ТУРБОМАШИНА (варианты) Российский патент 2017 года по МПК F04D29/12 

Изобретение относится к турбомашине согласно ограничительной части пункта 1 или 7 формулы изобретения.

Конструкция турбомашин, образованных, к примеру, в виде турбокомпрессоров, известна. Так, фиг. 1 и 2 представляют различные поперечные сечения турбомашин согласно уровню техники в области сухого газового уплотнения 1, которое расположено между корпусом 2 и ротором 3 турбомашины. Согласно уровню техники между сухим газовым уплотнением 1 и корпусом 2 расположен кольцеобразный, находящийся со стороны статора узел 4, причем с одной стороны между этим узлом 4 и корпусом 2 и с другой стороны между этим узлом 4 и сухим газовым уплотнением 1 образована соответственно газовая камера 5 или 6. Через, по меньшей мере, проделанное в корпусе отверстие 7 газ по стрелке 8, который требуется для поддержания равномерной температуры сухого газового уплотнения 7, может сначала направляться в газовую камеру 5, расположенную между корпусом 2 и узлом 4, чтобы газ, требующийся для поддержания равномерной температуры сухого газового уплотнения 1, затем через отверстия 9, проделанные в узле 4, направить в газовую камеру 6, образованную между узлом 4 и сухим газовым уплотнением 1. Газ, направленный через отверстия 7 корпуса, соответственно опосредованно через узел 4 подводится в газовую камеру 6.

В известных из уровня техники турбомашинах для поддержания равномерной температуры сухого газового уплотнения 1, именно, для его прогревания до рабочей температуры, требуется относительно много газа и относительно большое время для нагревания. Это является недостатком.

Отсюда существует потребность в уменьшении количества газа, требующегося для нагревания сухого газового уплотнения 1, а также времени и в разработке соответствующей турбомашины, в которой может реализоваться плавное поддержание сухого газового уплотнения. Исходя из этого, задача настоящего изобретения состоит в создании турбомашины, в которой может эффективно поддерживаться равномерная температура сухого газового уплотнения.

Эта задача в соответствии с первым вариантом изобретения решается с помощью турбомашины по пункту 1 формулы изобретения. Соответственно этому газообразная среда через выемку или каждую выемку или отверстие может направляться непосредственно в газовую камеру, образованную между корпусом и сухим газовым уплотнением. В соответствии с первым вариантом изобретения, согласно которому газообразная среда через отверстие или каждое отверстие, имеющееся в корпусе, может непосредственно направляться в газовую камеру, образованную между корпусом и сухим газовым уплотнением, исключается узел 4, расположенный между сухим газовым уплотнением и корпусом. Тепловая энергия, которая согласно уровню техники теряется при нагревании узла, расположенного между сухим газовым уплотнением и корпусом, может в соответствии с предлагаемым изобретением использоваться непосредственно для нагревания сухого газового уплотнения. Таким образом, уменьшается количество газа, необходимое для нагревания сухого газового уплотнения, а также требуемое для этого время.

Согласно предпочтительному усовершенствованию первого варианта изобретения отверстие или каждое отверстие проходит под углом, отличным от 90°, к направлению по периметру стенки газовой камеры, ограничивающей со стороны корпуса. Преимущественно соответствующее отверстие с направлением по периметру ограничивающей стенки газовой камеры в области отверстия включает угол меньше 80°. Таким образом, газ, используемый для нагревания, соответственно поддержания равномерной температуры сухого газового уплотнения, направляется в газовую камеру, образованную между корпусом и сухим газовым уплотнением, при образовании вихревого потока. Это создает предпосылки для равномерного распределения газа в газовой камере и таким образом для эффективного прогревания сухого газового уплотнения в течение более короткого времени при меньшем необходимом количестве газа.

