ДВУХСТУПЕНЧАТАЯ КОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2011 года по МПК F04B41/00 

Изобретение относится к компрессоростроению и может быть использовано для установок, работающих с переменным давлением нагнетания, например, при работе на сеть с резко и значительно изменяющимся расходом. Оно может найти применение на подавляющем большинстве предприятий горной, металлургической, машиностроительной, пищевой, деревообрабатывающей и других отраслей промышленности, а также в строительстве и на железнодорожном транспорте.

Известна компрессорная установка, состоящая из компрессоров первой и второй ступеней, которые приводятся в движение от ротора и контрротора (вращающегося статора) (SU 282574, 28.09.1970).

Скорости вращения валов компрессоров зависят от скоростей вращения ротора и контрротора соответственно и перераспределяются между собой в зависимости от соотношения выходных давлений компрессоров. При этом при увеличении выходного давления компрессора второй ступени скорость вращения контрротора и соответственно вала компрессора второй ступени уменьшается, что ведет к увеличению скорости вращения ротора, а следовательно, и к увеличению скорости вращения вала компрессора первой ступени. Так как производительность установки в целом определяется производительностью компрессора первой ступени, то в результате при увеличении давления в сети, на которую работает данная компрессорная установка, производительность ее увеличивается.

Известна также компрессорная установка, состоящая из компрессоров первой и второй ступеней, которые приводятся в движение от валов двигателей постоянного тока, соединенных по схеме электрического дифференциала (SU 282575, 30.11.1971).

Работает она аналогично. В данной установке скорости вращения валов компрессоров зависят от скоростей вращения соответствующих валов двигателей постоянного тока и перераспределяются между собой в зависимости от соотношения выходных давлений компрессоров. При этом при увеличении выходного давления компрессора второй ступени скорость вращения вала соответствующего электродвигателя и, следовательно, вала компрессора второй ступени уменьшается, что ведет к увеличению скорости вращения вала другого электродвигателя, а следовательно, и к увеличению скорости вращения вала компрессора первой ступени. В результате при увеличении давления в сети, на которую работает данная компрессорная установка, производительность ее увеличивается.

За прототип выбрана двухступенчатая компрессорная установка, содержащая компрессоры первой и второй ступеней, приводной двигатель и дифференциальный механизм (SU 282576 A, 30.11.1971).

Принцип работы данной установки также аналогичен двум вышеуказанным установкам. При повышении давления нагнетания происходит уменьшение скорости вращения вала компрессора второй ступени и увеличение скорости вращения вала компрессора первой ступени, что ведет к повышению производительности компрессорной установки в целом.

Недостатками прототипа являются малый диапазон автоматического регулирования производительности компрессорной установки в целом и невозможность установления рационального диапазона автоматического регулирования соотношения давлений по ступеням компригирования.

Задачей данного изобретения является увеличение диапазона автоматического регулирования производительности компрессорной установки в целом и достижение возможности установления рационального диапазона автоматического регулирования соотношения давлений по ступеням компригирования.

Эта задача и технический результат достигается тем, что двухступенчатая компрессорная установка, содержащая компрессоры первой и второй ступеней, приводной двигатель и дифференциальный механизм, согласно изобретению снабжена дополнительным дифференциальным механизмом, входные валы которого связаны с выходными валами первого дифференциального механизма посредством двух дополнительных механических редукторов, вал компрессора первой ступени соединен с выходным валом одного из дополнительных редукторов, вал компрессора второй ступени соединен с выходным валом дополнительного дифференциального механизма, а выходной вал другого дополнительного редуктора соединен с тормозным устройством

На фиг.1 изображена принципиальная схема компрессорной установки, принятой за прототип. Установка содержит компрессоры 1 и 2 соответственно первой и второй ступеней и промежуточный холодильник 3. Компрессоры приводятся двигателем 4 с дифференциальным механизмом 5, выходные валы 6 и 7 которого соединены с компрессорами 1 и 2.

Работает установка следующим образом. Воздух при давлении всасывания поступает в компрессор 1, где сжимается до давления Р_х, затем поступает в холодильник 3, а оттуда - в компрессор 2, где сжимается до давления нагнетания Р₂. Скорости вращения валов компрессоров зависят от скоростей вращения валов дифференциала и перераспределяются между собой в зависимости от соотношения Р₂ и Р₁ так, что при увеличении Р₂ скорость вращения вала 7 дифференциала и вала компрессора 2 уменьшается, а скорость вращения вала 6 дифференциала и вала компрессора 1 увеличивается. Следовательно, увеличивается производительность установки, так как производительность определяется числом оборотов компрессора первой ступени.

На фиг.2 приведена принципиальная схема предлагаемой компрессорной установки.

Сущность изобретения заключается в том, что привод установки снабжен дополнительным дифференциальным механизмом, входные валы которого связаны с выходными валами первого дифференциального механизма посредством двух дополнительных редукторов, а валы компрессоров приводятся в движение от выходного вала дополнительного дифференциального механизма и от выходного вала одного из дополнительных редукторов соответственно. Выходной вал другого дополнительного редуктора жестко соединен с тормозным устройством, предназначенным для установления определенного диапазона автоматического регулирования соотношения давлений по ступеням компригирования.

