Багатоступінчатий редукторний багатороторний турбокомпресор

1. Многоступенчатый редукторный многороторный турбокомпрессор, содержащий по меньшей мере одну ступень низкого давления и по меньшей мере одну ступень высокого давления, причем рабочие колеса ступеней соединены последовательно в направлении потока и консольно закреплены на параллельно расположенных зубчатых роторах, установленных с возможностью привода их в движение центральным колесом по его окружности, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что по меньшей мере на одном конце зубчатого ротора ступени высокого давления расположено последовательно несколько рабочих колес при промежуточном подключении дискового диффузора и кольца обратного хода. 2. Турбокомпрессор по п 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что на одной стороне зубчатого ротора размещена группа ступеней высокого давления, а на другой стороне - только один разгрузочный поршень 3 Турбокомпрессор по пп. 1-2, о тличающийся тем, что на одном или нескольких кольцах обратного хода расположены газовые штуцеры для подачи или отбора газа для увеличения или уменьшения подаваемого газового потока. 4. Турбокомпрессор по пп. 1-3, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что рабочие колеса ступеней высокого давления соединены друг с другом посредством торцевого шлицевого соединения и центральными винтами. 5. Турбокомпрессор по пп. 1-4, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что внутренний корпус компрессора выполнен с горизонтальным стыком, и горизонтально неразделенный внешний корпус компрессора охватывает разделенный внутренний корпус компрессора с ротором, причем корпус редуктора образует с разделенным внутренним корпусом компрессора дополнительную камеру, и с камерой соединен разгрузочный поршень. 6. Турбокомпрессор по пп. 1-5, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что рабочие колеса одной группы ступеней снабжены покрывным диском. 7. Турбокомпрессор по пп. 1-6, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что рабочие колеса одной группы ступеней снабжены покрывным диском, начиная со второй ступени группы. 8 Турбокомпрессор по пп. 1-7, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что рабочие колеса первой ступени одной группы ступеней выполнены с меньшим внешним диаметром, чем рабочие колеса ступени, подключенной через кольцо обратного хода. 9. Турбокомпрессор по пп. 1-8, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что одно или несколько рабочих колес одной группы ступеней изготовлены из материала с плотностью ниже плотности стали. ON оо оо о 26788 10 Турбокомпрессор по пп 1-9, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что один или несколько зубчатых роторов со ступенями высокого давления усыновлены на магнишых подшипниках. 11 Турбокомпрессор по пп 1 10, о тл и д а ю щ и й с я тем, что один или несколько зубчатых роторов установлены на радиальных магнитных подшипниках, а соответствующие зубчатые роторы и центральное колесо имеют гребенчатые упорные подшипники. 12. Турбокомпрессор по пп. 1-11, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что два или более рабочих колес соответственно одной группы ступеней закреплены посредством одного общего торцевого шлицевого соединения на конце зубчатого ротора. 13. Турбокомпрессор по п 12, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что общее торцевое шлицевое соединение расположено в зоне центра тяжести рабочих колес. 14. Турбокомпрессор по пп. 1-13, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что стенки корпуса колесных камер снабжены радиальными пазами вихрегашения 15.Турбокомпрессор по пп. 1-14, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что у лабиринтных уплотнений в средней зоне лабиринта сходятся каналы подачи газа затвоэа, а в периферийных зонах на входной для утечного потока стороне лабиринта имеются ребра вихрегашения, расположенные перпендикулярно окружному напэавлению. 16. Турбокомпрессор по пп. 1-15, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что перед первой ступенью группы ступеней распоюжен регулируемый входной направляющий аппарат, а на последней ступени группы - выходной направляющий аппарат. 17. Турбокомпрессор по пп. 1-15, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что за счет того, что всасывающий патрубок расположен на стороне высокого давления, а выходной диффузор расположен на стороне низкого давления, турбокомпрессор выполнен в виде турбинного расширителя радиального типа - радиального экспандера. 18. Турбокомпрессор по п. 17, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что выходную спиральную камеру ступеней высокого давления компрессора используют в качестве всасывающего патрубка радиального экспандера, дисковый диффузор ступеней высокого давления компрессора используют в качестве входной кольцевой камеры радиального экспандера, причем кольцо обратного хода высокого давления компрессора выполнено как кольцо обратного хода радиального экспандера, а всасывающий патрубок ступеней высокого давления компрессора выполнен как выходной диффузор радиального экспандера. 19. Турбокомпрессор по пп. 17 и 18, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что дисковый диффузор с лопатками ступеней высокого давления компрессора выполнен как входной направляющий аппарат радиального экспандера. 20. Турбокомпрессор по п. 19, о тл и ч а ю щ и й с ? 1 тем, что кольцо обратного хода радиального экспандера выполнено без лопаток. 