ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОМПРЕССОР И ЦЕНТРОБЕЖНОЕ УСТРОЙСТВО ОХЛАЖДЕНИЯ ВОДЫ Российский патент 2018 года по МПК F04D29/44 

Область техники

Изобретение относится к области компрессорного оборудования, а именно, к центробежному компрессору и центробежному водяному холодильнику.

Уровень техники

При запуске обычного центробежного компрессора часто требуется полностью закрывать направляющие лопасти, чтобы предотвратить избыточность начального потока. При этом сужается газо-воздушный канал выходного диффузора рабочего колеса. По мере того, как режим работы двигателя стабилизируется, направляющие лопасти постепенно раскрываются, что требует медленного расширения газо-воздушного канала выходного диффузора рабочего колеса до проектной величины.

Для конструктивного исполнения такого диффузора переменного сечения часто требуется дополнение конструкции вала направляющих лопастей такими компонентами, как кулачки, штоки и пружины, для толкания в процессе работы вала направляющих лопастей кулачками и штоками с возвратным движением штоков под противодействием пружин. Таким образом, регулируемый диффузор приводится в возвратно-поступательное движение.

Однако, поскольку в ходе рабочего цикла не может быть обеспечена надежная синхронизация кулачков, приводимых валом направляющих лопастей, не возможна гарантированная синхронизация контактных позиций кулачков и штоков, что влечет за собой накопление погрешности, легко приводящей к ситуации, когда часть штоков уже находится в движении, в то время как другая часть еще остается неподвижной, то есть подобная рассинхронизация может стать причиной сбоя, при котором регулируемый диффузор дает крен и заклинивает, что, как следствие, ведет к серьезной недостаточности охлаждаемого объема, интенсивной вибрации или даже повреждению таких важных компонентов, как рабочее колесо и подшипник опоры, и угрозе надежности центробежного компрессора.

Сущность изобретения

В изобретении представлены центробежный компрессор и центробежный водяной холодильник, предназначенные для решения проблемы перекоса и заклинивания регулируемого диффузора центробежного компрессора, существующей в известном уровне техники.

С целью решить техническую задачу по одному из аспектов изобретения предусмотрен центробежный компрессор, который может содержать: корпус, оборудованный монтажной камерой, резьбовую часть, выполненную на боковой стенке монтажной камеры; регулировочный элемент, смонтированный в монтажной камере, снабженный резьбой, совмещаемой с резьбовой частью; приводную часть, установленную в монтажной камере и выполненную с возможностью приведения регулировочного элемента в возвратно-поступательное движение вдоль резьбовой части; и регулируемый диффузор, жестко соединенный с регулировочным элементом.

Дополнительно, монтажная камера может содержать кольцевую монтажную канавку для установки приводной части в виде кольца привода, также в кольцевую монтажную канавку может быть встроен регулировочный элемент в виде регулировочного кольца, при этом кольцо привода может, вращаясь в кольцевой монтажной канавке, приводить в движение регулировочное кольцо, перемещая его вперед или назад.

Дополнительно, на внешней стенке регулировочного кольца может быть выполнена резьба, резьбовой частью может быть снабжена стенка монтажной канавки, противоположная внешней стенке регулировочного кольца.

Дополнительно, приводная часть может быть соединена с помощью соединительного пальца с регулировочным элементом для передачи ему усилия.

Для чего в первой торцевой поверхности приводной части может быть выполнено первое монтажное отверстие, а в торцевой поверхности регулировочного элемента, противолежащей первой торцевой поверхности, напротив первого монтажного отверстия может быть выполнено второе монтажное отверстие, при этом оба монтажных отверстия выполнены для введения в них двух противоположных концов соединительного пальца соответственно.

Приводная часть может содержать от 6 до 10 соединительных пальцев, равномерно распределенных по ее периферической поверхности в направлении вовне.

При этом соединительный палец может представлять собой штифт / шпильку диаметром φ10 - φ15.

Дополнительно, центробежный компрессор может содержать узел лопасти, получающий от приводной части вращательное движение.

Узел лопасти может содержать: лопасть, устанавливаемую на всасе воздуха со стороны центробежного компрессора; вал лопасти, первый конец которого жестко соединен с лопастью, и противоположный от лопасти конец которого входит внутрь монтажной камеры; ограничительную гайку, съемно закрепляемую на противоположном от лопасти конце вала лопасти; и исполнительный элемент, установленный на валу лопасти в подвижном сопряжении с приводной частью.