Установка содержит компрессоры 1 и 2 соответственно первой и второй ступеней и промежуточный холодильник 3. Компрессоры приводятся в движение двигателем 4 посредством системы двух параллельно соединенных дифференциальных механизмов 5 и 6 и связанных с последними дополнительных механических редукторов 7 и 8, имеющих по три (1 входной и 2 выходных) вала. При этом входной вал 9 дифференциального механизма 5 соединен с валом приводного двигателя 4, а выходные валы 10 и 11 дифференциального механизма 5 соединены с дополнительными механическими редукторами 7 и 8 порознь. Выходные валы 12 и 13 дифференциального механизма 6 также соединены с дополнительными механическими редукторами 7 и 8 порознь. Выходной вал 14 дифференциального механизма 6 соединен с валом компрессора 2. Свободный выходной вал 15 дополнительного механического редуктора 7 соединен с валом компрессора 1, а свободный выходной вал 16 дополнительного механического редуктора 8 соединен с входным валом 1 7 тормозного устройства 18.

Установка работает следующим образом.

Воздух при давлении всасывания P₁ поступает в компрессор 1, где сжимается до давления Р_х, затем поступает в холодильник 3, а оттуда - в компрессор 2, где сжимается до давления нагнетания Р₂.

Скорости вращения валов компрессоров зависят от скоростей вращения валов дифференциального механизма 6 и перераспределяются между собой в зависимости от соотношения Р₂ и Р₁ следующим образом.

При увеличении Р₂ скорость вращения вала компрессора 2 и вала 14 дифференциального механизма 6 уменьшается, а скорость вращения вала 12 дифференциального механизма 6, а следовательно, и вала 15 дополнительного механического редуктора 7 будет увеличиваться. Это приведет к увеличению скорости вращения вала компрессора 1. Следовательно, при этом увеличится и производительность установки, так как производительность определяется числом оборотов компрессора первой ступени.

Однако величины скоростей вращения валов 12 и 14 дифференциального механизма 6 будут зависеть от скорости вращения вала 13 того же дифференциального механизма, а эту скорость можно предварительно устанавливать при помощи воздействия на выходной вал 16 дополнительного механического редуктора 8 тормозным моментом, создаваемым тормозным устройством 18. Тормозным устройством 18 может служить любое устройство для отбора мощности, например вентилятор, гидронасос, электрогенератор и т.д. В самом простейшем случае это может быть фрикцион или порошковая муфта.

Предварительная установка скорости вращения вала 13 дифференциального механизма 6 при помощи тормозного устройства создает возможность настроить наиболее рациональный режим соотношения скоростей вращения валов 12 и 14 дифференциального механизма 6, следовательно, и наиболее рациональный режим соотношения Р₂ и P₁ при работе компрессорной установки на сеть с переменным давлением.

Потери мощности на тормозном устройстве 18 не являются безвозвратно потерянными, так как в зависимости от конструктивного исполнения тормозного устройства его мощность можно полезно использовать. Например, в случае использования в качестве тормозного устройства вентилятора с его помощью можно обдувать рабочие цилиндры или радиатор промежуточного холодильника. В случае применения в качестве тормозного устройства гидронасоса его также можно использовать для жидкостного охлаждения рабочих цилиндров или радиатора промежуточного холодильника. В случае применения в качестве тормозного устройства электрогенератора его можно использовать для электропитания контрольных приборов и других устройств.

Для предварительной установки и последующего регулирования режима работы компрессорной установки на сеть с переменным давлением (даже на ходу) можно использовать известные устройства: дроссели для вентилятора и гидронасоса, реостат для электрогенератора и т.д.

Преимуществами предлагаемого устройства являются увеличение диапазона автоматического регулирования производительности компрессорной установки в целом и достижение возможности установления рационального диапазона автоматического регулирования соотношения давлений по ступеням компригирования при работе компрессорной установки на сеть с переменным давлением.

Такие установки способны более точно отслеживать колебания расхода без изменения скорости вращения приводного двигателя. Они уменьшают до минимума потребление энергии за счет того, что полностью прекращают потреблять энергию во время разгрузки, а также обеспечивают плавное регулирование производительности в широком диапазоне и снижение числа пусков.

Устройство предназначено для использования в области компрессоростроения в установках, работающих с переменным давлением нагнетания. Двухступенчатая компрессорная установка содержит компрессоры первой и второй ступеней, приводной двигатель, два дифференциальных механизма и два механических редуктора. Дифференциальные механизмы собраны в замкнутую схему при помощи механических редукторов таким образом, что выходными валами такой механической системы являются входной вал одного дифференциального механизма, выходной вал другого дифференциального механизма и выходные валы механических редукторов. Вал приводного двигателя подключен к входному валу одного дифференциального механизма, выходной вал компрессора первой ступени подключен к выходному валу одного из механических редукторов, а выходной вал компрессора второй ступени подключен к выходному валу второго дифференциального механизма. Выходной вал другого механического редуктора соединен с валом тормозного устройства. Дает возможность увеличения диапазона автоматического регулирования производительности компрессорной установки в целом. Достигается возможность установления рационального диапазона автоматического регулирования соотношения давлений по ступеням сжатия при работе компрессорной установки на сеть с переменным давлением. 2 ил.

Двухступенчатая компрессорная установка, содержащая компрессоры первой и второй ступеней, приводной двигатель и дифференциальный механизм, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным дифференциальным механизмом, входные валы которого связаны с выходными валами первого дифференциального механизма посредством 2 дополнительных механических редукторов, вал компрессора первой ступени соединен с выходным валом одного из дополнительных редукторов, вал компрессора второй ступени соединен с выходным валом дополнительного дифференциального механизма, а выходной вал другого дополнительного редуктора соединен с тормозным устройством.