Турбодетандер Советский патент 1992 года по МПК F25B11/00 

Фиг. 1

большими ступенями промежуточных ступенчатых шестерен роликов 4, при этом меньшие ступени промежуточных шестерен роликов 4 находятся в контакте с коле- сами-роликами 5. Колеса-ролики 5 насажены на один конец осей 6, имеющих осевые ограничители, а на .другом конце осей 6 размещены шестерни - ролики 7, сопряженные с колесом-роликом 8, размещенным на валу 9 с установленным на нем колесом центробежного насоса. На роторе 1 выполнен гребень 10, а ротор 1 опирается на подшипники 11, Вал 9 опирается на

подшипники. Корпус состоит из наружной обоймы и вставленных в нее корпусных элементов. Центральный элемент содержит подшипники осей 6, один из подшипников 11 ротора 1 и упорный подшипник. Левый элемент содержит второй подшипник 11, а также сухари осевых ограничите- лей осей 6. Правый элемент также содержит сухари, а кроме того, на нем размещен корпус насоса. Корпусные элементы крепятся в обойме фланцем, В каждом корпусном элементе выполнены полости и каналы для смазки. 4 ил.

Изобретение относится к холодильной технике, а точнее к турбодетандер- ным установкам. Цель изобретения состоит в повышении надежности в работе турбодетандера, а также в улучшении его регулировочных характеристик за счет снижения частоты вращения насосного колеса. Поставленная цель достигается тем, что в предложенной конструкции ротор 1 турбодетандера с рабочим колесом 2 расположен на опорных гидродинамических подшипниках. На роторе 1 выполнена шестерня 3, состоящая из зубчатой передачи и фрикционных роликов. Шестерня 3 сопряжена с

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к турбодетандерным установкам.

Известны конструкции турбодетанде- ров (ТД) с автономными нагрузочными устройствами и конструкции монороторных турбодетандеров.

Известна конструкция монороторного турбодетандера, содержащая корпус, в котором на подшипниках установлен ротор, на одной консоли которого размещено рабочее колесо турбодетандера, а в качестве нагрузочного устройства используется насос, рабочее колесо которого расположено на свободной консоли ротора.

Основным недостатком данной конструкции является то, что такие монороторные турбодетандеры отличаются высокой частотой вращения насосного ко- леса и возникает опасность кавитационного разрушения насоса и опасность нестабильности регулировочных характеристик. Так, из чертежа прототипа следует, что DH/DT 1, где DH - диаметр рабочего колеса насоса; DT - диаметр рабочего колеса детандера. Для реальной конструкции ТД, взятой из таблицы параметров унифицированного ряда монороторных ТД, DT 75 мм, частота вращения Пт Пн 130000 об/мин, где пт и пн - частота вращения колес ТД и насоса соответственно. Окружная скорость на колесе насоса

яОнПн

UH

60

ин 510м/с.

Цель изобретения состоит в повышении устойчивости в работе и улучшении регулировочных характеристик турбодетандера путем снижения частоты вращения насосного колеса.

Турбодетандер содержит трехступенчатую фрикционно-зубчатую планетарную передачу, размещенную в корпусе между

ротором турбодетандера и центробежным насосом и состоящую из корпусных элементов, вставленных в наружную обойму корпуса, причем в центральном корпусном элементе размещены на подшипниках оси колес-роликов, имеющие осевые ограничители, и установленные на одном конце осей шестерни-ролики, состоящие из зубчатой шестерни и двух дисков каждая, сопряженных с зубчатым колесом-роликом, размещенным на оном валу с колесом насоса, и колес-роликов, установленных на других концах осей и сопряженных с меньшей ступенью промежуточных ступенчатых шестерен-роликов, при этом большие ступени промежуточных шестерен-роликов сопряжены с шестерней, установленной на роторе турбодетандера.

В предлагаемой конструкции используется трехступенчатая фрикционно-зубчатая планетарная передача, позволяющая значительно снизить частоту вращения колеса насоса. Так, если рассмотреть предлагаемую конструкцию турбодетандера с теми же параметрами, что и в прототипе ( мм, пт 130000 об/мин) с учетом передаточного отношения i 25 (исходя из соотношений размеров колес и шестерен на фиг. 1-4), частота вращения .рабочего колеса насоса составит об/мин. Для соотношений представленных на фиг.1 DH/DT 3; мм. Окружная скорость колеса насоса в предлагаемой конструкции

UH2 -Л н- ; 11н2 61 м/с. Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет значительно снизить окружные скорости на колеса насоса (в данном случае 8,4 раза) без уменьшения диаметра рабочего колеса наcoca и даже позволяет увеличить диаметр

Он.