Дополнительно, исполнительный элемент может представлять собой коническую шестерню, входящую в зацепление с зубчатой рейкой, размещенной на торцевой поверхности приводной части, встречной конической шестерне.

Дополнительно, коническая шестерня может быть установлена на валу лопасти посредством шпоночного соединения.

Дополнительно, на внутренней стороне регулировочного элемента может быть выполнен установочный просвет, вмещающий противоположный от лопасти конец вала лопасти.

В соответствии с другим аспектом изобретения предусмотрен центробежный водяной холодильник, который может содержать центробежный компрессор. В качестве центробежного компрессора может быть использовано упомянутый центробежный компрессор.

При применении технических подходов настоящего изобретения центробежный компрессор содержит корпус, регулировочный элемент, приводную часть и регулируемый диффузор, при этом корпус вмещает монтажную камеру, имеющую на боковой стенке резьбовую часть; регулировочный элемент размещен в монтажной камере и снабжен резьбой, совместимой с резьбовой частью; приводная часть смонтирована в монтажной камере и приводит регулировочный элемент в возвратно-поступательное движение вдоль резьбовой части; и регулируемый диффузор жестко соединен с регулировочным элементом. Согласно изобретению, когда приводной механизм приводит в движение регулировочный элемент, перемещая его вперед или назад вдоль резьбовой части, регулируемый диффузор, жестко закрепленный на регулировочном элементе, может перемещаться вперед или назад синхронно с регулировочным элементом благодаря резьбовому соединению между регулировочным элементом и монтажной камерой. В результате устранено явление асинхронного движения регулируемого диффузора, и решена проблема перекашивания и заклинивания регулируемого диффузора, благодаря чему значительно повышена надежность центробежного компрессора.

Краткое описание чертежей

Чертежи, составляющие неотъемлемую часть настоящего изобретения, предназначены для лучшего понимания раскрытия настоящего изобретения. Схематическое отображение и описание вариантов осуществления изобретения предназначены для пояснения раскрываемого изобретения и не являются ограничительными. На чертежах представлены:

на Рис. 1 - схематический вид в разрезе полностью открытой лопасти центробежного компрессора в соответствии с настоящим изобретением; и

на Рис. 2 - схематический вид в разрезе полностью закрытой лопасти центробежного компрессора в соответствии с настоящим изобретением.

Описание позиций чертежей: 10 - корпус; 11 - монтажная камера; 12 - резьбовой сегмент; 13 - кольцевая монтажная канавка; 14 - первая половина корпуса; 15 - вторая половина корпуса; 20 - регулировочный элемент; 21 - второе монтажное отверстие; 22 - установочный просвет; 30 - приводная часть; 31 - первое монтажное отверстие; 32 - рейка кремальеры; 40 - регулируемый диффузор; 50 - соединительный палец; 60 - узел лопасти в сборе; 61 - лопасть; 62 - вал лопастей (крыльчатки); 63 - ограничительная гайка; 64 - исполнительный элемент; 70 - выпуск воздуха из рабочего колеса; и 80 - устройство всаса воздуха.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

Ниже подробно описаны варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи. При этом изобретение может быть осуществлено во множестве различных вариантов, ограничиваемых формулой изобретения и включенных в ее объем.

По одному из вариантов осуществления изобретения на Рис. 1 и Рис. 2 показан центробежный компрессор, содержащий корпус 10, регулировочный элемент 20, приводную часть 30 и регулируемый диффузор 40, при этом корпус 10 содержит монтажную камеру 11, на боковой стенке которой выполнена резьбовая часть 12; в монтажной камере 11 смонтирован регулировочный элемент 20, который также снабжен резьбой, совмещаемой с резьбовой частью 12; в монтажной камере смонтирован приводной механизм 30 для приведения регулировочного элемента 20 в возвратно-поступательное движение вдоль резьбовой части 12; регулируемый диффузор 40 жестко соединен с регулировочным элементом 20. В другом варианте осуществления изобретения, когда приводной механизм 30 приводит в движение регулировочный элемент 20 для его перемещения вперед или назад вдоль резьбовой части 12, регулируемый диффузор 40, жестко закрепленный на регулировочном элементе 20, может перемещаться вперед или назад синхронно с регулировочным элементом 20 благодаря резьбовому типу соединения между регулировочным элементом 20 и монтажной камерой 11. В результате устранено явление асинхронного движения регулируемого диффузора 40, и решена проблема перекашивания и заклинивания регулируемого диффузора 40, благодаря чему значительно повышена надежность центробежного компрессора.