Согласно второму варианту изобретения эта задача решается с помощью турбомашины по пункту 7 формулы изобретения. Соответственно, отверстие или каждое отверстие служит для установки направляющей трубы для газообразной среды. И с этим вторым вариантом изобретения по сравнению с уровнем техники могут уменьшаться количество газа и время, необходимое для нагревания сухого газового уплотнения. Направляющая труба поглощает меньше тепловой энергии, чем корпус.

Согласно предпочтительному усовершенствованию второго варианта между соответствующей направляющей трубой и стенкой отверстия, служащего для установки направляющей трубы, образовано свободное пространство. Преимущественно свободное пространство через выполненное в корпусе отверстие соединено с газовой камерой или через отверстие, выполненное в направляющей трубе, соединено с внутренним пространством направляющей трубы. Свободное пространство между направляющей трубой и корпусом создает тепловую изоляцию для направляющей трубы, благодаря чему нагревание сухого газового уплотнения может осуществляться еще эффективнее.

Согласно другому предпочтительному усовершенствованию первого или второго варианта газообразная среда через соответствующую трубу может направляться непосредственно в газовую камеру, образованную между корпусом и сухим газовым уплотнением, причем преимущественно соответствующая направляющая труба входит по отношению к ограничивающей со стороны корпуса стенки газовой камеры в газовую камеру и участок соответствующей трубы, входящий в газовую камеру, загнут в направлении по периметру и/или служит для установки сопла. Таким образом, газ, используемый для поддержания равномерной температуры или прогревания сухого газового уплотнения, особенно предпочтительно направляется в газовую камеру, образованную между корпусом и сухим газовым уплотнением, благодаря чему эффективность при нагревании сухого газового уплотнения может повышаться еще больше.

Оба варианта предложенного изобретения могут использоваться в турбомашине отдельно или предпочтительно в комбинации друг с другом.

Предпочтительные варианты усовершенствования изобретения вытекают из зависимых пунктов и последующего описания. Примеры осуществления изобретения, ими можно не ограничиваться, более подробно поясняются с помощью чертежей. При этом показывают:

фиг. 1: схематическое осевое сечение турбомашины согласно уровню техники в области сухого газового уплотнения;

фиг. 2: разрез II-II фиг. 1;

фиг. 3: схематическое осевое сечение турбомашины согласно первому варианту изобретения в области сухого газового уплотнения;

фиг. 4: разрез IV-IV фиг. 3;

фиг. 5: схематическое осевое сечение турбомашины согласно второму варианту изобретения в области сухого газового уплотнения; и

фиг. 6: схематическое осевое сечение другой турбомашины согласно второму варианту изобретения в области сухого газового уплотнения.

Фиг. 3 и 4 показывают поперечное сечение предложенной в соответствии с изобретением турбомашины согласно первому варианту настоящего изобретения в области сухого газового уплотнения 10, расположенного между ротором 11 и корпусом 12 турбомашины.

Через, по меньшей мере, выполненную в корпусе 12 выемку или отверстие 13 согласно стрелке 14 через корпус 12 газ, требующийся для поддержания равномерной температуры или прогревания сухого газового уплотнения 10, может направляться в направлении сухого газового уплотнения 10.

Согласно первому варианту настоящего изобретения исключается конструктивный элемент, расположенный в соответствии с уровнем техники между сухим газовым уплотнением и корпусом, который определяет соответственно газовую камеру с одной стороны между конструктивным элементом и корпусом и с другой стороны между конструктивным элементом и сухим газовым уплотнением, так что в соответствии с этим через отверстие или каждое отверстие 13 корпуса 12 газ может непосредственно направляться в газовую камеру 15, образованную между корпусом 12 и сухим газовым уплотнением 10. Таким образом, никакая тепловая энергия не теряется для нагревания узла, расположенного между сухим газовым уплотнением 10 и корпусом 12.