21. Турбокомпрессор по пп. 1-20, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что группы ступеней высокого давления турбокомпрессоров и радиальных экспандеров для разного рода сред расположены на одном общем зубчатом роторе. Изобретение касается многоступенчазовая турбина и т.д. Передача мощности того редукторного многороторного турбона рабочее колесо компрессора при прякомпрессора с рабочими колесами, подкмом приводе может производиться по схелюченными последовательно в направлеме: зубчатый ротор привода - центральнии потока, закрепленными на двух или 5 ное колесо - зубчатый ротор колеса компболее параллельно друг другу располорессора или центральное колесо - проженных зубчатых роторах, которые привомежуточные шестерни зубчатый ротор дятся в движение напрямую центральным рабочего колеса компрессора. колесом или косвенно через зубчатые роИзвестен многороторный редукторный торы по окружности центрального колеса 10 турбокомпрессор согласно уровню техниКак известно, наружным приводом моки [11, содержащий рабочие колеса, подкчсет быть электромотор, паровая или галюченные последовательно в иаправле 26788 ний потока, причем на одном или нескольких параллельно друг другу распо* ложенных зубчатых роторах закреплены "спина к спине" с одной стороны привода два рабочих колеса компрессора с возможностью приведения их в действие прямо через центральное колесо. Ближние к корпусу редуктора рабочие колеса снабжены радиальными входными устройствами с патрубками, расположенными между корпусом редуктора и рабочим колесом. У турбокомпрессора известной конструкции пара рабочих колес расположена "спина к спине" соответственно на каждом зубчатом роторе только с одной стороны привода, что представляет собой в части динамики ротора ухудшение. Кроме того, из-за расположения радиального входного устройства с патрубком между корпусом редуктора и рабочим колесом, возникает большая отдаленность центра тяжести выступающей части ротора, что еще больше ухудшает динамические характеристики ротора. Обычно между отдельными ступенями компрессора располагаются промежуточный холодильник, который снова охлаждает газ до начальной температуры компрессии. Из-за этого и конечные температуры отдельных ступеней компрессора становятся с повышением температуры ступени соответственно ниже. Если теперь в ходе процесса потребуется еще и высокая конечная температура, то конечная ступень для получения нужной конечной температуры должна работать с соответственно большей окружной скоростью вращения. Таким образом еще более увеличивается число оборотов зубчатого ротора, что будет и далее обострять вышеназванные проблемы. Во избежание высокой окружной скорости выходом могло бы явиться увеличение числа ступеней давления, например, с помощью большего (более крутого) угла выхода рабочего колеса, что, однако, ухудшит графическую характеристику в отношении предела насоса. Другой возможностью было бы последовательное подключение двух ступеней посредством соединяющего трубопровода без промежуточного холодильника. Наряду с дополнительными производственными издержками на второй конец зубчатого ротора и две комплектные спиральные ступени здесь возникают дополнительные потери потока из-за двойного преобразования энергии давления и скорости, дополнительные потери из-за течи 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 на выходе ротора из спиральной камеры и механического трения. Наиболее близким по совокупности признаков к изобретению является многоступенчатый редукторный многороторный турбокомпрессор [2J, содержащий рабочие колеса, подключенные последовательно в направлении потока, причем на одном или нескольких параллельно друг другу расположенных зубчатых роторах закреплены два или несколько рабочих колес компрессора с возможностью приведения их в действие прямо через центральное колесо или косвенно через зубчатые роторы по окружности центрального колеса. Между ступенями располагаются соединяющие трубопроводы. В многороторном редукторном турбокомпрессоре известной конструкции газ через всасывающую камеру в осевом направлении поступает на рабочее колесо и замедляется в спиральной камере. С увеличением компрессии, а тем самым с уменьшающимся объемным расходом всасывания ступеней компрессора, для сохранения оптимальных значений объемного расхода рабочие колеса по внешнему диаметру становятся все меньше, а число, оборотов зубчатого ротора для сохранения окружной скорости вращения рабочих колес, необходимой для пропорции ступенчатой компрессии, становится все больше. При максимальном диаметре центрального колеса, заданном заранее его максимальной окружной скоростью вращения, это ведет к постоянному уменьшению диаметров малой шестерни и уменьшению числа ее зубьев. При достижении предельного числа зубьев малой шестерни должны быть подключены еще промежуточные шестерни, чтобы иметь возможность и далее увеличивать число оборотов. Это приводит к дополнительным механическим потерям из-за трения на подшипниках и зубьях редуктора. При высоких оборотах могут к тому же возникнуть и ротородинамические проблемы стабильности. В основу изобретения поставлена задача создать многоступенчатый редукторный многороторный турбокомпрессор, в котором новое выполнение ступеней, следующих за ступенями низкого давления, позволило бы обеспечить высокие механические характеристики при высоком общем КПД и малых издержках на изготовление, в частности, турбокомпрессоров с высокой общей степенью сжатия. Многоступенчатый редукторный многороторный турбокомпрессор содержит ра 26788 бочие колеса, подключенные последовательно в направлении потока, причем на одном или