Элементы трехступенчатой передачи (шестерни-ролики, колеса-ролики,, промежуточные ступенчатые шестерни-ролики) размещены в корпусных элементах (три секции), вставленные в наружную обойму корпуса. При этом в центральном корпусном элементе размещены на подшипниках оси колес-роликов, а в боковых элементах размещены сухарики осевых ограничителей. Кроме того, в центральном корпусном элементе (секции) размещен и упорный подшипник вала турбодетандера, а все секции имеют каналы для подвода (отвода) смазки.

Таким образом, признаки, включенные в формулу изобретения, влияют на снижение частоты вращения насосного колеса.

Относительно влияния скорости вращения на устойчивость работы ТД.

На фиг. 1 показаны совмещенные характеристики ТД и нагрузочного устройства в конструкции-прототипе (где N - мощность ТД и НУ; п - частота вращения ТД и НУ; А - точка равновесия при настройке). На фиг,2 показаны совмещенные характеристики ТД и нагрузочного устройства (НУ) в виде мало- или среднеоборотного насоса (предлагаемое решение). Пунктиром обозначены регулировочные характеристики при различных степенях открытия дросселя насоса. Как видно из сравнения характеристик, система, представленная на фиг.1, неустойчивая, так как механические характеристики ТД и насоса пологие и близки друг к другу. Система на фиг.2 устойчивая, так как характеристики идут достаточно круто и пересекаются под значительно большим углом чем на фиг.1.

Под устойчивостью работы системы на- гружения понимается ее способность само- произвольно поддерживать заданный скоростной или нагрузочный режим и быстро восстанавливать их в случае кратковременных нарушений равновесия между вращающим и тормозным моментами. Таком образом, предлагаемая система позволяет обеспечить устойчивость и точность поддержания режима нагружения, что имеет принципиальное значение для оценки КПД турбодетандера, а следовательно, и его эффективности.

Улучшение регулировочных характеристик обусловливается использованием тихоходного или среднеоборотного насоса со значительным расходом жидкости при умеренных скоростях. Регулировка осуществляется на его напорной магистрали. Как видно из сопоставления фиг 1 и 2, в предлагаемом решении можно с достаточной надежностью и точностью установить характеристики насоса как НУ, В прототипе

возможно самопроизвольное изменение характеристики под воздействием внешних факторов (пульсации давления жидкости и т.д.). Использование в предлагаемой

конструкции трехступенчатой передачи обеспечивает возможность применения солнечной шестерни, т.е. шестерни, установленной на роторе ТД малого диаметра. В предлагаемой конструкции можно обес0 лечить требуемое усилие прижатия роликов без перегрузки солнечной шестерни за счет создания расклинивающего действия усилий, направленных на промежуточные шестерни-ролики. Кроме того, использование

5 ступенчатых шестерен-роликов позволяет обеспечить несколько симметричных зон контакта, которые обеспечивают уравновешивание шестерен-роликов в процессе их вращения и сохранения параллельности их

0 осей. Это позволяет увеличить КПД и долговечность передачи, а соответственно КПД и долговечность турбодетандера. В предлагаемой конструкции промежуточные ступенчатые шестерни-ролики являют5 ся самоустанавливающимися. Опоры необходимы только для осей четырех колес- роликов, контактирующих с центральным колесом, Частота вращения этих осей невысокая и они установлены в подшипниках

0 скольжения, размещенных в центральном корпусном элементе.

Использование корпусных элементов, пристыковываемых один к другому позволяет изготавливать турбодетандер из от5 дельных унифицированных деталей и значительно упрощать доводку ТД при монтаже. Облегчаются и ремонтные работы.

На фиг.1 изображен турбодетандер, общий вид; на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1; на

0 фиг.З - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - сечение В-В на фиг.2.

