Спосіб регулювання нагнітача та пристрій для його здійснення

Взаємозв'язана група винаходів відноситься до насособудування, компресоробудування, вентиляторобудування і може бути застосована в багатьох галузях промисловості та комунальному господарстві для регулювання системи нагнітач-мережа з перемінним опором. Відомий спосіб регулювання шляхом дроселювання мережі та пристрої, дроселюючі мережу. Цей спосіб самий найнеекономічніший, так як в мережу впроваджений додатковий опір у вигляді дроселюючого пристрою [1]. Відомий спосіб регулювання перепуском частини робочого середовища з нагнітального трубопроводу у всмоктуючий по обхідному трубопроводу, обладнаному дроселюючим пристроєм. Цей спосіб поступається дроселюванню [1]. Спосіб регулювання шляхом спільного включення нагнітачів в систему. Цей спосіб здійснюють шляхом відключення одного із нагнітачів і використовують рідко, так як при цьому виникає небезпека виникнення нестійких режимів роботи і зниження коефіцієнта корисної дії окремих нагнітачів [1]. Відомий спосіб регулювання шляхом зміни форми та розмірів проточної частини нагнітача та регулюючі пристрої, змінюючі характеристику як нагнітача, так і мережі. Регулювання здійснюють за допомогою поворотних лопаток регулюючих пристроїв, які встановлюють перед або за робочим колесом. Через великі втрати потужності та конструктивні складнощі цей спосіб та пристрої застосовують тільки на перших ступенях секції, а в окремих випадках - в останньому ступені секцій. Відсутність регулювання в окремих ступенях нагнітача не дозволяє здійснити глибоке регулювання системи [1]. Відомі і інші способи регулювання. Сюди належить поворот лопаток зворотного направляючого апарату, поворот язика улиток кінцевих ступенів, зміна ширини безлопаткової ділянки перед лопатковим дифузором, зміна площі прохідного перетину на вході в робоче колесо за допомогою пересування в осьовому напрямку диску. Найбільшої економічності регулювання досягають одночасним застосуванням різних комбінацій перелічених способів [1]. Відомий також спосіб регулювання шляхом зміни частоти обертів ротора - один із найбільш економічних способів регулювання, оскільки він не потребує введення в систему нагнітач-мережа регулюючих елементів, які являються додатковими опорами. Істотними недоліками способу являються: невелика глибина регулювання; неможливість узгодити систему, в якої характеристика мережі не являється квадратичною параболою; неможливо узгодити систему, в якої витрата постійна, а опір мережі змінюється; великі втрати енергії; високий рівень шуму [1]. Також відомий, вибраний як прототип, спосіб регулювання нагнітача [2], згідно з яким, як і в заявленому способі, дифузори, поворотні коліна, зворотні направляючі апарати, кільцеві конфузори і ротор нагнітача обертають одночасно. На відміну від заявленого способу, ротор обертають з постійною частотою за допомогою нерегульованого приводу. Недоліком вибраного способу є невелика глибина регулювання, так як при обертанні ротора і направляючого апарату в одному напрямку змінюється тиск за рахунок зміни динамічного тиску в безлопаткових дифузорах, в яких газ переміщується з надзвуковою швидкістю, а при обертанні в протилежних напрямках - змінюється продуктивність і тиск за рахунок лопаткових дифузорів. Відомий, вибраний як прототип, пристрій регулювання нагнітача [3], що містить, як і заявлений пристрій, корпус, в якому розміщений за допомогою підшипників ротор, на валу якого жорстко закріплені робочі колеса і який з'єднаний з приводом з регульованою частотою обертання вала або деталі. На відміну від заявленого пристрою направляючий апарат, який складається з дифузорів, поворотних колін, зворотних направляючих апаратів і кільцевих конфузорів, закріплений нерухомо в корпусі нагнітача. В цьому пристрої великі радіальні розміри направляючого апарату і його маса, що веде до великих втрат потужності на тертя потоку в його каналах і транспортування нагнітача. В основу першого із групи винаходів поставлене завдання удосконалення способу регулювання нагнітача шляхом одночасного обертання ротора і направляючого апарату, що дозволить збільшити глибину регулювання нагнітача і зменшити втрати споживаної потужності. В основу другого із групи винаходів поставлене завдання удосконалення пристрою регулювання нагнітача шляхом розміщення направляючого апарату за допомогою підшипників на валу ротора, що дозволить зменшити радіальні розміри