нескольких параллельно друг другу расположенных зубчатых роторах закреплены два или несколько рабочих колес компрессора, которые приводятся в действие прямо через центральное колесо или косвенно через зубчатые роторы по окружности центрального колеса, при этом в отличие от прототипа согласно изобретению у ступеней, следующих за ступенями низкого давления (первый или первый и второй зубчатый ротор), начиная со второго или третьего зубчатого ротора в качестве группы ступеней высокого давления расположено последовательно несколько рабочих колес при промежуточном подключении дискового диффузора и кольца обратного хода, по меньшей мере, на одном конце зубчатого ротора Радиальный экспандер - турбинный расширитель радиального типа, образуется путем изменения на обратное направление вращения и потока редукторного многороторного турбокомпрессора. Турбокомпрессор и турбинный расширитель радиального типа располагаются в одной общей машине. Ступени низкого давления могут быть выполнены при этом как традиционные, отдельные, которые работают обычным способом с высокой окружной скоростью вращения и большой пропускной способностью, сильно уменьшая тем самым объемный расход потока. При использовании изобретения ожидается достижение технического результата, заключающегося в повышении механических характеристик при высоком общем КПД и малых издержках на изготовление, в частности, турбокомпрессоров с высокой общей степенью сжатия. В турбокомпрессоре заявляемой конструкции всасывание на первое рабочее колесо группы ступеней высокого давления, образованной одной или несколькими ступенями обратного хода и одной конечной спиральной ступенью, происходит через аксиальный всасывающий патрубок. Подсоединенный к рабочему колесу дисковый диффузор может быть выполнен без лопаток или с направляющими диффузорными лопатками. Путем непосредственного перепуска выходного потока из дискового диффузора через кольцо обратного хода на примыкающую ступень и положения последней ступени каждой группы (ступеней) непосредственно рядом с корпусом редуктора образуется компактная конструкция, которая делает 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 8 минимальным удаление центра тяжести рабочих колес от опорного подшипника, находящегося в корпусе редуктора. Кроме того путем непосредственного перепуска выходного потока на последующие ступени групп ступеней удается избежать потери давление из-за двойного преобразования давления (замедление до пропускной скорости трубопровода и последующее ускорение до входной скорости рабочих колес следующей ступени). Благодаря разделению специфического процесса компрессии, производимого обычно рабочим колесом с высокой окружной скоростью и числом оборотов, на две или более ступеней можно значительно снизить число оборотов; при этом несмотря на увеличенный выступ зубчатого ротора, можно получить более выгодные роторна-динамические характеристики. В аэрогидродинамическом отношении выявляются следующие преимущества. При сохранении объемного расхода со снижением числа оборотов увеличиваются диаметры рабочих колес; при сохранении диаметров рабочих колес увеличивается объемный расход. Оба эффекта позитивно влияют на КПД потока при малых диаметрах рабочих колес, особенно применяемых в узлах высокого давления, и часто при малых значениях объемного расхода. При встречном в направлении потока расположении группы ступеней высокого давления, каждая на обоих концах зубчатого ротора, между обеими группами ступеней высокого давления происходит значительное уравновешивание аксиальных толчков (биений) противоположного направления, вызываемых силами потока. Если же на конце зубчатого ротора есть еще только одна группа ступеней высокого давления, то, в частности, в отношении меняющихся режимов работы на другом конце зубчатого ротора устанавливается разгрузочный поршень, если для этого поршня с учетом положения с критическим числом оборотов нет больше места на конце зубчатого ротора с группой ступеней согласно изобретению, которая в качестве отдельной ступени имеет увеличенный выступ вала. Этот разгрузочный поршень особенно удобен для попеременного рабочего давления компрессора, когда газ, производящий аксиальное биение, направляется из колесной камеры позади последней ступени группы высокого давления, находящейся на том же зубчатом роторе, в об 26788 ратную сторону разгрузочного поршня, а газ, всосанный группой ступеней высокого давления, направляется на внешний конец разгрузочного поршня. На кольцах обратного хода неохлаждаемых групп ступеней по причинам, обусловленным процессом работы, может возникнуть необходимость в установке входных или выходных штуцеров для подачи или отбора газа для увеличения или уменьшения подаваемого газового потока, если питающее или отводящее давление, заданное циклом работы, лежит в перепаде между входным и выходным давлением группы ступеней высокого давления. Рабочие колеса могут быть соединены друг с другом посредством торцового шлицевого соединения и центральными винтами и здесь целесообразно соединение Хирта. Это делает возможным гори-, зонтальное нераздельное исполнение колец камеры как на обычной отдельной ступени. Торцовое шлицевое соединение состоит из радиальных пазов, выбранных на торцевой поверхности рабочих колес. Они западают друг в друга и, таким путем радиально отцентрированы, передают крутящий момент. Элементы конструкции, соединенные друг с другом шлицевым соединением, закрепляются по оси с помощью центрального расширяющегося винта, который завинчивается в зубчатом роторе. Элементы торцевого