размеров корпусов 5-8 это соотношение меняется от 1 до 0,4, причем, чем больше размеры корпуса 5-8, тем меньше это соотношение.

Выполнение каналов 22, 23 и отверстий 33 в проставках 20 упрощает изготовление каналов 22, 23 и установку датчиков 35 контроля вибрации, т.к. в небольших по размерам проставках 20 каналы 22 и 23 имеют малую протяженность, а отверстие 33 для кронштейнов 34 с датчиками 35 легче выполнить с требуемой точностью.

Упоры 29 придают жесткость стенкам 5а, 6а корпусов 5, 6 и в целом компрессору, когда диаметр D_пp проставков 20 меньше диаметра D_кр расположения элементов крепления 19. Выполненные в виде болтов упоры 29 регулируются по длине до контакта головки 29б со стенками 5а, 6а.

Уплотнительные элементы 31 и 32 устанавливаются для исключения прорывов газа или паров масла через стыки сопряженных поверхностей.

Для удобства сборки и обслуживания компрессора концы штуцеров 24а, 25а и опорные поверхности 36 кронштейнов 34 расположены на диаметрах D_шт, D_оп, составляющих 0,8-1,2 диаметров D_oб обечаек 5б-8б корпусов 5-8. С этой целью на проставках 20, сопряженных с корпусами 5, 6, штуцеры 24, 25 выполнены большей, чем обычно, длины, а между проставком 20 и опорными поверхностями 36 кронштейнов 34 установлены стойки 37. Для обеспечения достаточной жесткости стойки 37 выполнены в виде пустотелых цилиндров.

За счет толщины П-образных регулировочных пластин 38 обеспечивается точное выставление зазора между индуктивными датчиками 35 контроля вибрации и валами 13. При этом не нужно извлекать датчики 35 из отверстий 33 проставка 20.

Таким образом, такое выполнение компрессора расширяет область рабочих скоростей роторов за счет обеспечения отстройки от резонансных режимов работы и позволяет устанавливать разные типоразмеры уплотнений за счет создания для них требуемого пространства. Широкая область рабочих скоростей с динамически благоприятными свойствами роторов и возможность установки необходимых уплотнений позволяют увеличить номенклатуру компримируемых газов в данном компрессоре, применяя стандартизованные корпусы рабочих ступеней и мультипликатора.

Компрессор предназначен для использования в области компрессоростроения. Компрессор содержит рабочие ступени. Между торцевыми стенками корпусов рабочих ступеней и стенками мультипликатора установлены проставки. Последние зафиксированы в осевом и радиальном направлениях. В каждом проставке выполнены два радиальных отверстия. Последние выполнены в плоскости, перпендикулярной оси вала с углом 75-105^o. В отверстиях установлены кронштейны с датчиками контроля вибрации вала. Датчики размещены внутри проставка между подшипником и уплотнением. В каждом проставке выполнена внутренняя расточка и каналы. Последние соединены с камерами уплотнения и масляной полостью подшипника. Уплотнение и подшипник установлены во внутренней расточке. Каналы снабжены штуцерами. Последние закреплены на наружной поверхности проставка. Наружная поверхность каждого проставка выполнена цилиндрической. Диаметр наружной поверхности проставка составляет 0,4-1,0 диаметра обечайки корпуса рабочей ступени. Обеспечивается увеличение номенклатуры компримируемых газов. 11 з.п.ф-лы, 12 ил.

1. Мультипликаторный центробежный компрессор, содержащий одну или несколько рабочих ступеней, установленных в своих корпусах, и мультипликатор, ведущая шестерня которого установлена на валу привода и взаимодействует с ведомыми шестернями, установленными на валах роторов рабочих ступеней, имеющих уплотнения и размещенных в подшипниках, расположенных соосно расточкам, выполненных в торцовых стенках корпусов рабочих ступеней и в обращенных к ним стенках мультипликатора, а также элементы крепления корпусов рабочих ступеней к мультипликатору, отличающийся тем, что между торцовыми стенками корпусов рабочих ступеней и стенками мультипликатора установлены проставки, зафиксированные в осевом и радиальном направлениях, и в каждом проставке выполнены внутренняя расточка и каналы, соединенные с камерами уплотнения и с масляной полостью подшипника, при этом уплотнение и подшипник установлены во внутренней расточке, а каналы снабжены штуцерами, закрепленными на наружной поверхности проставка. 2. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что наружная поверхность каждого проставка выполнена цилиндрической с диаметром, составляющим 0,4-1,0 диаметра обечайки корпуса рабочей ступени, сопряженного с проставком. 3. Компрессор по п.1 или 2, отличающийся тем, что торцы проставков снабжены кольцевыми буртами, установленными в расточках торцовых стенок корпусов рабочих ступеней и в рассрочках стенок мультипликатора. 4. Компрессор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что концы штуцеров, противоположные концам, закрепленным к проставку, расположены на диаметре, составляющем 0,8-1,2 диаметра обечайки корпуса рабочей ступени, сопряженного с проставком. 5. Компрессор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что при диаметре наружной поверхности проставков, меньшем, чем диаметр расположения элементов крепления корпусов рабочих ступеней к мультипликатору, он дополнительно снабжен упорами, установленными между торцовыми стенками корпусов рабочих ступеней и стенками мультипликатора в местах расположения элементов крепления и имеющими отверстия, охватывающие последние. 6. Компрессор по п.5, отличающийся тем, что упоры выполнены в виде болтов, имеющих цилиндрическую часть с резьбой, ввернутой в стенки мультипликатора, и головку, контактирующую торцовой поверхностью с торцовыми стенками корпусов рабочих ступеней, а отверстия, охватывающие элементы крепления, выполнены в головке с резьбой для элементов крепления. 7. Компрессор по п. 6, отличающийся тем, что между торцовыми стенками корпусов рабочих ступеней и торцовыми поверхностями головок болтов концентрично осям элементов крепления установлены уплотнительные элементы, например, O-образные резиновые кольца, размещенные в канавках, выполненных на торцовой поверхности головок. 8. Компрессор по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что между торцами проставков и сопряженными с ними торцовыми стенками корпусов рабочих ступеней и стенками мультипликатора установлены уплотнительные элементы, которые размещены на периферии проставков и, если диаметр наружной поверхности проставков больше, чем диаметр расположения элементов крепления, у кольцевого бурта со стороны стенки мультипликатора. 9. Компрессор по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что в каждом проставке выполнены два радиальных отверстия в плоскости, перпендикулярной оси вала, с углом между ними, равным 75-105^o, в которых установлены кронштейны с датчиками контроля вибрации вала, причем датчики размещены внутри проставка между подшипником и уплотнением, а у кронштейнов опорные поверхности расположены снаружи проставка, в зоне крепления кронштейнов. 10. Компрессор по п.9, отличающийся тем, что при диаметре наружной поверхности проставка меньшем, чем диаметр расположения элементов крепления сопряженного корпуса рабочей ступени к мультипликатору, между проставком и опорными поверхностями кронштейнов установлены стойки так, что опорная поверхность кронштейнов расположена на диаметре составляющем, 0,8-1,2 диаметра обечайки корпуса рабочей ступени, сопряженного с проставком. 11. Компрессор по п.10, отличающийся тем, что стойки выполнены в виде закрепленных к проставку пустотелых цилиндров, а кронштейны размещены внутри них. 12. Компрессор по любому из пп.9-11, отличающийся тем, что под опорными поверхностями кронштейнов установлены П-образные регулировочные пластины, сопряженные с проставком или стойками.