нагнітача і його масу, а також втрати потужності. Перше поставлене завдання вирішується тим, що у відомому способі дифузори, поворотні коліна, зворотні направляючі апарати, кільцеві конфузори і ротор обертають одночасно. Згідно з винаходом ротор обертають з перемінною частотою за допомогою приводу з регульованою частотою обертання вала або деталі. В інших конкретних формах виконання: дифузори, поворотні коліна, зворотні направляючі апарати та кільцеві конфузори обертають з перемінною частотою в одному з обертанням ротора напрямку за допомогою сили потоку, який поступає з лопаток робочих коліс ротора, або цієї ж сили потоку і приводу з регульованою частотою обертання вала або деталі, або цих же сили потоку, приводу і генератора напруги; дифузори, поворотні коліна, зворотні направляючі апарати та кільцеві конфузори обертають з перемінною частотою в протилежному з обертанням ротора напрямку за допомогою приводу з регульованою частотою обертання вала або деталі; дифузори, поворотні коліна, зворотні направляючі апарати та кільцеві конфузори обертають з постійною частотою в одному з обертанням ротора напрямку за допомогою сили потоку, який поступає з лопаток робочих коліс ротора і генератора напруги, або цієї ж сили потоку і приводу з регульованою частотою обертання вала або деталі, або цих же сили потоку, приводу і генератора напруги; дифузори, поворотні коліна, зворотні направляючі апарати та кільцеві конфузори обертають з постійною частотою в протилежному з обертанням ротора напрямку за допомогою приводу з регульованою частотою обертання вала або деталі. Обертання направляючого апарату при всіх варіантах виконання і ротора з перемінною частотою забезпечує збільшення глибини регулювання нагнітача та зменшення втрат споживаної потужності. Друге поставлене завдання вирішується тим, що пристрій регулювання нагнітача містить корпус, в якому розміщений за допомогою підшипників ротор, на валу якого жорстко закріплені робочі колеса і який з'єднаний з приводом з регульованою частотою обертання вала або деталі і має направляючий апарат, який складається з дифузорів, поворотних колін, зворотних направляючих апаратів і кільцевих конфузорів [1]. Згідно з винаходом направляючий апарат закріплений за допомогою підшипників на валу ротора. В інших формах виконання: направляючий апарат складається з лопаткових дифузорів, безлопаткових поворотних колін і зворотних направляючих апаратів, лопаткових або безлопаткових кільцевих конфузорів. Цей пункт використовується при обертанні ротора і направляючого апарату в протилежних напрямках за допомогою приводів з регульованою частотою обертання вала або деталі, або в одному напрямку, коли направляючий апарат обертається за допомогою сили потоку. кільцеві конфузори мають поворотні апарати, ланки кінематичних пар яких мають можливість рухатись, а розрізні лопатки, які кінематично зв'язані з вихідними ланками апаратів, повертатись [3,5]. направляючий апарат складається з безлопаткових дифузорів і поворотних колін, а також кільцевих конфузорів, які мають поворотні апарати, ланки кінематичних пар яких мають можливість рухатись, а розрізні лопатки апаратів, які розміщені на виході зворотних направляючих апаратів і розрізні лопатки, які розміщені в кільцевих конфузорах і кінематично зв'язані з вихідними ланками поворотних апаратів, повертатись; направляючий апарат складається з безлопаткових дифузорів та поворотних колін, а також кільцевих конфузорів і зворотних направляючих апаратів, які мають поворотні апарати, ланки кінематичних пар яких мають можливість рухатись, а розрізні лопатки, які розміщені в кільцевих конфузорах та розрізні лопатки, які розміщені на входах зворотних направляючих апаратів і кінематично зв'язані з вихідними ланками поворотних апаратів, повертатись. Ці пункти використовуються при обертанні ротора та направляючого апарату в одному напрямку, коли потрібно забезпечити оптимальний кут атаки потоку на входах його лопаток і потрібну закрутку потоку на входах робочих коліс. в каналах поворотних колін і зворотних направляючих апаратів закріплені перфоровані диски. Цей пункт використовують для відсмоктування і здування пограничного шару. вал ротора кінематично з'єднаний з приводом зі сторони першого ступеню нагнітача, а направляючий апарат - зі сторони останнього ступеню. Цей пункт використовують для нагнітачів великої потужності при обертанні ротора і направляючого апарату в протилежних