КОМПРЕССОР ВАЗГЕНА Российский патент 2010 года по МПК F04D17/00 F04D19/00 

Изобретение относится к энергетике, в частности турбостроению, компрессоростроению и насосостроению, и может быть использовано при конструировании осевых, центробежных и объемных компрессоров и насосов.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является компрессор, содержащий совокупность статорных и роторных колес с многозаходными резьбами противоположного направления (см., SU №377549, Мкл. F04D 3/02, оп. 1973) [1].

Недостатком известного компрессора является обратный переток сжимаемого газа и низкочастотный шум, что вызывает явление помпажа.

Техническим результатом при использовании настоящего изобретения является исключение помпажных явлений и значительное снижение низкочастотного шума. Этот результат достигается в компрессоре, содержащем корпус и совокупность статорных и роторных колес с многозаходными резьбами противоположного направления, соприкасающимися верхними площадками винтовых резьб и образующими ступень компрессора, причем статорное колесо изготовлено из двух разрезанных половинок или из двух колец с вырезанными наружной и внутренней канавками, образующими в ступице статорного колеса камеру с входным и выходным отверстиями для подвода и отвода охлаждающего агента, причем на корпусе компрессора нарезана канавка со штырями для точной установки ступени компрессора.

На фиг.1 представлен общий вид аэродинамического лабиринтно-винтового компрессора; на фиг.2 - ступень компрессора; на фиг.3 - то же, с условным обозначением основных размеров; на фиг.4 - вид зубьев и ступица статорного колеса; на фиг.5 - вид зубьев и ступица роторного колеса; на фиг.6 - статорное колесо, состоящее из двух половинок; на фиг.7 - узел I на фиг.6; на фиг.8 - штифт для точной установки половинок колеса, при этом:

А - ширина камеры охлаждающего агента, Б - высота камеры охлаждающего агента, Н - ширина колеса, В - глубина выреза на статоре, для посадки колеса, D_ов - диаметр отверстия в вале, D_в - диаметр вала ротора, В_стрк - диаметр ступицы роторного колеса, D_стск - диаметр ступицы статорного колеса, D_вcт - внутренний диаметр статора (корпуса), D_нст - наружный диаметр статора (см. фиг.3);

D_нстк - наружный диаметр статорного колеса, D_стскв - внутренний диаметр ступицы статорного колеса, D_скск - диаметр скольжения статорного колеса, S₁ - шаг резьбы статорного колеса, h - высота зуба винтовой нарезки статорного колеса, γ - угол конуса зуба резьбы статорного колеса, β - ширина верхней площадки трапецеидальной резьбы, (см. фиг.5);

D_врк - внутренний диаметр роторного колеса, D_стрк - диаметр ступицы роторного колеса, D_скрк - диаметр скольжения роторного колеса, h - высота зуба винтовой нарезки роторного колеса, S₂ - шаг резьбы роторного колеса, γ - угол конуса зуба резьбы роторного колеса, β - ширина верхней полки трапецеидальной резьбы (см. фиг.6).

Компрессор содержит статор 1 (корпус) компрессора, статорное колесо 2 со ступицей, камеру 3 охлаждающего агента, зуб 4 винта статорного колеса 2, зуб 5 винта роторного колеса 6, вал 7 ротора, первую ступень 8 компрессора, раструб 9 приема газа, отверстия 10 на статоре 1 для подвода и отвода охлаждающего агента, последнюю ступень 11 компрессора, выходную улитку 12 компрессора, задний опорно-упорный подшипник 13, передний опорный подшипник 14, кожух 15 переднего опорного подшипника 14, шлиц 16 для соединения с приводом, наружное кольцо 17 и внутреннее зубчатое кольцо 18.

При работе компрессора роторное колесо 6 при вращении внутри статорного колеса соприкасается верхними площадками зубьев D_скск (диаметр скольжения статорного колеса), D_скрк (диаметр скольжения роторного колеса) с образованием режима скольжения, исключая обратные перетечки сжимаемого воздуха (газа) и, следовательно, исключая возникновение помпажного явления. Далее поток воздуха (газа), поступая в роторное колесо 6, проходит по резьбовой канавке по касательной, и по выходе из роторного колеса 6 за счет большой частоты вращения создает высокую угловую скорость. При попадании газа в резьбовую канавку статорного колеса 2 происходит аэроудар, развивающий высокое давление. Это подтверждается результатами проведенных экспериментальных исследований. При высоте зубьев роторного 6 и статорного2 колес 5 мм, диаметре статорного колеса 200 мм и частоте вращения ротора 8037 об/мин было получено давление 0,032 МПа.

В аэродинамическом лабиринтно-винтовом компрессоре статорное колесо 2 и роторное колесо 6 образуют ступень компрессора.

Применяемые аэродинамические лабиринтно-винтовые колеса, состоящие из статорного колеса 2, имеющего внутреннюю многозаходную резьбовую нарезку, и роторного колеса 6, имеющего наружную многозаходную резьбовую нарезку противоположного направления, устанавливают так, чтобы при вращении ротора наружные диаметры резьб статорного и роторного колес 2 и 6 действовали в режиме скольжения, т.е. между статорным и роторным колесами 2 и 6 отсутствовал зазор.

