ТУРБОМАШИНА Российский патент 2004 года по МПК F01D25/26 F04D29/40 

Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности к компрессоростроению и турбостроению, и может быть использовано в компрессорах и в газовых турбинах.

Известна турбомашина, содержащая наружный неразъемный корпус с глухими торцевыми крышками и закрепленный в корпусе ротор с рабочим колесом (Б.С.Ревзин. “Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты”. М.: Недра, 1986, с. 40).

Наиболее близкой к предлагаемой является турбомашина, включающая неразъемный наружный корпус, торцевую крышку, входную и выходную камеры, рабочий объем, ротор с рабочим органом, размещенным в рабочем объеме, при этом ротор закреплен с возможностью вращения в торцевой стенке выходной камеры и в торцевой крышке, которая взаимодействует с входной камерой, кроме того, торцевая стенка выходной камеры и торцевая крышка герметично и жестко соединены с наружным корпусом (Б.С.Ревзин. “Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты”. М.: Недра, 1986, с. 59, рис. 19).

Недостаток известных устройств заключается в следующем. В известных турбомашинах, как правило, роторы заводят в корпус вместе с подшипниками и уплотнениями в виде единого сборочного узла. Неподвижные детали статора и детали проточной части обычно горизонтального разъема не имеют. Часть из них размещают на роторе до его закладки в корпус, другие - после нее. Вне корпуса ротор собирают с деталями, которые размещают на нем до закладки в корпус, проверяют взаимное положение деталей, соосность и зазоры. После чего собранный узел заводят в корпус и вслепую размещают на роторе оставшиеся детали статора. Косвенными способами контролируют соосность деталей, размещенных на роторе, и зазоры в проточной части. Полностью собранный узел закрепляют в наружном корпусе торцевыми крышками.

Отсутствие возможности визуального контроля зазоров в проточной части после окончательной сборки снижает технологичность сборочных работ и качество сборки устройства, снижает ремонтопригодность изделия.

При роторах, опоры которых разнесены, снаружи на крышках крепят корпуса подшипников и уплотнений, что предопределяет необходимость строгой соосности расточек в крышке и в корпусе. Кроме того, поскольку сборку известных турбомашин производят путем установки по посадке в наружный неразъемный корпус неразъемной торцевой крышки с одной стороны, а с другой стороны - пакета, состоящего из второй неразъемной торцевой крышки, разъемных закладных элементов статора и ротора, а оставшиеся детали статора вслепую размещают на роторе, при этом контроль качества сборки возможен только косвенный, это требует высокой точности изготовления внутренних посадочных диаметров корпуса, а также посадочных диаметров обеих крышек и закладных деталей для обеспечения их соосного положения друг относительно друга после сборки и для обеспечения заданных зазоров, что снижает технологичность сборки, повышает трудоемкость изделия и, как следствие, снижает качество сборки устройства (Б.С.Ревзин “Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты”. М.: Недра, 1986, с. 40, 41).

Таким образом, выявленные в результате патентного поиска турбомашины аналог и наиболее близкая к заявленной при осуществлении не позволяют достичь технического результата, заключающегося в повышении технологичности сборки, в повышении качества сборки устройства, в повышении ремонтопригодности за счет возможности визуального контроля результатов окончательной сборки ротора и закладных деталей статора, в снижении трудоемкости за счет возможности снижения требований к посадочным диаметрам.

Предлагаемое изобретение решает задачу создания турбомашины, осуществление которой позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении технологичности сборки, в повышении качества сборки устройства, в повышении ремонтопригодности за счет возможности визуального контроля результатов окончательной сборки ротора и закладных деталей статора, в снижении трудоемкости устройства за счет возможности снижения требований к посадочным диаметрам.

Сущность изобретения состоит в том, что в турбомашине, включающей неразъемный наружный корпус, торцевую крышку, размещенные внутри наружного корпуса входную и выходную камеры, рабочий объем и ротор с рабочим органом, размещенным в рабочем объеме, при этом ротор закреплен с возможностью вращения в торцевой стенке выходной камеры и в торцевой крышке, которая взаимодействует с входной камерой, кроме того, выходная камера торцевой стенкой и торцевая крышка герметично и жестко соединены с наружным корпусом, при этом выходная камера радиальной поверхностью установлена в наружный корпус по посадке, входная камера, рабочий объем и выходная камера выполнены в виде отдельных корпусов, которые герметично, жестко и разъемно соединены между собой с образованием внутреннего разъемного корпуса, при этом корпуса рабочего объема и входной камеры выполнены с герметичным горизонтальным разъемом, кроме того, входная камера снабжена торцевой стенкой, с которой соединена торцевая крышка по принципу “паз-зуб” с образованием зазоров между образующими поверхностями паза в торцевой стенке входной камеры и зуба торцевой крышки, а также между обращенными друг к другу поверхностями торцевой крышки и торцевой стенки входной камеры.