В другом варианте осуществления изобретения корпус 10 содержит две половины корпуса, а именно, первую половину корпуса 14 и вторую половину корпуса 15, каждая из которых содержит внутреннюю полость. Путем совмещения двух половин корпуса надлежащим образом формируют внутреннюю монтажную камеру 11. Разделением корпуса на две половины обеспечено удобство монтажа и демонтажа внутренней конструкции. В частности, в составе монтажной камеры 11 в первой половине корпуса 14 выполнена кольцевая монтажная канавка 13, предназначенная для установки приводной части 30 и регулировочного элемента 20; в данной компоновке приводная часть 30 представляет собой кольцо привода, и регулировочный элемент 20 представляет собой регулировочное кольцо; при вращении кольца привода в кольцевой монтажной канавке 13 приводится в движение регулировочное кольцо для перемещения вперед или назад вдоль резьбовой части 12 в монтажной камере 11. В другом варианте осуществления изобретения кольцо привода перемещается посредством электронного электрического привода или с помощью сферического сочленения (на рисунке не отмечено).

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, на внешней стенке регулировочного кольца выполнена резьба, входящая в резьбовое зацепление с резьбовой частью 12 противолежащей стенки кольцевой монтажной канавки 13. В других вариантах осуществления изобретения резьба может быть нанесена на внутреннюю стенку регулировочного кольца, при этом резьбовую часть 12 на стенке монтажной канавки 13 выполняют, соответственно, на противолежащей внутренней стенке регулировочного кольца. Важно обеспечить гарантированное перемещение регулировочного кольца с помощью приводной части 30 в направлениях вперед и назад вдоль резьбовой части 12 для регулирования ширины канала выпуск воздуха из рабочего колеса 70.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения приводная часть 30 соединена для передачи движения с регулировочным элементом 20 посредством соединительных пальцев 50. В предпочтительном варианте осуществления изобретения, в первой торцевой поверхности приводной части 30 выполнены первые монтажные отверстия 31, и вторые монтажные отверстия 21 выполнены в торцевой поверхности регулировочного элемента 20, противолежащей первой торцевой поверхности приводной части 30, напротив первых монтажных отверстий 31, каждый из двух концов каждого соединительного пальца 50 вводят в соответствующее первое монтажное отверстие 31 и в соответствующее второе монтажное отверстие 21, при этом внутренний диаметр каждого первого монтажного отверстия 31 и внутренний диаметр каждого второго монтажного отверстия 21 превышает наружный диаметр соответствующего соединительного пальца 50. Приводная часть 30, вращаясь в прямом или обратном направлении внутри кольцевой монтажной канавки 13, через соединительный палец 50 передает регулировочному кольцу возвратно-поступательное движение вдоль резьбовой части 12, перемещая таким образом вперед или назад регулируемый диффузор 40, благодаря чему устраняется проблема в известном уровне техники перекоса и заклинивания регулируемого диффузора 40 из-за асинхронного перемещения всех его частей.

В другом варианте осуществления изобретения количество соединительных пальцев 50 между приводной частью 30 и регулировочным элементом 20 не должно быть избыточным, что может повысить трудоемкость сборки. Тем не менее, в силу большой силы трения покоя, возникающей между регулировочным элементом 20 и корпусом 10 в начале вращения, конструкция не может содержать недостаточное количество соединительных пальцев 50. Расчетное количество пальцев (/штифтов/шпилек/…) может составлять от 6 до 10, где 8 - оптимальное число. Пальцы размещают равномерно по окружности приводной части 30 из расчета плавного привода регулировочного элемента 20 для перемещения вперед или назад. В предпочтительном варианте осуществления изобретения соединительные пальцы 50 представляют собой штифты, простые по конструкции и применению. При этом диаметр каждого пальца составляет φ от 10 до φ15, например, φ12. Конструкционная прочность каждого подобного крепежного элемента должна быть гарантированной, при этом детали конструкции не должны иметь избыточные габариты и вес.