напрямках. Суть винаходу пояснюється кресленням, на якому представлений пристрій пунктів формули: 6,10, 11, 12. Як показано на фіг. пристрій регулювання нагнітача містить вал 1, на якому закріплені робочі колеса 2 і 3, який закріплений за допомогою підшипників (на кресленні не показано) в корпусі 4 нагнітача та підшипника 5 в ступиці ведучого диску 6 кінцевого ступеню направляючого апарату 7. Кожен проміжний ступінь направляючого апарату 7 складається з безлопаткового дифузору 8, поворотного коліна 9, зворотного направляючого апарату 10 та кільцевого конфузору 11 і з'єднані між собою за допомогою циліндричного кожуха 12. На основному диску 13 закріплені перфорований диск 14, зубчате колесо 15 за допомогою підшипників 16, вала-шестерні 17 за допомогою покриваючого диску 18 та підшипників 19 і 20, які входять в зубчате зачеплення з колесом 15. На вал-шестерні 17 закріплені розрізні лопатки 21. На основному диску 13 закріплені покриваючий диск 22 за допомогою спиць (на кресленні не показано) поворотного коліна 9. На осях 23 основного диску 13 закріплені важелі 24, а на основному диску 13 закріплені пружинні механізми 25. Кожен важіль 24 одним кінцем входить в зачеплення з віссю 26 колеса 15, а іншим - з пружиною пружинного механізму 25. Кількість важелів та пружинних механізмів менше кількості валів-шестерень. На покриваючому диску 18 закріплені за допомогою підшипників 27 зубчате колесо 28, а також вали-шестерні 31 за допомогою підшипників 28 та ЗО. Підшипник ЗО закріплений в ступиці основного диску 13. Вали-шестерні 31 входять в зубчате зачеплення з колесом 28 і на них закріплені розрізні лопатки 32 кільцевого конфузора 11. На осях 33 покриваючого диску 18 закріплені пружинні механізми 35, кожен важіль 34 одним кінцем входить в зачеплення з віссю 36 колеса 28, а іншим з пружиною пружинного механізму 35. Ведучий диск 6 за допомогою лопаток 37 з'єднаний з покриваючим диском 18. Основний диск 13 кожного проміжного ступеню направляючого апарату 7 з'єднаний з валом 1 за допомогою підшипника 38. З корпусом 4 нагнітача направляючий апарат 7 з'єднаний за допомогою підшипника 39. Вал 1 ротора з'єднаний зі сторони першого ступеню нагнітача з приводом 40. Направляючий апарат 7 з'єднаний зі сторони останнього ступеню нагнітача з приводом 41. Пристрій працює таким чином. Вал ротора та направляючий апарат 7 обертають в одному напрямку за допомогою приводів 40 і 41. При зміні опору та продуктивності мережі змінюють частоту обертання ротора. Густина газу на кожному ступені нагнітача змінюється по-різному. Узгодженість ступенів зменшується, так як кути атаки потоку на лопатки направляючого апарату на ступенях різні. Тому направляючий апарат обертають з перемінною частотою, при якому важелі 24 під дією відцентрової сили їх маси і сили пружин пружинних механізмів 25 переміщуються в кожному ступені по-різному, які повертають осі, на яких закріплені розрізні лопатки 21, за допомогою зубчатих коліс 15 та валів-шестерень 17 в ступенях на різний кут. Тим самим забезпечується оптимальний кут атаки потоку на входах лопаток направляючого апарату. При зміні частоти обертів направляючого апарату змінюється закрутка потоку на входах робочих коліс, якщо в кільцевих конфузорах застосовуються нерухомі лопатки. В розглядаємому варіанті розрізні лопатки 32 повертаються за допомогою зубчатих коліс 28, валівшестерень 31, важелів 34, пружин пружинних механізмів 35 та осей на розрахунковий кут, який забезпечує оптимальну закрутку потоку на входах коліс. Цей механізм працює таким же чином, як і розглянутий вище. Перфоровані диски 14 здувають та відсмоктують пограничний шар у поворотних каналах та зворотних направляючих апаратах в залежності від перепаду тиску в їх каналах і циркуляції потоку через перфоратори дисків - розширюється зона стійкої роботи нагнітача. Джерела інформації 1. Теория и расчет турбокомпрессоров. / Под ред. Селезнева К.П. - М.: Машиностроение, 1986. – рис.В3. С. 9 – 11, 254 – 303. 2. Патент України № 27556. МПК 6 F04D 17/14; 29/40; 2000 - прототип. 3. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. - М.: Наука,1975. 4. Патент України № 32574. МПК 7 F04D 17/12; F04D 17/14; F04D 17/16; F04D 17/00; 2000. 5.Заявка № 96114179 от 06.11.1996 г. "Способ поворота лопаток регулирующих устройств кольцевых конфузоров, диффузоров, обратных направляющих аппаратов и устройство для его осуществления", авторы: Олефиренко А.И., Олефиренко О.И.