ДВУХСЕКЦИОННЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОМПРЕССОР Российский патент 2016 года по МПК F04D29/00 

Изобретение относится к компрессоростроению, в частности к центробежным компрессорам.

В процессе работы двухсекционного центробежного компрессора возникает осевое усилие на ротор, которое компенсируется расположением секций «спина к спине», за счет противоположного направления осевой силы в секциях компенсируется основная нагрузка на ротор.

Известна конструкция двухсекционного компрессора, содержащая корпус, размещенные в нем статор первой и второй секции, межсекционную перегородку с лабиринтным уплотнением, ротор с рабочими колесами и думмисом, причем думмис выполнен ступенчатым. Межступенчатая полость думмиса связана с нагнетательной камерой второй секции центробежного компрессора через канал в межсекционной перегородке и входные отверстия во втулке ступенчатого лабиринтного уплотнения, в котором отверстия во втулке ступенчатого лабиринтного уплотнения выполнены тангенциально или под углом к внутренней кольцевой поверхности уплотнения и направлены в сторону, противоположную направлению движения вращающегося потока, на внутренних торцовых стенках втулки за входными отверстиями уплотнения расположены ребра, на внутренней поверхности втулки уплотнения выполнены серповидные лунки и гребни (патент RU №2518785 МПК F04D 29/08, F04D 17/08, опубл. 10.06.2012 г.).

Недостатком такой конструкции двухсекционного центробежного компрессора является то, что при изменении режима работы компрессора величина осевых усилий возрастает и для компенсации необходимо увеличивать диаметр думмиса и, как следствие, его массу, что неблагоприятно сказывается на динамических характеристиках ротора. При этом в малорасходных ступенях сжатия двухсекционных центробежных компрессоров протечки газа через зазор в лабиринтных уплотнениях значительно снижают эффективность работы ступени сжатия компрессора по степени повышения давления и по коэффициенту полезного действия.

Из известных наиболее близким по технической сущности является устройство для защиты от нестационарной динамической нагрузки на переходных режимах работы двухсекционного центробежного компрессора с индивидуальным контуром байпасирования каждой секции, с расположением рабочих колес «спина к спине» и разгрузочным устройством, имеющим думмис, полость низкого давления и полость высокого давления между секциями, включающее нормально закрытый клапан, установленный в канале, сообщающем полости низкого и высокого давления разгрузочного устройства, и выполненный с возможностью открытия и сообщения указанных полостей при перепаде давления между этими полостями, превышающем величину допустимого значения, в котором указанный клапан выполнен с возможностью сообщения полости низкого давления разгрузочного устройства с полостью всасывания секции низкого давления компрессора при необходимости повышения перепада давления между полостями разгрузочного устройства (патент RU №101753 МПК F04D 29/00, опубл. 27.01.2010 г.).

Недостатками известного компрессора являются сложность конструкции и, как следствие, повышение стоимости его эксплуатации.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение давления наддува, упрощение конструкции и повышение коэффициента полезного действия устройства.

Это достигается тем, что в центробежном компрессоре, содержащим корпус, расположенные в нем вал первой ступени с рабочим колесом 1 и вал второй ступени с рабочим колесом 2, приводимого во вращение противоположно вращению вала первой степени редуктором, связанным с ним механической связью. При этом рабочие колеса 1 и 2 повернуты друг к другу рабочими поверхностями с лопатками.

Введение в конструкцию двух противоположно вращающихся рабочих колес с лопатками, повернутыми плоскостями друг к другу, при вращении обеспечивают дополнительное разрежение в зазоре между ними, что обеспечивает подсос большего количества воздуха к рабочим лопаткам и соответственно большее его давление на выходе. На поставленные одинаковые два рабочих колеса суммарные силы, действующие вдоль оси колес, уравновешиваются и на их преодоление не тратится дополнительная энергия.

На чертеже изображен общий вид устройства. Двухсекционный центробежный компрессор, содержащий корпус 1, размещенные в нем статор первой 2 и второй секции 5, ротор 6 с рабочими колесами 7, 8 и улиткой компрессора 4, в котором в статоре первой секции 2 на валу 6 жестко закреплено первое рабочее колесо 7, симметрично во второй секции 5 на подшипниках вала расположено второе рабочее колесо 8, которое вращается в противоположную сторону относительно первого рабочего колеса 7 первой секции 2, осуществляемое приводом, включающим вал 6 с закрепленной на нем ведущей шестерней редуктора 11, и ведомые шестерни 10, 12, вращающиеся на осях, закрепленных в корпусе редуктора 3, причем корпус редуктора 3 жестко связан шлицевым соединением 9 со вторым рабочим колесом 8 второй секции.

Работает устройство двухсекционного центробежного компрессора следующим образом. Турбина вращает вал первой ступени 6 с первым рабочим колесом 7, при этом воздух поступает на лопатки первого рабочего колеса 7 через секцию подачи воздуха 5 и центробежной силой подается в улитку компрессора 4. Вращение вала первой ступени 6 передается на ведущую шестерню редуктора 11, а затем на ведомые шестерни 10, 12 и соответственно корпус редуктора 3 и через шлицевое соединение 9 - на второе рабочее колесо 8, которое вращается в результате преобразования в редукторе 3 в противоположную сторону относительно первого рабочего колеса 7. При вращении рабочих колес в разные стороны в зазоре между ними образуется разрежение, которое увеличивает подсос воздуха через секции подачи воздуха к рабочим колесам 2,5. Центробежными силами рабочих колес этот поток воздуха подается в улитку компрессора 4.

Применение предлагаемого устройства позволит повысить КПД компрессора, уменьшить износ подшипников, потому что симметричными рабочими колесами уравновешивается сила, действующая вдоль оси компрессора. Увеличивается напор нагнетаемого воздуха в связи с дополнительным подсосом воздуха в зазор между противоположно вращающимися рабочими колесами.

Двухсекционный центробежный компрессор, содержащий корпус, размещенные в нем статор первой и второй секции, ротор с рабочими колесами и улиткой компрессора, в котором в статоре первой секции на валу жестко закреплено первое рабочее колесо, симметрично во второй секции на подшипниках вала расположено второе рабочее колесо, которое вращается в противоположную сторону относительно первого рабочего колеса первой секции. Вращение осуществляется приводом, включающим вал с закрепленной на нем ведущей шестерней редуктора и ведомые шестерни, вращающиеся на осях, закрепленных в корпусе редуктора, причем корпус редуктора жестко связан шлицевым соединением со вторым рабочим колесом второй секции. Изобретение направлено на повышение КПД компрессора. 1 ил.

Двухсекционный центробежный компрессор, содержащий корпус, размещенные в нем статор первой и второй секции, ротор с рабочими колесами и улиткой компрессора, отличающийся тем, что в статоре первой секции на валу жестко закреплено первое рабочее колесо, симметрично во второй секции на подшипниках вала расположено второе рабочее колесо, которое вращается в противоположную сторону относительно первого рабочего колеса первой секции, осуществляемое приводом, включающим вал с закрепленной на нем ведущей шестерней редуктора и ведомые шестерни, вращающиеся на осях, закрепленных в корпусе редуктора, причем корпус редуктора жестко связан шлицевым соединением со вторым рабочим колесом второй секции.