Согласно фиг. 3, 4 газовая камера 15, образованная между корпусом 12 и сухим газовым уплотнением 10, радиально внутри ограничена стенкой 16 сухого газового уплотнения 10 и радиально снаружи ограничена стенкой 17 корпуса 12. Отверстие или каждое отверстие 13, через которое в газовую камеру 15 может направляться газ, используемый для поддержания равномерной температуры сухого газового уплотнения 10, проходит при этом под углом, отличным от 90°, к направлению по периметру стенки 17 газовой камеры 15, ограничивающей со стороны корпуса, в области соответствующего отверстия 13. Преимущественно составляет соответствующее отверстие 13, именно его продольная средняя ось, с направлением по периметру ограничивающей стенки 17 в области устья отверстия 13 в газовую камеру 15 угол меньше 80°, преимущественно угол больше 20° и меньше 80°, особенно предпочтительно угол больше 30° и меньше 70°. Тем самым возможно направление газа в газовую камеру 15 с определенным завихрением и таким образом обеспечение хорошего распределения газа, используемого для поддержания равномерной температуры сухого газового уплотнения 10, в газовой камере 15.

Согласно особенно предпочтительному варианту изобретения продольная средняя ось соответствующего отверстия 13 корпуса 12, которое применяется для подвода газа, используемого для поддержания равномерной температуры сухого газового уплотнения 10, проходит тангенциально к стенке 16 сухого газового уплотнения 10, ограничивающей радиально внутри газовую камеру 15, или тангенциально к стенке 18 ротора 11.

В показанном на фиг. 3 и 4 примере осуществления отверстия 13, которые выполнены в корпусе 12, используются непосредственно для направления газа, применяемого для поддержания равномерной температуры сухого газового уплотнения 10.

Согласно второму варианту настоящего изобретения предлагается, как показано на фиг. 5 и 6, отверстие или каждое отверстие 13 корпуса 12 соответственно использовать для установки направляющей трубы 19 для используемого для поддержания равномерной температуры сухого газового уплотнения 10 газа, чтобы таким образом использовать соответствующее отверстие 13 непосредственно для подачи газа именно через направляющую трубу 19, расположенную в соответствующем отверстии 13.

На конце, обращенном от газовой камеры 15, соответствующая направляющая труба 19 имеет при этом имеющий форму фланца выступ 20, который находится в контакте с соответствующим уступом или упором 21 корпуса 12 и служит для позиционирования направляющей трубы 19 в соответствующем отверстии 13.

К этому концу направляющей трубы 19 согласно фиг. 5, 6 присоединяется газопровод 22, который служит для подвода используемого для поддержания равномерной температуры сухого газового уплотнения 10 газа в направлении соответствующего отверстия 13 или направляющей трубы 19, расположенной в соответствующем отверстии 13.

Согласно фиг. 5, 6 соответствующая направляющая труба 19 таким образом расположена в соответствующем отверстии 13, что между соответствующей направляющей трубой 19 и стенкой 23, ограничивающей отверстие 13 для установки направляющей трубы 19, если смотреть в осевом направлении направляющей трубы 19, по меньшей мере, участками образовано свободное пространство 24, которое изолирует направляющую трубу 19 по отношению к корпусу 12. Благодаря этому может предотвращаться, что идущий по направляющей трубе 19 газ через направляющую трубу будет опосредованно нагревать корпус 12, так что соответственно могут минимизироваться таким образом обусловленные потери энергии.

В примере осуществления, представленном на фиг. 5, это свободное пространство 24 между направляющей трубой 19 и стенкой отверстия 13 соединено с газовой камерой 15 через отверстие 25, выполненное в корпусе 12. Таким образом, может обеспечиваться выравнивание давления в свободном пространстве 24.

В отличие к тому же показывает фиг. 6 исполнение, при котором в направляющей трубе 19 выполнено отверстие 26, через которое свободное пространство 24 соединено с внутренним пространством 27 направляющей трубы для подачи газа.

В примерах осуществления, показанных на фиг. 5 и 6, соответствующая направляющая труба 19 заделана заподлицо с ограничивающей со стороны корпуса стенкой 17 газовой камеры 15. В противоположность этому также возможно, что направляющая труба 19 выступает в газовую камеру 15 по отношению к ограничивающей стенке 17, причем в этом случае выступающий в газовую камеру 5 участок соответствующей направляющей трубы 19 преимущественно загнут в направлении по периметру. С помощью этого может еще больше улучшиться подача газа или впуск газа в газовую камеру 15.