шлицевого соединения могут изготавливаться тоже раздельно и закрепляться на рабочих колесах. Чтобы сократить число аксиально разъемных соединений зубчатого ротора изза радиальных встречных смещений узлов зубчатого ротора, возможных в пределах их рабочих допусков, может возникнуть необходимость жестко соединить между собой рабочие колеса одной группы ступеней, например, путем прессового соединения и закрепить на зубчатом роторе только посредством одного торцевого шлицевого соединения. Для этого потребуется один горизонтальный стык на кольце камеры, расположенном между рабочими колесами одной группы ступеней. В соответствии с другой формой исполнения изобретения внутренний корпус компрессора выполнен с горизонтальным стыком, и горизонтально неразделенный внешний корпус компрессора охватывает разделенный внутренний корпус компрессора с ротором, причем корпус редуктора образует с разделенным внутренним корпусом компрессора дополнительную камеру, и с камерой соединен разгрузоч 5 10 15 20 25 30 • 35 40 45 50 55 10 ный поршень. Внешний корпус компрессора может оставаться при этом цельным (неразделенным), включая крышку со стороны всасывания и давления. В этом случае весь ротор может быть вмонтирован в редуктор без разборки после балансировки. В отличие от горшкообразной конструкции у однороторных компрессоров горизонтально неразделенная крышка не может закрывать остов рубашки на стороне редуктора. Утечки газа в атмосферу при его высоких давлениях из-за имеющегося горизонтального стыка предотвращаются понижением промежуточного давления в камере редуктора между внутренним корпусом и корпусом редуктора через разгрузочные трубопроводы. При многоступенчатом расположении рабочих колес из-за термического растяжения ротора целесообразно рабочие колеса одной группы ступенейснабдить покрывным диском. Это возможно и при низких окружных скоростях группы ступеней высокого давления по отношению к одноступенчатому исполнению с высокими окружными скоростями. Если несмотря на снижение числа оборотов зубчатого ротора из-за сильно выступающего конца зубчатого ротора с группой ступеней высокого давления станет слишком низким критическое число оборотов, то для его повышения согласно изобретению в целях снижения массы ротора и смещения центра тяжести рабочие колеса первой ступени одной группы ступеней выполняются с меньшим внешним диаметром, чем рабочие колеса ступени, подключенной через кольцо обратного хода и/или в случае необходимости без покрывного диска. Иными словами, в этом случае покрывным диском снабжены рабочие колеса одной группы ступеней, начиная со второй ступени группы. Другие варианты заключаются в том, что одно или несколько рабочих колес одной группы ступеней изготовлены из материала с плотностью ниже плотности стали, например, титановых или алюминиевых сплавов. Проблемы роторной динамики, в особенности с далеко выступающими роторами в диапазонах высокого давления в преимущественной форме исполнения изобретения, разрешаются тем, что один или несколько зубчатых роторов со ступенями высокого давления установлены на магнитных подшипниках, которые держат зубчатый ротор в его позиции и обладают регулируемой амортизацией или 11 26788 один или несколько зубчатых роторов установлены на радиальных магнитных подшипниках, а соответствующие зубчатые роторы и центральное колесо имеют гребенчатые упорные подшипники. Два или более рабочих колес соответственно одной группы ступеней могут быть закреплены путем одного общего торцевого шлицевого соединения на конце зубчатого ротора. Торцевое шлицевое соединение может быть размещено на соединительной ступице колесной группы таким образом, что оно будет расположено примерно в зоне центра тяжести рабочих колес. В частности, при относительно длинном выступе зубчатого ротора с группами ступеней высокого давления согласно изобретению должны предотвращаться субсинхронные колебания вала, которые могут появиться при высоких давлениях газа. Для надежного предотвращения завихряющих потоков в лабиринтах уплотнения рабочего колеса и ротора, вызывающих колебания, стенки корпуса колесных камер снабжены радиальными пазами вихрегашения (канавками), дробящими завихрения, которые "изымают" завихрения из утечного потока уже перед поступлением в лабиринтное уплотнение. Для предотвращения остаточного завихрения, которого все еще следует ожидать, у лабиринтных уплотнений в средней зоне лабиринта сходятся каналы подачи газа затвора, а в периферийных зонах на входной для утечного потока стороне лабиринта имеются дробящие (гасящие) завихрения ребра вихрегашения, расположенные перпендикулярно окружному направлению. Из радиально внешней зоны колесных камер газ затвора без завихрения или с противозавихрением дополнительно направляется а лабиринт, который препятствует проникновению крутящегося утечного потока из колесной камеры в лабиринтное уплотнение. Для достижения широкого рабочего диапазона при высоком КПД частичной нагрузки у компрессоров применяются входные направляющие аппараты и выходные направляющие аппараты с регулируемыми диффузорными направляющими лопатками. У групп рассматриваемых здесь ступеней в отношении издержек изготовления и аэрогидродинамики представляется целесообразным снабдить первую ступень одной группы аксиальным регулируемым входным направляющим аппаратом, а последующую ступень - регулируемым вы 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 12 ходным направляющим аппаратом, установленным перед конечной спиралью. Если всасывающий патрубок расположить на стороне высокого давления, а выходной диффузор расположить на стороне низкого давления, то турбокомпрессор будет выполнен в виде турбинного расширителя радиального типа - радиального экспандера. Благодаря повороту в обратное направление потока редукторной многороторной турбомашини, задуманной как многороторный редукторный турбокомпрессор, т.