Технический результат достигается следующим образом. Существенные признаки: неразъемный наружный корпус, торцевая крышка, размещенные внутри наружного корпуса входная и выходная камеры, рабочий объем и ротор с рабочим органом, размещенным в рабочем объеме, при этом ротор закреплен с возможностью вращения в торцевой стенке выходной камеры и в торцевой крышке, которая взаимодействует с входной камерой, кроме того, выходная камера торцевой стенкой и торцевая крышка герметично и жестко соединены с наружным корпусом (являются основными конструктивными узлами заявленной турбомашины и в совокупности описывают ее конструкцию).

Выполнение наружного корпуса неразъемным позволяет избежать трудностей уплотнения горизонтального разъема, особенно при аварийных ситуациях, а также сложности при размещении подводящего и отводящего патрубков при большом расходе, что повышает технологичность конструкции.

Выполнение входной камеры, рабочего объема и выходной камеры в виде отдельных корпусов и соединение их между собой герметично, жестко и разъемно обеспечивает возможность образования внутреннего разъемного корпуса. В результате, в предлагаемой конструкции турбомашины обеспечивается возможность сборки в единый пакет всех элементов статорной и роторной групп вне наружного корпуса на ремонтной площадке: детали и узлы, входящие в пакет, центрируют друг относительно друга, фиксируют между собой и затем как единой целое заводят в наружный корпус. Это повышает технологичность и качество сборки устройства, повышает ремонтопригодность.

Кроме того, выполнение входной камеры и рабочего объема в виде отдельных корпусов позволяет выполнить корпус рабочего объема и входной камеры разъемными. Это обеспечивает доступ для центровки входящих в пакет деталей статорной и роторной групп и контроля зазоров в проточной части, что повышает технологичность и качество сборки, так как исключает выполнение вслепую имеющих существенное значение операций при сборке устройства. Возможность контроля на рабочей площадке центровки входящих в пакет деталей статорной и роторной групп позволяет снизить точность изготовления внутренних посадочных диаметров корпуса, торцевой крышки и закладных элементов ротора и статора, что снижает трудоемкость устройства.

Выполнение горизонтального разъема в корпусе рабочего объема обеспечивает оптимальное рабочее пространство для установки требуемых зазоров и их визуального контроля как во время сборки, так и после окончательной сборки деталей ротора и статора, что повышает качество сборки и ремонтопригодность устройства. Выполнение разъема герметичным исключает протечки после сборки в единое целое обеих половин корпусов.

Благодаря тому, что входная камера снабжена торцевой стенкой, обеспечивается возможность соединения внутреннего корпуса с торцевой крышкой и, таким образом, возможность соединения внутреннего корпуса с наружным.

Соединение торцевой крышки с торцевой стенкой входной камеры по принципу “паз-зуб” с образованием зазоров между образующими поверхностями паза в торцевой стенке входной камеры и зуба торцевой крышки, а также между обращенными друг к другу поверхностями торцевой крышки и торцевой стенки входной камеры обеспечивает свободную посадку последней. Кроме того, это позволяет свободно перемещать торцевую крышку в пределах этих зазоров в осевом направлении при установке пакета в наружный корпус. В результате торцевая крышка самоцентрируется в радиальном направлении по отношению к наружному корпусу благодаря наличию требуемых монтажных зазоров. При этом центровка пакета не нарушается. Одновременно обеспечивается плотность стыка, исключающая протечки. Все это повышает технологичность, качество сборки и ремонтопригодность устройства.