В предлагаемой конструкции ротор 1 турбодетандера с рабочим колесом 2 расположен на опорных гидродинамических

5 подшипниках. На роторе 1 выполнена шестерня 3, состоящая из зубчатой шестерни и фрикционных роликов. Шестерня 3 сопряжена с большими ступенями промежуточных ступенчатых шестерен-роликов 4, при

0 этом меньшие ступени промежуточных шестерен-роликов 4 находятся в контакте с колесами-роликами 5. Колеса-ролики 5 насажены на один конец осей 6, имеющих осевые ограничители, а на другом конце осей 6

5 размещены шестерни-ролики 7, сопряженные с колесом-роликом 8, размещенным на валу 9 с установленным на нем колесом центробежного насоса. На роторе 1 турбодетандера выполнен упорный гребень 10, а ротор 1 опирается на гидродинамические

подшипники 11. Вал 9 центробежного насоса опирается на подшипники качения. Корпус турбодетандера состоит из наружной обоймы и вставленных в нее корпусных элементов. Центральный корпусной элемент содержит гидродинамические подшипники осей б, один из гидродинамических опорных подшипников 11 ротора 1 и упорный подшипник, обращенный к поверхности упорного гребня 10. Левый (фиг.1) корпус- ный элемент содержит второй опорный гидродинамический подшипник 11, а также сухари осевых ограничителей осей 6. Правый (фиг.1) корпусной элемент также содержит сухари осевых ограничителей. Кроме того, на нем размещен корпус центробежного насоса. Корпусные элементы фиксируются в наружной обойме посредством фланца. В каждом корпусном элементе имеются полости и каналы для подвода (отвода ) смазки к узлам трения.

Устройство работает следующим образом.

При вращении рабочего колеса 2, расположенного на роторе 1, при помощи фрикционно-зубчатого зацепления движе- ние передается от ротора 1 через шестерню 3 большим ступеням промежуточных ступенчатых шестерен-роликов 4 и далее при помощи меньших ступеней движение передается колесам-роликам 5, насаженным на один конец осей 6, а на другом конце которых размещены шестерни-ролики 7. Через зубчато-фрикционный контакт шестерен- роликов 7 и колес-роликов 8 приводится во вращение вал 9 с установленным на нем колесом центробежного насоса,

Радиальные нагрузки от ротора 1 воспринимают гидродинамические подшипники 11, а осевую нагрузку - упорный подшипник, обращенный к упорному гребню 10 и размещенный также как и один из подшипников 11 в центральном корпусном элементе. Радиальные нагрузки от осей 6 воспринимаются гидродинамическими подшипниками, также размещенными в эле- менте. От осевого перемещения оси 6 удерживают ограничители, сухари которых

размещены в левом и правом корпусных элементах. Нагрузки от вала 9 центробежного насоса воспринимают подшипники 12 качения, установленные в корпусе. Корпусные элементы удерживаются в наружной корпусной обойме при помощи фланца. Смазка к узлам трения подводится через полости и каналы.

Для показанных на фиг.1-4 соотношений передаточное отношение между частотой вращения колеса ТД и насоса составляет 25,5. Частота вращения насосного колеса снижена в 8,4 раз, что позволяет повысить устойчивость в работе и улучшить регулировочные характеристики турбодетандера. Формула изооретения Турбодетандер, содержащий корпус с наружной обоймой и установленным в нем ротором с рабочим колесом, нагрузочное устройство, выполненное в виде центробежного насоса, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости работы и улучшения регулировочных характеристик за счет снижения частоты вращения насосного колеса, турбодетандер дополнительно содержит трехступенчатую фрикционно-зубчатую планетарную передачу, размещенную в корпусе между ротором турбодетандера и центробежным насосом и выполненную в виде корпусных элементов, вставленных в наружную обойму корпуса, причем в центральном корпусном элементе дополнительно размещены на подшипниках оси с колесами-роликами, имеющие осевые ограничители и установленные на одном конце осей шестерни-ролики, состоящие из зубчатой шестерни и двух дисков каждая, сопряженных с зубчатым колесом-роликом, размещенным на одном валу с колесом насоса, и колес-роликов, установленных на других концах осей и сопряженных с меньшей ступенью дополнительно установленных промежуточных ступенчатых шестерен-роликов, при этом большие ступени промежуточных ступенчатых шестерен-роликов сопряжены с шестерней, установленной на роторе турбодетандера.

фиг. 4