е. вход газа обеспечивается на стороне высокого давления, а выход - на стороне низкого давления при обратном направлении вращения, турбомашина работает как экспандер при принципиально одинаковой конструкции с радиальным расширителем. В отношении традиционной конструкции благодаря расположению ступеней в зоне высокого давления согласно изобретению достигается постоянный или даже повышенный градиент на конец зубчатого ротора при хорошей стабильности в отношении колебаний. При этом выходную спиральную камеру ступеней высокого давления компрессора используют в качестве всасывающего патрубка (входной спирали) радиального экспандера, дисковый диффузор ступеней высокого давления компрессора с лопатками или без них используют в качестве входной кольцевой камеры радиального экспандера, а всасывающий патрубок ступеней высокого давления компрессора выполнен как выходной диффузор радиального экспандера. При этом кольцо обратного хода высокого давления компрессора выполнено с лопатками или без них и выполнено как кольцо обратного хода радиального экспандера. Причем дисковый диффузор с лопатками ступеней высокого давления компрессора выполнен как входной направляющий аппарат радиального экспандера. При этом только профилирование решеток, образуемых лопатками турбины, рабочими направляющими лопатками и лопатками обратного хода, приспосабливается к обратному направлению потока При высоких режимах давления, т.е. здесь при больших градиентах энтальпии, объемные расходы потоков газа к началу понижения давления еще очень малы и для получения оптимальных значений объемного расхода требуют малого диаметра рабочих колес. Число оборотов ротора с целью сохранения окружной скорости, необходимой для соответствующего гра г 13 26788 14 диента энтальпии, должно быть соответстлу, разрез по вертикали; на фиг. 12 венно высоким. При обычном расположедополнительные каналы питания, разрез нии ступеней это привело бы к тем же по горизонтали согласно фиг. 10; на фиг. проблемам с зубчатой передачей, что у 13 - дополнительные каналы отбора, разкомпрессоров. 5 рез по горизонтали согласно фиг. 10; на Посредством новой конструкции досфиг. 14 - горизонтальный стык турботигаются преимущества и в комбинации компрессора согласно изобретению с аккомпрессоров с радиальными экспандетивной магнитной опорой, разрез; на фиг. рами в одном общем корпусе редуктора. 15 - верхний горизонтальный стык турбоЗа счет расположения группы ступеней 10 компрессора согласно изобретению с аквысокого давления турбокомпрессоров и тивной радиальной магнитной опорой и радиальных экспандеров для разного роаксиальными гребенчатыми упорными подда сред на одном общем зубчатом роторе шипниками, разрез; на фиг. 16 - конец могут уменьшиться расходы на их изгозубчатого ротора как на фиг. 7 с двумя товление. Для уравнивания оптимального 15 рабочими колесами, покрывным диском и числа оборотов при заданном соотношетолько одним торцевым шлицевым соединии давления в ступенях турбины и гранением, разрез по горизонтали; на фиг. диента энтальпии можно варьировать и 17 - конец зубчатого ротора турбокомпоптимизировать количество ступеней компрессора согласно изобретению с соедирессора и радиального экспандера. 20 нением по Хирту в центре тяжести ступеНа фиг. 1 показан многоступенчатый ней, разрез; на фиг. 18 - конец ротора редукторный многороторный турбокомптурбокомпрессора согласно изобретению рессор, вид со стороны торца, в соотс пазами вихрегашения и вводом газа ветствии с уровнем техники и заявляемозатвора, разрез; на фиг. 18а - вид А на го турбокомпрессора с тремя зубчатыми 25 фиг. 18; на фиг. 18Ь - вид В на фиг. 18; роторами; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. на фиг. 18с - вид С на фиг. 18; на фиг. 1, нижний горизонтальный стык турбокомп18d - вид D на фиг. 18; на фиг. 19 рессора; на фиг. 3- разрез В-В на фиг. конец ротора турбокомпрессора согласно, 1, верхний горизонтальный стык турбоизобретению с аксиальным входным напкомпрессора (узел низкого давления вы- 30 равляющим аппаратом первой ступени и полнен согласно фиг. 2). на фиг. 4 радиальным выходным направляющим апконец зубчатого ротора многороторного паратом на последней ступени, разрез по турбокомпрессора по фиг. 1, разрез по вертикали; на фиг. 20 - нижний горизонвертикали; на фиг, 5 - нижний горизонтальный стык радиального экспандера согтальный стык турбокомпрессора с обыч- 35 ласно изобретению с зубчатым ротором и ным ротором низкого давления и новой ступенями высокого давления H V и зубконструкцией ротора высокого давления чатым ротором с обычными ступенями низсо ступенями 11 и VI, разрез А-А; на фиг. 1 кого давления V и VI, разрез А-А; на фиг. 6 - нижний горизонтальный стык турбо21 - конец зубчатого ротора радиального компрессора согласно изобретению со 40 экспандера, разрез по горизонтали; на ступенями IV и V новой конструкции, разфиг. 