Участок, заделанный заподлицо со стенкой 17, или участок, входящий по отношению к стенке 17 в газовую камеру 15 соответствующей направляющей трубы, может служить для установки сопла, через которое газ, в конечном счете, может направляться в газовую камеру 15.

Оба описанные выше варианты изобретения используются предпочтительно в комбинации друг с другом в турбомашине и служат уменьшению требующегося количества газа и времени для поддержания равномерной температуры соответственно нагревания сухого газового уплотнения 10. Изобретение применяется преимущественно в турбокомпрессорах.

Перечень позиций

1 Сухое газовое уплотнение 2 Корпус 3 Ротор 4 Конструктивный элемент 5 Газовая камера 6 Газовая камера 7 Отверстие 8 Газовый поток 9 Отверстие 10 Сухое газовое уплотнение 11 Ротор 12 Корпус 13 Отверстие 14 Газовый поток 15 Газовая камера 16 Стенка 17 Стенка 18 Стенка 19 Направляющая труба 20 Фланец 21 Упор 22 Газовая труба 23 Стенка 24 Свободное пространство 25 Отверстие 26 Отверстие 27 Внутреннее пространство

Турбомашина, в частности турбокомпрессор, с корпусом, с установленным в корпусе ротором и с сухим газовым уплотнением для герметизации ротора по отношению к корпусу, причем в корпусе проделано, по меньшей мере, одно отверстие для газообразной среды, через которое может направляться газообразная среда для поддержания равномерной температуры сухого газового уплотнения в направлении его самого. Газообразная среда через отверстие может направляться непосредственно в газовую камеру, образованную между корпусом и сухим газовым уплотнением. Дополнительно или в качестве альтернативы отверстие служит для установки направляющей трубы для газообразной среды. Изобретение направлено на создание турбомашины, в которой может эффективно поддерживаться равномерная температура сухого газового уплотнения. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Турбомашина, в частности турбокомпрессор, содержащий корпус (12), установленный в корпусе (12) ротор (11) и сухое газовое уплотнение (10) для герметизации ротора (11) по отношению к корпусу (12), причем в корпусе (12) выполнено, по меньшей мере, одно отверстие (13) для газообразной среды с возможностью пропускать газообразную среду для поддержания равномерной температуры сухого газового уплотнения (10) в его направлении, отличающаяся тем, что газообразная среда через отверстие или каждое отверстие (13) может непосредственно направляться в газовую камеру (15), образованную между корпусом (12) и сухим газовым уплотнением (10), причем газовая камера (15) ограничена радиально внутри стенкой (16) сухого газового уплотнения (10) и радиально снаружи стенкой (17) корпуса (12).

2. Турбомашина по п. 1, отличающаяся тем, что отверстие или каждое отверстие (13) проходит под углом, отличным от 90°, к направлению по периметру со стороны ограничивающей стенки (17) корпуса газовой камеры (15) в области соответствующего отверстия (13).

3. Турбомашина по п. 2, отличающаяся тем, что соответствующее отверстие (13) с направлением по периметру ограничивающей стенки (17) газовой камеры (15) в области соответствующего отверстия (13) составляет угол меньше 80°.

4. Турбомашина по п. 3, отличающаяся тем, что соответствующее отверстие (13) с направлением по периметру ограничивающей стенки (17) газовой камеры (15) в области соответствующего отверстия (13) составляет угол больше 20° и меньше 80°, в частности угол больше 30° и меньше 70°.

5. Турбомашина по п. 1, отличающаяся тем, что соответствующее отверстие (13) проходит приблизительно тангенциально к ограничивающей стенке (18) ротора (11) или ограничивающей стенке (16) сухого газового уплотнения (10), радиально внутри ограничивающей газовую камеру (15).