Дополнительно, центробежный компрессор в другом варианте осуществления изобретения содержит узел лопасти 60, вращение которого также выполняется за счет приводной части 30. В частности, узел лопасти 60 содержит лопасть 61, вал лопасти 62, ограничительную гайку 63 и исполнительный элемент 64, при этом лопасть 61 размещена на всасе воздуха 80 центробежного компрессора для регулирования объема входящей текучей среды; первый конец вала лопасти 62 жестко соединен с лопастью 61, противоположный от лопасти 61 конец вала лопасти 62 входит внутрь монтажной камеры 11; на противоположном от лопасти 61 конце вала лопасти 62 съемно крепится ограничительная гайка 63, фиксируя таким образом узел в сборе вала лопасти 62 с лопастью 61 во всасе воздуха 80; на валу лопасти 62 установлен исполнительный элемент 64 в подвижном сопряжении с приводной частью 30, при вращении приводной части 30 в кольцевой монтажной канавке 13 лопасть 61 получает вращательное движение в устройстве всаса воздуха 80 с возможностью управления входящим потоком текучей среды.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения исполнительный элемент 64 представляет собой коническую шестерню, входящую в зацепление с зубчатой рейкой 32, размещенной на торцевой поверхности приводной части 30, примыкающей к конической шестерне. При вращении приводной части 30 зубчатая рейка 32 приводит в движение коническую шестерню для передачи вращения лопасти 61.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения коническая шестерня закреплена на валу лопасти 62 посредством шпоночного соединения (на рисунке не показано), и зафиксирована в кольцевой монтажной канавке 13 ограничительной гайкой 63.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения на внутренней стороне регулировочного элемента 20 выполнен установочный просвет 22, вмещающий противоположный от лопасти 61 конец вала лопасти 62, что придает компактность всей конструкции и уменьшает габариты центробежного компрессора в целом. Другие варианты осуществления изобретения допускают размещение конца вала лопасти 62, противоположного от лопасти 61, на одной стороне приводной части 30, напротив регулировочного элемента 20. Важно лишь гарантировать одновременность движения узла лопасти 60 и регулировочной элемента 20 во время вращения всей конструкции приводной части 30.

Ниже описан рабочий процесс центробежного компрессора по данному изобретению на основе упомянутого варианта осуществления изобретения.

Кольцо привода приводится в движение электрическим приводом или посредством сферического сочленения, при этом кольцо привода вращается в кольцевой монтажной канавке 13, передавая регулировочному кольцу возвратно-поступательное движение вдоль резьбовой части 12, за счет чего регулируемый диффузор 40, жестко соединенный с регулировочным кольцом, перемещается вперед или назад, и вращается узел лопасти 60, благодаря этому перемещением регулируемого диффузора 40 осуществляют регулирование воздушного потока в выпуске 70 центробежного компрессора, а поворотом направляющих лопастей 61 управляют потоком воздуха в подводе 80 центробежного компрессора.

Другим вариантом осуществления изобретения является центробежный охладитель воды (центробежный водяной холодильник), содержащий центробежный компрессор. В качестве центробежного компрессора используется упомянутый центробежный компрессор.

Из упомянутых описаний можно заключить, что варианты осуществления изобретения дают следующий технический результат.

В кольцевой монтажной канавке размещают кольцо привода и регулировочное кольцо, скрепляя по окружности соединительными стержнями. Затем к регулировочному кольцу присоединяют регулируемый диффузор, и на внешней стенке регулировочного кольца выполняют резьбу, совмещаемую с резьбовой частью кольцевой монтажной канавки, таким образом, что торцевые поверхности кольца привода и регулировочного кольца являются разъемными, при этом стрежневое соединение обеспечивает передачу усилия для перемещения. Электронный электрический привод передает вращательное движение кольцу привода, которое посредством конической шестерни поворачивает направляющую лопасть и посредством регулировочного кольца приводит в движение регулируемый диффузор, что обеспечивает полностью синхронное перемещение регулируемого диффузора. Это устраняет потенциально опасность перекоса и заклинивания регулируемого диффузора, обусловленную рассинхронизацией и существенно повышает надежность компрессора.

Упомянутое является только предпочтительными вариантами осуществления изобретения и не предназначено для ограничения изобретения. Специалистам в данной области техники понятна возможность различных модификаций и вариантов реализации изобретения. Любые видоизменения, эквивалентные замещения, усовершенствования и т.п.в рамках духа и принципов изобретения должны входить в рамки правовой охраны данного изобретения.