22 - горизонтальный стык многорорез А-А; на фиг. 7 - верхний стык турторной редукторной турбомашины с зуббокомпрессора согласно изобретению, чатым ротором со ступенями высокого узел низкого давления которого выполнен давления Н и ill турбокомпрессора, а таккак на фиг. 2 с двумя ступенями новой конструкции V, VI, VJI, VJH на концах зуб- 45 же ступень высокого давления I и II радиального экспандера и зубчатого ротора чатого ротора, разрез В-В; на фиг. 8 со ступенью I низкого давления турбоверхний горизонтальный стык турбокомпкомпрессора и ступенью III радиального рессора согласно изобретению с двумя экспандера, разрез А-А. ступенями новой конструкции и разгруНа фиг. 1-22 обозначено: 1 - корпус зочным поршнем на другом конце зубча- 50 редуктора; 2 - спиральная камера; 2а того ротора, разрез В-В; на фиг. 9 всасывающий патрубок (входная спиральконец зубчатого ротора аналогично фиг. 7 ная камера експандера); З - приводной с разгрузочным поршнем, интегрированвал; 4 - приводной зубчатый ротор; 5 ным в рабочее колесо, разрез по горизонтали; на фиг. 10 - конец зубчатого 55 колесо редуктора; 6 - зубчатый ротор; 7 - всасывающий патрубок; 7а - выходной ротора с первой ступенью без покрывнодиффузор радиального экспандера; 8 го диска, разрез по горизонтали; на фиг. рабочее колесо (без покрывного диска); 11 - конец зубчатого ротора с двумя ра8а - рабочее колесо (с покрывным дисбочими колесами горячей посадки на ваком); 8Ь - второе рабочее колесо; 9 15 26788 дисковый диффузор; 9а - кольцевая камера радиального экспандера; 10 - кольцо обратного хода; 10а - кольцо обратного хода радиального экспандера; ' 1 1 торцевое шлицевое соединение; 11а кольцо с торцевыми шлицами; 12 - центральный крепежный винт; 13 - камера для разгрузочного поршня; 14 - уплотне'ние вала; 14а - верхняя часть разделенного горизонтально уплотнения вала; 14Ь - нижняя часть разделенного горизонтально уплотнения вала; 15 - разгрузочный поршень; 16 - уплотнение разгрузочного поршня; 17 - цельный внутренний корпус компрессора; 17а - цельный внутренний корпус компрессора другого исполнения; 18 - раздельный внутренний корпус компрессора; 18а - верхняя часть корпуса 18; 8Ь - нижняя часть корпуса 18; 19 - внешний корпус компрессора; 20 - подающий канал; 21 - отводящий канал; 22 - радиальный магнитный подшипник; 23 - аксиальный магнитный подшипник; 24 - разгрузочный газовод; 24а - газовод; 25 верхняя часть корпуса редуктора 1; 25а средняя часть корпуса редуктора 1; 25Ь нижняя часть корпуса редуктора 1; 26 ~ дополнительная камера; 27 - колесная камера; 27а - стенка колесной камеры; 28 - внешняя камера; 28а - внутренняя камера; 29 - втулка; 30 - крышка; 31 - входной направляющий аппарат; 32 - выходной направляющий аппарат; 32а - регулировочное устройство; 33 - направляющие лопатки; 33а - направляющий аппарат; 34 - регулировочное устройство; 35 - радиальные пазы; 36 - лабиринтное уплотнение; 37 ребра; 38 - отверстия; 39 - упорный подшипник; 40 - промежуточная ступица; 41 уплотнение; 42 - выступ; 43 - место центрирующей посадки. На фиг. 1 показан вид со стороны торца заявляемого и известного турбокомпрессора. На корпусе редуктора 1 закреплены три ступени компрессора со спиральными камерами 2; ступени компрессора приводятся в действие центральным приводным валом 3 или приводным зубчатым колесом 4, расположенным у окружности центрального колеса редуктора 5. Стык турбокомпрессора такой конструкции изображен в разрезе на фиг. 2. Газ поступает через всасывающий патрубок 7 на рабочее колесо 8. В спиральной камере 2 происходит замедление газового потока. По причине увеличения компрессии в целях сохранения оптимального значения объемного расхода рабочие колеса ступеней I-V рассчитаны так, что их внешний диаметр постоянно уменьшается. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 16 Верхний горизонтальный стык известного турбокомпрессора согласно фиг. 1 показан в разрезе на фиг. 3, где видны конструктивные узлы - колесо 5 редуктора, зубчатый ротор 6, рабочие колеса 8а, корпус редуктора 1. Узел низкого давления показан на фиг. 2. Фиг. 4 на вертикальном разрезе конца зубчатого ротора 6 поясняет конструктивные признаки редукторного многороторного компрессора в соответствии с уровнем техники согласно фиг. 1. Схематическое построение турбокомпрессора согласно изобретению дает фиг. 5. Турбокомпрессор со спиральными камерами 2 и всасывающими патрубками 7 снабжен обычным традиционным зубчатым ротором 6 низкого давления со ступенями I и II и согласно изобретению зубчатым ротором 6 высокого давления со ступенями III, IV, V, VI. На зубчатом роторе 6 высокого давления расположены соответственно два рабочих колеса 8а компрессора на том же конце зубчатого ротора в том же направлении потока. Промежуточно подключены дисковые диффузоры 9 и кольца 10 обратного хода.Сечению нижнего горизонтального стыка турбокомпрессора согласно изобретению со ступенями IV и V также согласно изобретению показано на фиг. 6, причем на зубчатом роторе 6 размещены два рабочих колеса 8а. Промежуточно здесь подключены также дисковые диффузоры 9 и кольца 10 обратного хода. Верхний горизонтальный стык турбокомпрессора согласно изобретению дан в разрезе на фиг. 7, где видны конструктивные узлы каждых двух ступеней высокого давления (V, VI и VII, VIII) на концах зубчатого ротора 6. Узел низкого давления у этого турбокомпрессора выполнен в обычной конструкции согласно фиг. 2. При этом первое рабочее колесо 8а группы ступеней высокого давления выполнено с уменьшенным внешним диаметром. Закрепление рабочего колеса производится при этом посредством известного соединения Хирта - торцевого шлицееого соединения 11 с центральным крепежным винтом 12. Путем аксиального встречного расположения обеих групп ступеней происходит выравнивание аксиального биения (толчков), производимого каждой группой ступеней вследствие разности давлений перед и после рабочего колеса. Перед турбокомпрессором согласно фиг. 8, т.