6. Турбомашина по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что отверстие или каждое отверстие (13) служит для установки направляющей трубы (19) для газообразной среды.

7. Турбомашина по п. 6, отличающаяся тем, что между соответствующими направляющей трубой (19) и стенкой (23) отверстия (13), служащего для установки направляющей трубы (19), образовано свободное пространство (24).

8. Турбомашина по п. 7, отличающаяся тем, что свободное пространство (24) через выполненное в корпусе (12) отверстие (25) соединено с газовой камерой (15).

9. Турбомашина по п. 7, отличающаяся тем, что свободное пространство (24) через выполненное в направляющей трубе (19) отверстие (26) соединено с внутренним пространством (27) направляющей трубы (19).

10. Турбомашина по любому из пп. 7-9, отличающаяся тем, что газообразная среда через соответствующую направляющую трубу (19) может направляться непосредственно в газовую камеру (15), образованную между корпусом (12) и сухим газовым уплотнением (10).

11. Турбомашина по п. 10, отличающаяся тем, что соответствующая направляющая труба (19) заподлицо заделана с ограничивающей со стороны корпуса стенкой (17) газовой камеры (15).

12. Турбомашина по п. 10, отличающаяся тем, что соответствующая направляющая труба (19) по отношению к ограничивающей со стороны корпуса стенке (17) газовой камеры (15) входит в газовую камеру (15).

13. Турбомашина по п. 11, отличающаяся тем, что входящий в газовую камеру (15) участок соответствующей направляющей трубы (19) загнут в направлении по периметру.

14. Турбомашина по любому из пп. 11-13, отличающаяся тем, что участок соответствующей направляющей трубы (19), обращенный к газовой камере (15), служит для установки сопла.

15. Турбомашина, в частности турбокомпрессор, содержащий корпус (12), установленный в корпусе (12) ротор (11) и сухое газовое уплотнение (10) для герметизации ротора (11) по отношению к корпусу (12), причем в корпусе (12) выполнено, по меньшей мере, одно отверстие (13) для газообразной среды, через которое может направляться газообразная среда для поддержания равномерной температуры сухого газового уплотнения (10) в его направлении, отличающаяся тем, что газообразная среда через отверстие или каждое отверстие (13) может непосредственно направляться в газовую камеру (15), образованную между корпусом (12) и сухим газовым уплотнением (10), причем отверстие или каждое отверстие (13) служит для установки направляющей трубы (19) для газообразной среды, а между соответствующей направляющей трубой (19) и стенкой (23) отверстия (13), служащего для установки направляющей трубы (19), образовано свободное пространство (24).

16. Турбомашина по п. 15, отличающаяся тем, что свободное пространство (24) через выполненное в корпусе (12) отверстие (25) соединено с газовой камерой (15).

17. Турбомашина по п. 15, отличающаяся тем, что свободное пространство (24) через выполненное в направляющей трубе (19) отверстие (26) соединено с внутренним пространством (27) направляющей трубы (19).

18. Турбомашина по любому из пп. 15-17, отличающаяся тем, что газообразная среда через соответствующую направляющую трубу (19) может направляться непосредственно в газовую камеру (15), образованную между корпусом (12) и сухим газовым уплотнением (10).

19. Турбомашина по п. 18, отличающаяся тем, что соответствующая направляющая труба (19) заподлицо заделана с ограничивающей со стороны корпуса стенкой (17) газовой камеры (15).

20. Турбомашина по п. 18, отличающаяся тем, что соответствующая направляющая труба (19) по отношению к ограничивающей со стороны корпуса стенке (17) газовой камеры (15) входит в газовую камеру (15).

21. Турбомашина по п. 19, отличающаяся тем, что входящий в газовую камеру (15) участок соответствующей направляющей трубы (19) загнут в направлении по периметру.

22. Турбомашина по любому из пп. 19-21, отличающаяся тем, что участок соответствующей направляющей трубы (19), обращенный к газовой камере (15), служит для установки сопла.