Таким образом, повышение технологичности сборки, повышение качества сборки устройства, повышение ремонтопригодности и снижение трудоемкости устройства в предлагаемой турбомашине достигается следующим образом. Благодаря тому, что корпус выходной камеры радиальной поверхностью установлен в наружный корпус по посадке, а корпус входной камеры торцевой стенкой установлен в торцевую крышку свободно, при этом корпуса рабочего объема и входной камеры выполнены с горизонтальным разъемом, при снятых верхних половинах корпусов последних обеспечивается до заводки в наружный корпус возможность окончательного контроля зазоров по всей проточной части, а также возможность центровки элементов статорной группы. В результате обеспечивается возможность заводки в неразъемный наружный корпус турбомашины единого пакета из элементов роторной и статорной групп, полностью собранного на рабочей площадке, отцентрированного и с выставленными требуемыми зазорами по всей проточной части.

Из вышеизложенного следует, что конструктивное выполнение предлагаемой турбомашины при осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении технологичности сборки, в повышении качества сборки устройства, в повышении ремонтопригодности за счет возможности визуального контроля результатов окончательной сборки ротора и закладных деталей статора, в снижении трудоемкости устройства за счет возможности снижения требований к посадочным диаметрам.

На фигуре изображена турбомашина. Турбомашина содержит неразъемный наружный корпус 1, торцевую крышку 2, размещенные внутри наружного корпуса 1: корпус 3 выходной камеры, корпус 4 рабочего объема, корпус входной камеры 5, ротор 6 с рабочим органом 7 (например, лопатки), размещенным в рабочем объеме 4, детали проточной части 8. Ротор 6 закреплен с возможностью вращения в торцевой стенке 9 выходной камеры 3 и в торцевой крышке 2. Выходная камера 3 торцевой стенкой 9 и торцевая крышка 2 герметично и жестко соединены с наружным корпусом 1. Выходная камера 3 торцевой стенкой 9 установлена в наружный корпус 1 по посадке. Входная камера 5, рабочий объем 4 и выходная камера 3 выполнены в виде отдельных корпусов 5, 4, 3 соответственно, которые герметично, жестко и разъемно соединены между собой с образованием внутреннего разъемного корпуса. Корпуса рабочего объема 4 и входной камеры 5 выполнены с разъемом по осевой. Входная камера 5 снабжена торцевой стенкой 10, с которой соединена торцевая крышка 2 по принципу “паз-зуб” с образованием зазоров А образующими поверхностями паза 11 в торцевой стенке 10 входной камеры 5 и зуба 12 торцевой крышки 2, а также между обращенными друг к другу поверхностями торцевой крышки 2 и торцевой стенки 10 входной камеры 5. Турбомашина снабжена входным 13 и выходным 14 патрубками.

Сборку турбомашины выполняют следующим образом. В предлагаемой турбомашине наличие второго корпуса - внутреннего позволяет осуществлять полную сборку на ремонтной площадке. Корпус 3 выходной камеры, нижние половины корпусов 4 рабочего объема и 5 входной камеры жестко соединяют в единое целое. Кроме того, нижнюю половину корпуса входной камеры 5 торцевой стенкой 10 устанавливают в торцевую крышку 2. После этого осуществляют центровку по посадочным поверхностям всех статорных элементов. Центровку фиксируют при помощи шпонок, штифтов и других центровочных элементов. Затем конструкцию разбирают. На рабочей площадке оставляют только корпус 4 рабочего объема. Рабочим органом 7 опускают ротор 6 в рабочий объем 4. На установленный в корпусе 4 рабочего объема ротор 6 в осевом направлении заводят выходную камеру 3, а с другой стороны заводят нижнюю половину входной камеры 5 в сборе с торцевой крышкой 2. Корпус выходной камеры 3 и нижние половины корпусов 4, 5 рабочего объема и входной камеры собирают в единое целое в соответствии с предварительно выполненной центровкой.

Затем на роторе 6 размещают неподвижные детали статора и детали 8 проточной части. После этого производят центровку всех деталей, размещенных на роторе 6, и выставляют зазоры по всей проточной части. При снятых верхних половинах корпусов 4 и 5 до заводки в наружный корпус 1 производят окончательный контроль зазоров по всей проточной части, а также контроль центровки элементов статорной группы. После этого соединяют в единое целое с нижними половинами верхние половины корпусов 4 и 5 рабочего объема и входной камеры. Корпуса 3 4, 5 герметично, жестко и разъемно соединяют между собой с образованием внутреннего корпуса. Готовый пакет с помощью специальных приспособлений закатывают в наружный корпус 1. При этом в торцевую крышку 2 торцевой стенкой 10 устанавливают корпус 5 входной камеры. Корпус 3 выходной камеры торцевой стенкой 9 герметично и жестко соединяют с наружным корпусом 1. При этом корпус 3 выходной камеры торцевой стенкой 9 устанавливают в наружный корпус 1 по посадке.