е. компрессором с двумя ступенями высокого давления на одном конце 17 26788 зубчатого ротора 6, на противоположном ему конце размещен разгрузочный поршень 15 внутри камеры 13, которая служит для выравнивания аксиального биения. На этом примере сжатый газ из колесной камеры 27 через газовод 24а подается во внутреннюю камеру 28а на разгрузочный поршень 15, а далее, так как внешняя камера 28 через разгрузочный газовод 24 соединена с всасывающим патрубком 7 первой ступени группы, давление во внутренней камере 28а опускается до уровня давления во всасывающем патрубке 7. Конец зубчатого ротора 6 в разрезе и конструктивное исполнение компрессора с двумя рабочими колесами 8а с покрывными дисками показаны на фиг. 9. Причем оба рабочих колеса 8а имеют одинаковый внешний диаметр. Внутренний корпус 17 - нераздельный, цельный, и во второе рабочее колесо 8а интегрирован разгрузочный поршень 15. Конец зубчатого ротора 6 с нераздельным внутренним корпусом другого исполнения 17а показан в горизонтальном сечении на фиг. 10. Первое рабочее колесо 8 без покрывного диска имеет уменьшенный внешний диаметр по сравнению с рабочим колесом 8а последующей ступени уже с покрывным диском. На фиг. 11 показан конец зубчатого ротора 6 турбокомпрессора согласно изобретению с двумя рабочими колесами 8а, установленными на валу при помощи горячей посадки, с помещенной между ними втулкой 29. Раздельный внутренний корпус 18 компрессора разделен по горизонтали и винтовым скреплением соединен со своей нижней частью на корпусе редуктора. Верхняя часть 18а внутреннего корпуса 18 компрессора винтовым соединением крепится с нижней частью 18Ь внутреннего корпуса 18 компрессора после закладки зубчатого ротора 6. Затем поверху на них надевается цельный внешний корпус 19 и в аксиальном направлении свинчивается со средней 25а и верхней 25 частью корпуса редуктора 1, благодаря чему образуется дополнительная камера 26, где можно убрать давление разгрузочным газоводом 24 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Турбокомпрессор согласно фиг. 10 в горизонтальном сечении согласно фиг. 12 дополнительно имеет газовые подающие 55 каналы' 20 между ступенями компрессора, которце оканчиваются в крышке 30 со стороны всасывания. На фиг. 13 в соответствии с сечением на фиг. 10 видны дополнительные отводя 18 щие каналы 21, обозначенные между обеими изображенными ступенями компрессора и оканчивающиеся в крышке 30 на стороне всасывания. Верхний горизонтальный стык многороторного редукторного турбокомпрессора согласно изобретению с рабочими колесами 8а представлен на фиг. 14, где показано наличие радиальных магнитных подшипников 22 и одного аксиального магнитного подшипника 23, которые уравновешивают проблемы динамики, в то время как они посредством сенсоров удерживают зубчатый ротор 6 в желаемом положении. Верхний горизонтальный стык многороторного редукторного турбокомпрессора согласно изобретению с рабочими колесами 8а показан в разрезе на фиг. 15 и показывает радиальные магнитные подшипники 22. Остаточные аксиальные толчки здесь воспринимаются обычным традиционным образом гребенчатыми упорными подшипниками 39 - через центральное колесо 5 аксиальным упорным подшипником приводного вала 3. На фиг. 16 показан в горизонтальном сечении конец зубчатого ротора 6 и представлен конструктивный вариант компрес-, сора с двумя рабочими колесами 8а с покрывными дисками, причем оба рабочих колеса 8а имеют одинаковый внешний диаметр. Оба колеса жестко связаны друг с другом, здесь рабочее колесо 8а изображено с покрывным диском при горячей посадке на удлиненной ступице колеса 8Ь Тем самым необходимо только одно шлицевое соединение 11 Хирта, однако для монтажа внутренний корпус 18 должен быть выполнен как раздельный с верхней частью 18а и нижней частью 18Ь. Во второе рабочее колесо (8Ь) интегрирован разгрузочный поршень 15. Конструктивные детали крепления рабочих колес 8а, 8Ь представлены на фиг. 17. Второе колесо 8Ь своей удлиненной ступицей с группами ступеней высокого давления охватывает конец зубчатого ротора 6, на торцевой стороне которого выфрезеровано соединение по Хирту. В удлиненную ступицу на выступе 42 по причинам технологии изготовления установлено кольцо 11а с торцевыми шлицами. Первое рабочее колесо 8а путем центрирования 43 жестко соединено со вторым колесом 8Ь, используя горячую посадку, пайку, сварку. Оба рабочих колеса 8а, 8Ь вместе установлены на конце зубчатого ротора 6 с помощью центрального винта крепления 12. 19 267S8 Фиг. 18, а также 18а, 18b, 18c, 18d показывают конструктивные детали гашения завихрений и .ввода газа- затвора. Указанные на фиг. 18 буквы А, В, С, D означают увеличение секторов на фигурах 18а, 18Ь, 18с, 18 d. В колесной камере 27 первого и второго рабочего колеса 8а, 8Ь со стороны покрывного диска и в колесной камере второго колеса 8Ь со стороны колесного диска проделаны радиальные пазы 35 для гашения завихрений, которые должны дробить завихренные потоки, образованные в течи в направлении лабиринтных уплотнений 35 колес 8а, 8Ь, зубчатого ротора 6 и разгрузочного поршня 15 внешними поверхностями рабочих колес. В лабиринтных уплотнениях 36 со стороны газового входа перпендикулярно окружному направлению расположены ребра 37 для гашения завихрений, которые должны ликвидировать завихренные составные скорости потока. Вследствие разности давлений между радиально внешней зоной колесной камеры 27 и всасывающим отверстием рабочих колес 8а, 8Ь поток газа затвора по сверленым отверстиям 38 направляется в лабиринтные уплотнения 36 колес 8а, 8Ь, чтобы