В описании изобретения раскрыт центробежный компрессор. Центробежный компрессор содержит: корпус (10), оборудованный монтажной камерой (11), резьбовую часть (12), выполненную на боковой стенке монтажной камеры (11); регулировочный элемент (20), установленный в монтажной камере (11), имеющий резьбу, совмещаемую с резьбовой частью (12); приводную часть (30), смонтированную в монтажной камере (11) и предназначенную для приведения регулировочного элемента (20) в возвратно-поступательное движение вдоль резьбовой части (12); и регулируемый диффузор (40), жестко соединенный с регулировочным элементом (20). Раскрыт также центробежный охладитель воды, содержащий центробежный компрессор. Центробежный компрессор и центробежный охладитель воды способны устранить проблему перекоса и заклинивания регулируемого диффузора, что способствует значительному повышению надежности центробежного компрессора. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Центробежный компрессор, содержащий:

корпус (10) с монтажной камерой (11), резьбовую часть (12), выполненную на боковой стенке монтажной камеры (11);

регулировочный элемент (20), установленный в монтажной камере (11), имеющий резьбу, совмещаемую с резьбовой частью (12);

приводную часть (30), смонтированную в монтажной камере (11) и предназначенную для приведения регулировочного элемента (20) в возвратно-поступательное движение вдоль резьбовой части (12); и

регулируемый диффузор (40), жестко соединенный с регулировочным элементом (20).

2. Центробежный компрессор по п. 1, в котором монтажная камера (11) содержит кольцевую монтажную канавку (13), приводная часть (30) представляет собой кольцо привода, смонтированное в кольцевой монтажной канавке (13), регулировочный элемент (20) представляет собой регулировочное кольцо, смонтированное в кольцевой монтажной канавке (13), при этом кольцо привода вращается в кольцевой монтажной канавке (13) для передачи регулировочному кольцу движения вперед или назад.

3. Центробежный компрессор по п. 2, в котором резьба выполнена на внешней стенке регулировочного кольца, и резьбовая часть (12) выполнена на стенке кольцевой монтажной канавки (13), противолежащей внешней стенке регулировочного кольца.

4. Центробежный компрессор по п. 1, в котором приводная часть (30) находится в соединении с регулировочным элементом (20) с помощью соединительного пальца (50) с возможностью передачи движения.

5. Центробежный компрессор по п. 4, в котором в первой торцевой поверхности приводной части (30) выполнено первое монтажное отверстие (31), и второе монтажное отверстие (21) выполнено в торцевой поверхности регулировочного элемента (20), противолежащей первой торцевой поверхности приводной части 30, напротив первого монтажного отверстия (31), каждый из двух концов соединительного пальца (50) входит в соответствующее первое монтажное отверстие (31) и в соответствующее второе монтажное отверстие (21).

6. Центробежный компрессор по п. 5, в котором есть от 6 до 10

соединительных пальцев (50), равномерно размещенных по окружности приводной части (30).

7. Центробежный компрессор по любому из пп. 4-6, в котором соединительный палец (50) представляет собой любой соединительный стержень, при этом диаметр соединительного стержня (50) от φ 10 до φ 15.

8. Центробежный компрессор по любому из пп. 1-6, дополнительно содержит узел лопасти (60), приводимый во вращательное движение приводной частью (30).

9. Центробежный компрессор по п. 8, в котором узел лопасти (60) содержит:

лопасть (61), размещенную на всасе воздуха (80) центробежного компрессора;

вал лопасти (62), первый конец которого жестко соединен с лопастью (61), и противоположный от лопасти (61) конец которого входит внутрь монтажной камеры (11);

ограничительную гайку (63), съемно устанавливаемую на противоположном от лопасти (61) конце вала лопасти (62);

и исполнительный элемент (64), установленный на валу лопасти (62) в подвижном сопряжении с приводной частью (30).

10. Центробежный компрессор по п. 9, в котором исполнительный элемент (64) представляет собой коническую шестерню, входящую в зацепление с зубчатой рейкой (32), размещенной на торцевой поверхности приводной части (30), примыкающей к конической шестерне.

11. Центробежный компрессор по п. 10, в котором коническая шестерня закреплена на валу лопасти (62) посредством шпоночного соединения.

12. Центробежный компрессор по п. 9, в котором на внутренней стороне регулировочного элемента (20) выполнен установочный просвет (22), вмещающий противоположный от лопасти (21) конец вала лопасти (62).

13. Центробежное устройство охлаждения воды, содержащее центробежный компрессор согласно любому из пп. 1-12.