УЗЕЛ РАЗГРУЗКИ УПОРНОГО ПОДШИПНИКА ДВУХСЕКЦИОННОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА С РАСПОЛОЖЕНИЕМ РАБОЧИХ КОЛЕС "СПИНА К СПИНЕ" Российский патент 2012 года по МПК F04D29/05 F04D29/51 F04D17/08 

Изобретение относится к области компрессоростроения и может быть использовано в центробежных компрессорах, преимущественно двухсекционных с расположением колес «спина к спине».

Известны узлы разгрузки упорного подшипника турбомашины путем изменения давления в полостях разгрузочного устройства (см., например, SU 903570, опубл. 07.02.82, SU 641167, опубл. 05.01.1979, SU 469815, опубл. 05.05.1975) в зависимости от параметра, определяющего осевое усилие, действующего на упорный подшипник. В разгрузочных узлах в качестве определяющего параметра осевого усилия используют величину прогиба дроссельных устройств - упругих пластин в упорном подшипнике, давление масла под колодками подшипников или температуру колодок.

Недостаток этих узлов заключается в низкой надежности, а также инерционности системы обратной связи «датчик - исполнительный орган».

Известен также узел разгрузки упорного подшипника, включающий саморегулируемое разгрузочное (дроссельное) устройство - «газостатическую пяту» (Шнепп В.Б. «Осевая устойчивость циркуляционного центробежного компрессора при наличии разгрузочного устройства». В сборнике докладов ЛЕННИИХИММАШа «Центробежные компрессорные машины», изд. Машиностроение, 1966 г., с.175-185). При работе узла при изменении режима работы компрессора ротор перемещается, изменяя пропускную способность лабиринтов, образующих разгрузочную камеру, таким образом, что в этой камере устанавливается новое давление, достаточное для восстановления равновесия ротора на новом режиме.

В многорежимных центробежных компрессорах диаметр межсекционного разгрузочного устройства (думмиса) выбирают в диапазоне вблизи расчетной точки исходя из допустимых нагрузок упорного подшипника с учетом возможного износа лабиринтного уплотнения думмиса. При работе компрессора на повышенных расходах или при аварийных остановах, когда происходит резкое снижение давлений за каждой из секций, результатирующая осевая сила, действующая на ротор, может поменять как направление, так и величину и превысить допустимые усилия на упорный подшипник.

Применение вышеупомянутого узла разгрузки упорного подшипника изменением давления в полости разгрузочного устройства за счет пропускной способности лабиринтов в многорежимных компрессорах с расположением разгрузочного устройства (думмиса) между секциями в ряде случаев приводит к отрицательной реакции поведения ротора, т.е. любое перемещение ротора приводит к увеличению осевой силы, действующей на ротор в направлении перемещения.

Технический результат изобретения заключается в повышении надежности за счет быстродействия регулирования осевой силы и снижения нагрузки на упорный подшипник в многорежимных двухсекционных центробежных компрессорах с расположением колес «спина к спине».

Технический результат достигается тем, что узел разгрузки упорного подшипника двухсекционного центробежного компрессора включает расположенное между секциями компрессора разгрузочное устройство в виде думмиса и полости низкого и высокого давления, образованные стенками разгрузочного устройства и рабочих колес компрессора, установленных на роторе, при этом упомянутая полость низкого давления сообщена с секцией низкого давления со стороны всасывания через дроссельное устройство, выполненное с возможностью изменения своего проходного сечения при осевом перемещении ротора.

Дроссельное устройство может быть выполнено в виде кольцевого отверстия, образованного между поверхностью кольцевого выступа, выполненного на стенке рабочего колеса компрессора, и поверхностью кольцевой выемки, выполненной в межсекционной стенке, при этом кольцевое отверстие сообщено с секцией низкого давления со стороны всасывания через каналы, выполненные в межсекционной стенке.

Кроме того, в упомянутом выступе могут быть выполнены сквозные отверстия, соединяющие полость низкого давления с зазором между стенкой рабочего колеса и межсекционной стенкой для выравнивания давления в указанной полости и зазоре.

Таким образом, вышеуказанной совокупностью признаков обеспечивается быстродействие регулирования осевой силы и снижения нагрузки на упорный подшипник.

Сущность изобретения поясняется с помощью чертежей.

На фиг.1 показан разрез заявляемого узла.

На фиг.2 показан увеличенный фрагмент на фиг.1.

Узел разгрузки упорного подшипника 1 двухсекционного центробежного компрессора содержит корпус 2, в котором установлен двухсекционный ротор 3, и включает расположенное между секциями компрессора разгрузочное устройство в виде думмиса 4 с полостью 5 низкого давления, образованной стенками думмиса 4 и рабочего колеса 6 компрессора, расположенного на роторе 3. Второе рабочее колесо 7 расположено с другой стороны думмиса 4, при этом стенки думмиса 4 и рабочего колеса 7 образуют полость 8 высокого давления. Полость 5 со стороны всасывания сообщается с секцией низкого давления через дроссельное устройство 9, выполненное в виде кольцевого отверстия 10, образованного между поверхностью кольцевого выступа 11, выполненного на стенке рабочего колеса 6 компрессора, и поверхностью кольцевой выемки, выполненной в межсекционной стенке 12. Кольцевое отверстие 10 сообщается с секцией низкого давления со стороны всасывания через каналы 13, выполненные в межсекционной стенке 12. Для выравнивания давления в полости 5 и в зазоре между стенкой рабочего колеса 6 и межсекционной стенкой 12 в выступе 11 выполнено несколько сквозных отверстий 14, соединяющих полость 5 с указанным зазором. Дроссельное устройство 9 выполнено с возможностью изменения своего проходного сечения при осевом перемещении ротора 3.

При работе компрессора любое отклонение от номинального режима, повлекшее к изменению осевой силы и осевому сдвигу ротора 3, приведет к изменению взаиморасположения ротора 3 относительно межсекционной стенки 12 - расстояние h в дроссельном устройстве 9 либо увеличится (при сдвиге ротора 6 влево), либо уменьшится (при сдвиге ротора 6 вправо).

При сдвиге ротора 3 влево прохладное сечение дроссельного устройства 9 увеличивается, давление в полости 5 падает, значение осевой силы, действующей на ротор 3 низкого давления, снижается относительно номинального значения на величину

,

где Δp (кг/см²) - снижение значения давления в полости 5 (низкого давления);

f_р.к (см²) - площадь торца рабочего колеса, соприкасающаяся с газом в полости 4;

f_g (см²) - то же, для думмиса 4.

Осевая нагрузка, действующая на упорный подшипник 1, снижается на ΔF_ос.

При сдвиге ротора 3 вправо проходное сечение дроссельного устройства 9 уменьшается, давление в полости 5 растет, возрастает осевая сила. ΔF_ос, стремящаяся вернуть ротор 3 в номинальное положение, нагрузка на упорный подшипник 1 опять снижается.

Для реальной конструкции двухсекционного ротора 3

F_р.к=2800 см²,

f_g=415 см²,

и Δ_p=2 кгс/см².

Снижение осевого усилия составит ΔF_ос ~ 4770 кгс.

Таким образом, осевое положение ротора 3 саморегулируется при изменении режима работы компрессора за счет изменения давления в разгрузочной полости 5, а упорный подшипник 1 воспринимает меньше нагрузки.

Изобретение относится к области компрессоростроения и может быть использовано в центробежных компрессорах, преимущественно двухсекционных с расположением колес «спина к спине» и обеспечивает быстродействие регулирования осевой силы и снижения нагрузки на упорный подшипник. Указанный технический результат достигается в узле разгрузки упорного подшипника двухсекционного центробежного компрессора, включающего расположенное между секциями компрессора разгрузочное устройство в виде думмиса и полости низкого и высокого давления, образованные стенками разгрузочного устройства и рабочих колес компрессора, установленных на роторе, при этом упомянутая полость низкого давления сообщена с секцией низкого давления со стороны всасывания через дроссельное устройство, выполненное с возможностью изменения своего проходного сечения при осевом перемещении ротора. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Узел разгрузки упорного подшипника двухсекционного центробежного компрессора, включающий расположенное между секциями компрессора разгрузочное устройство в виде думмиса и полости низкого и высокого давления, образованные стенками разгрузочного устройства и рабочих колес компрессора, установленных на роторе, отличающийся тем, что упомянутая полость низкого давления сообщена с секцией низкого давления со стороны всасывания через дроссельное устройство, выполненное с возможностью изменения своего проходного сечения при осевом перемещении ротора.

2. Узел по п.1, отличающийся тем, что дроссельное устройство выполнено в виде кольцевого отверстия, образованного между поверхностью кольцевого выступа, выполненного на стенке рабочего колеса компрессора, и поверхностью кольцевой выемки, выполненной в межсекционной стенке, при этом кольцевое отверстие сообщено с секцией низкого давления со стороны всасывания через каналы, выполненные в межсекционной стенке.

3. Узел по п.2, отличающийся тем, что в упомянутом выступе выполнены сквозные отверстия, соединяющие полость низкого давления с зазором между стенкой рабочего колеса и межсекционной стенкой.