предотвратить возможное проникновение все еще завихренного потока из колесной камеры, смежной с лабиринтным уплотнением 36. У разгрузочного поршня 15 происходят соответствующие циклы. Лабиринтное уплотнение 36 на промежуточной ступице 40 между ступенями обеспечивается газом затвора из колесной камеры последующей ступени через сверленые отверстия 38. Перед первой ступенью компрессора (фиг. 19) установлен входной направляющий аппарат 31 с регулировочным устройством 34, а после второй ступени установлен выходной направляющий аппарат 32 с аналогичным регулировочным устройством 32а. Структура радиального экспандера согласно изобретению на примере нижнего горизонтального стыка схематично показана на фиг. 20. Радиальный экспандер снабжен согласно изобретению зубчатым ротором 6 высокого давления со ступенями высокого давления I—IV и зубчатым ротором 6 с обычными ступенями низкого давления V и VI. На зубчатом роторе 6 высокого давления на том же конце зубчатого вала в том же направлении потока расположены соответственно два рабочих колеса 8а экспандера. 20 Из входной камеры 2а, выполненной как спиральная, после направляющего аппарата 33а, размещенного в кольцевой камере 9а, газ поступает на рабочее ко5 лесо 8а, затем через кольцо 10а обратного хода - на вторую ступень, а оттуда - на выходной конусный диффузор 7а радиального экспандера. На фиг. 21 в разрезе по горизонтали 1 о показан конец зубчатого ротора 6 радиального экспандера с цельным внутренним корпусом 17а. На входе рабочих колес 8, 8а в кольцевой камере Эа размещены входные направляющие аппараты 33а. 15 Кольцо 10а обратного хода выполнено здесь без лопаток и служит для поворота в обратном направлении и при лом в качестве радиального диффузора после первого рабочего колеса 8а. 20 На фиг. 22 представлена комбинация редукторнои многороторной турбомашины вместе с турбокомпрессором согласно изобретению (левая сторона рисунка) и радиальным экспандером (правая сторо25 на рисунка), причем турбокомпрессор нагнетает другую среду, отличную от той, которая разряжается в радиальном экспандере. В зоне высокого давления при работе турбокомпрессора (группы ступе2Q ней II и III), а также в момент расширения в радиальном экспандере {группы I и I!) разнообразные объемные расходы потоков малы и допускают равновысокое число оборотов зубчатого ротора. В процессе работы многоступенчато35 го редукторного многороторного турбокомпрессора наружным приводом через зубчатые роторы6 осуществляется передача мощности на рабочие колеса 8 каждой группы ступеней компрессора. Газ через всасывающий патрубок 7 поступает на образующую группу ступеней высокого давления последовательно расположенные рабочее колесо 8а, дисковый диффузор 9 и кольцо 10 обратного хода, после 45 чего газ поступает на второе рабочее колесо 8Ь. Затем в спиральной камере 2 происходит замедление газового потока. По причине увеличения компрессии в целях сохранения оптимального значения об50 ъемного расхода рабочие колеса ступеней I-V рассчитаны так, что их внешний диаметр постоянно уменьшается. Путем аксиального встречного расположения обеих групп ступеней происхо55 дит выравнивание аксиального биения (толчков), производимого каждой группой ступеней вследствие разности давлений перед и после рабочего колеса. При использовании разгрузочного поршня сжатый газ из колесной камеры 21 26788 27 через газовод 24а подается во внутреннюю камеру 28а на разгрузочный поршень 15, а далее, так как внешняя камера 28 через разгрузочный газовод 24 соединена с всасывающим патрубком 7 первой ступени группы, давление во внутренней камере 28а опускается до уровня давления во всасывающем патрубке 7. Вследствие разности давлений между радиально внешней зоной колесной камеры 27 и всасывающим отверстием рабочих колес 8а, 8Ь поток газа затвора по сверленым отверстиям 38 направляется в лабиринтные уплотнения 36 колес 8а, 8Ь, чтобы предотвратить возможное проникновение все еще завихренного потока из колесной камеры, смежной с лабиринтным уплотнением 36. У разгрузочного поршня 15 происходят соответствующие циклы. Лабиринтное уплотнение 36 на промежуточной ступице 40 между ступенями обеспечивается газом затвора из колесной камеры последующей ступени через сверленые отверстия 38. При- использовании турбокомпрессора в качестве радиального экспандера турбинного расширителя радиального типа - целесообразно на одном зубчатом роторе 6 расположить турбокомпрессор и радиальный экспандер. Со стороны ра 5 10 15 20 25 30 22 диального экспандера газ из спиральной, теперь уже входной, камеры 2а поступает на направляющий аппарат 33а, размещенный в кольцевой камере 9а, откуда газ поступает на рабочее колесо 8а, затем через кольцо 10а обратного хода на вторую ступень, а оттуда - на выходной конусный диффузор 7а радиального экспандера. В зоне высокого давления при работе турбокомпрессора (группы ступеней II и 111), а также в момент расширения в радиальном экспандере {группы I и II) разнообразные объемные расходы потоков малы и допускают равновысокое число оборотов зубчатого ротора. В зоне низкого давления при работе компрессора (ступень I) и расширении радиального экспандера (ступень III) объемные расходы потоков составляют одинаковый порядок величин, благодаря чему и здесь расположение соответствующих ступеней на одном общем зубчатом роторе 6 дает свои преимущества. За счет расположения на одном зубчатом роторе 6 турбокомпрессора и радиального экспандера снижаются расходы на изготовление комбинированной ре-, дукторной многороторной турбомашины, а аксиальные толчки уравновешиваются. