Центробежная турбомашина Советский патент 1984 года по МПК F04D15/00 F04D29/04 

Изобретение относится к компрессорои насосостроению и может быть использовано в центробежных компрессорах и насосах.

Известна центробежная турбомашнна, содержащая расположенное в корпусе на валу рабочее колесо, на наружной поверхности которого помещены разгрузочные импеллеры на подшипниках, а подшипники подпружинены и установлены с возможностью осевого перемещения.

При появлении неравномерного газодинамического воздействия на рабочее колесо, оно смещается и один из импеллеров выходит из зацепления с рабочим колесом и становится неподвижным, при этом вызывает уменьшение давления, вследствие чего и под действием подпружиненного подшипника рабочее колесо устанавливается в нормальное положение 1.

Недостатком конструкции является то, что она не позволяет уравновешивать газодинамические радиальные силы и снизить вибрацию ротора, вследствие возникновения неуравновешенной осевой силы.

Наиболее близким к изобретению по техничeckoй сущности и достигаемому результату является центробежная турбомашина содержащая корпус с центральным отводным каналом и расположенные в нем рабочее колесо со ступицей, размещенное на валу посредством сферического соединения с возможностью углового перемещения в плоскости вращения колеса, и щелевые уплотнения 2.

Недостатком известной конструкции является необходимость переналадки при работе турбомашины на различных режимах, что в условиях эксплуатации, особенно многоступенчатых машин, весьма затруднено и экономически невыгодно.

Целью изобретения является автоматическое уравновешивание радиальных сил.

Указанная цель достигается тем, что в центробежной турбомашине, содержащей корпус с центральным отводным каналом и расположенные в нем рабочее колесо со ступицей, размещенное на валу посредством сферического соединения с возможностью углового перемещения в плоскости вращения колеса, и щелевые уплотнения, рабочее колесо снабжено упругими элементами, .расположенными в ступице по обе стороны в меридианальной плоскости колеса по касательным к окружности сферической поверхности соединения, последнее размещено между ступицей рабочего колеса и валом, причем геометрический центр радиуса сферы совпадает с точкой пересечения оси вала и оси отводного канала, а щелевые уплотнения выполнены сферическими с тем же центром.

Кроме того, соединение выполнено шлицевым, причем между выступами шлицев

установлены элементы качения, подпружи ненные со стороны вала.

На фиг. 1 представлена центробежная турбомашина , продольный разрез (вариант исполнения сферического соединения - опора скольжения); на фиг. 2 - то же, с опорой качения; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - схема м.ногоступенчатого насоса, поясняющая причины возникновения радиальных сил.

Устройство в варианте исполнения опоры скольжения (фиг. 1) содержит корпус 1 с центральным Отводным каналом 2 и расположенные в нем рабочее колесо 3 со ступицей 4, размещенное на валу 5 посредством сферического- соединения б с возможностью углового перемещения в плоскости вращения колеса 3, и щелевые уплотнения 7. Рабочее колесо 3 снабжено упругими элементами 8, расположенными в ступице 4 по обе стороны в меридианальной плоскости колеса 3 по касательным к окружности сферической поверхности 9 соединения 6, последнее размещено между ступицей 4 и валом 5, причем геометрический центр радиуса сферы 9 совпадает с точкой пересечения 10 оси 11 вала 5 и оси 12 отводного канала 2; а щелевые уплотнения 7 выполнены сферическими с тем же центром.

В варианте исполнения опоры качения (фиг. 2 и фиг. 3) соединение 6 выполнено шлицевым, причем между выступами 13 установлены элементы 14 качения, подпружине«ные со стороны вала 5.

Устройство работает следующим образом.

В процессе нагнетания рабочее колесо 3 под воздействием статических и переменных газодинамических сил самоустанавливается, на сферической поверхности 9 посредством упругих элементов 8, изменяя зазоры между рабочим колесом 3 и корпусом 1 и соответственно поля давлений таким образом, что силы уравновешиваются. При этом исключаются моменты, действующие на вал 5 при жестком креплении рабочего колеса 3 и которые вызывают радиальные силы.

В варианте исполнения сферического соединения б с опорой качения под воздействием газодинамических (гидродинамических) сил угловое перемещение рабочего колеса 3 осуществляется при значительно меньших усилиях в сравнении с вариантом соединения б с опорой качения. Кроме того, между выступами 13 и ступицей рабочего колеса 3 установлены элементы 14 качения, что заменяет при повороте рабочего колеса трение скольжения на тренне качения.

Использование данной конструкции центробежной турбомашины позволяет автоматическ,и согласовывать элементы проточной части, уменьшить вибрацию и снизить радиальные силы, действуюшие на подшипНИКИ ротора, повысить долговечиость ротора, вследствие чего данная конструкция центробежной турбомашины дает возможность повысить КПД, улучшить вибрационные характеристики, автоматически уравновешивать радиальные силы и повысить надежность компрессора.

Применение центробежной турбомашины с ротором с самоустанавливающимися рабочими колесами позволяет предотвратить преждевременную остановку машины и обеспечить более длительную и надежную работу технологических линий химических производств.

Таким образом, автоматическое уравновешивание радиальных сил в центробежной турбомашине позволит получить значительный экономический эффект за счет повышения надежности технологических линий химических производств.

1. ЦЕНТРОБЕЖНАЯ ТУРБОМАШИНА, содержащая корпус с центральным отводным каналом и расположенные в нем рабочее колесо со ступицей, установленное на валу посредством сферического соединения с возможностью углового перемещения в плоскости вращения колеса, и щелевые уплотнения, отличающаяся тем, что, с целью автоматического уравновешивания радиальных сил, рабочее колесо снабжено упругими элементами, расположенными в ступице по обе стороны в меридианальной плоскости колеса по касательным к окружности сферической поверхности соединения, последнее размещено между ступицей рабочего колеса и валом, причем геометрический центр радиуса сферы совпадает с точкой пересечения оси вала и оси/отводного канала, а щелевые уплотнения выполнены сферическими с тем же центром. 2. Турбомашина по п. I, отличающаяся тем, что Соединение выполнено щлицевым, причем между выступами шлицев установлены элементы качения, подпружиненные со стороны вала.