Практически показано, что в данном компрессоре можно обеспечить высокое давление, соответствующее полученному расчетным путем.

Это объясняется тем, что прочность зубьев винтовых нарезок статорного и роторного колес 2 и 6 и можно задать в зависимости от необходимого давления, не нарушая нормальной работы зубного винта в динамике.

В этом компрессоре исключается обратный переток сжимаемого газа, и, следовательно, исключаются условия возникновения помпажных явлений, низкочастотного шума и возрастает ресурс эксплуатации машины.

Общее количество аэродинамических лабиринтно-винтовых пар колес устанавливается на компрессоре в зависимости от требуемого давления.

Наружное кольцо 17 состоит из двух половинок с тем, чтобы выточить канавки для образования камеры 3 охлаждающего агента. После выточки канавок обе половинки соединяют сваркой, и образуется камера 3. Сборку производят путем горячей посадки кольца 17 на кольцо 18. После этого нарезают резьбу или при большой высоте зуба приваривают резьбовую ленту на ступицу внутреннего кольца 18, которая в поперечном сечении имеет форму зуба резьбы.

Резьба на статорном и роторном колесах 2 и 6 может быть выполнена многозаходной трапециевидной, цилиндрической, конической, ленточной дугообразной, по профилю треугольной, прямоугольной, применение которых должно обеспечить режим работы скольжения верхних площадок венцов зубьев колес в динамике.

В некоторых случаях вместо вытачивания зубьев в качестве зубчатых винтов можно использовать металлическую ленту соответствующей марки металла, с толщиной и высотой с заостренными, или без заострения, концами по всей длине.

Нижнюю половину статорного колеса 2 устанавливают в вырезанный паз на статоре(корпусе) 1 под данное колесо. В пазу для точного размещения колеса 2 устанавливают два штифта 19, на которые садится нижняя половина статорного колеса 2. С целью упрощения и удешевления при сборке изготовление статорного колеса 2 можно осуществить без разреза на две половинки и сборку произвести вне статора 1 компрессора.

На наружном кольце 17 с двух сторон вырезаны полки для установки штифта 19 и крепежного болта для соединения половинок колеса.

Размеры А, Б, В, Г, Д, Д₁ и Д₂ штифта 19 (см. фиг.8) определяются в зависимости от размеров колес 2 и 6.

В зависимости от требуемого давления геометрические размеры статорного и роторного колес 2 и 6 могут иметь следующие размеры: ширина β верхней площадки трапецеидальных зубьев не должна быть более 30 мм; число зубьев резьб статорного и роторного колес 2 и 6 не более 700; для всех резьб угол подъема α=1÷89°; высота h зубьев определяется расчетом в зависимости от требуемого давления и развиваемой мощности и может достигать любой высоты, но не более 1000 мм; шаг S₁ и S₂ резьбы определяется в зависимости от необходимого количества зубьев, полученного по результатам расчета необходимого давления и мощности, но не более 450 мм; угол γ конуса зубьев статорного и роторного колес 2 и 6 не более 120°; ширина Н статорного и роторного колес не более 500 мм. Диаметры скольжения по верхним площадкам зубьев роторного и статорного колес D_ск имеют одинаковые размеры с допуском работы в режиме скольжения. Высота h зуба и геометрические размеры трапецеидальных и других зубьев статорного и роторного колес 2 и 6 определяются расчетом. Остальные размеры определяются конструктивно.

Данное изобретение включает в себя принципы действия осевого, центробежного и объемного компрессоров.

Данное изобретение может быть использовано и в насосостроении.

Изобретение относится к энергетике, в частности турбостроению, компрессоростроению и насосостроению, может быть использовано при конструировании осевых, центробежных и объемных компрессоров и насосов и позволяет исключить помпажные явления и обеспечить значительное снижение низкочастотного шума при работе компрессора. Этот технический результат достигается в компрессоре, содержащем корпус и совокупность статорных и роторных колес с многозаходными резьбами противоположного направления, соприкасающимися верхними площадками винтовых резьб и образующими ступень компрессора, причем статорное колесо изготовлено из двух разрезанных половинок или из двух колец с вырезанными наружной и внутренней канавками, образующими в ступице статорного колеса камеру с входным и выходным отверстиями для подвода и отвода охлаждающего агента, причем на корпусе компрессора нарезана канавка со штырями для точной установки ступени компрессора. 8 ил.

Компрессор, содержащий корпус и совокупность статорных и роторных колес с многозаходными резьбами противоположного направления, соприкасающимися верхними площадками винтовых резьб и образующими ступень компрессора, отличающийся тем, что статорное колесо изготовлено из двух разрезанных половинок или из двух колец с вырезанными наружной и внутренней канавками, образующими в ступице статорного колеса камеру с входным и выходным отверстиями для подвода и отвода охлаждающего агента, причем на корпусе компрессора нарезана канавка со штырями для точной установки ступени компрессора.