Соединение торцевой крышки 2 с торцевой стенкой 10 входной камеры 5 выполнено по принципу “паз-зуб”. При этом предусмотрены зазоры А между образующими поверхностями паза 11 в торцевой стенке 10 входной камеры 5 и зуба 12 торцевой крышки 2, а также между обращенными друг к другу поверхностями торцевой крышки 2 и торцевой стенки 10 входной камеры 5. Торцевую крышку 2, свободно перемещая в пределах зазоров А в осевом направлении, герметично и жестко соединяют с наружным корпусом. Торцевая крышка 2 самоцентрируется в наружном корпусе 1 и осевая центровка внутри пакета не нарушается. Одновременно обеспечивается плотность стыка по разъему В, исключающая протечки.

Входной 13 и выходной 14 патрубки могут быть присоединены к наружному корпусу 1 заявленной турбомашины, например, аналогично описанному в литературе (Б.С.Ревзин. “Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты”. М.: Недра, 1986, 41). Всасывающий и наружный патрубки чаще отливают заодно, иногда приваривают в наружному корпусу.

Турбомашина работает следующим образом. Приводят во вращение ротор 6. Одновременно начинают вращение лопатки, закрепленные на роторе и размещенные в корпусе 4 рабочего объема, формируя пониженное давление в выходной камере 3. В результате в корпус 5 входной камеры через входной 13 патрубок всасывается перекачиваемый газ, который благодаря вращению лопаток 7 поступает в корпус 3 выходной камеры и далее через выходной патрубок 14, например, в магистраль.

Турбомашина включает неразъемный наружный корпус, торцевую крышку, размещенные внутри наружного корпуса входную и выходную камеры, рабочий объем и ротор с рабочим органом, размещенным в рабочем объеме. Ротор закреплен с возможностью вращения в торцевой стенке выходной камеры и в торцевой крышке, которая взаимодействует с входной камерой. Выходная камера торцевой стенкой и торцевая крышка герметично и жестко соединены с наружным корпусом. Выходная камера радиальной поверхностью установлена в наружный корпус по посадке. Входная камера, рабочий объем и выходная камера выполнены в виде отдельных корпусов, которые герметично, жестко и разъемно соединены между собой с образованием внутреннего разъемного корпуса. Корпуса рабочего объема и входной камеры выполнены с герметичным горизонтальным разъемом. Входная камера снабжена торцевой стенкой, с которой соединена торцевая крышка по принципу “паз-зуб” с образованием зазоров между образующими поверхностями паза в торцевой стенке входной камеры и зуба торцевой крышки, а также между обращенными друг к другу поверхностями торцевой крышки и торцевой стенки входной камеры. Изобретение позволяет повысить технологичность и качество сборки, повысить ремонтопригодность и снизить трудоемкость устройства. 1 ил.

Турбомашина, включающая неразъемный наружный корпус, торцевую крышку, размещенные внутри наружного корпуса входную и выходную камеры, рабочий объем и ротор с рабочим органом, размещенным в рабочем объеме, при этом ротор закреплен с возможностью вращения в торцевой стенке выходной камеры и в торцевой крышке, которая взаимодействует с входной камерой, кроме того, выходная камера торцевой стенкой и торцевая крышка герметично и жестко соединены с наружным корпусом, при этом выходная камера радиальной поверхностью установлена в наружный корпус по посадке, отличающаяся тем, что входная камера, рабочий объем и выходная камера выполнены в виде отдельных корпусов, которые герметично, жестко и разъемно соединены между собой с образованием внутреннего разъемного корпуса, при этом корпуса рабочего объема и входной камеры выполнены с герметичным горизонтальным разъемом, кроме того, входная камера снабжена торцевой стенкой, с которой соединена торцевая крышка по принципу “паз-зуб” с образованием зазоров между образующими поверхностями паза в торцевой стенке входной камеры и зуба торцевой крышки, а также между обращенными друг к другу поверхностями торцевой крышки и торцевой стенки входной камеры.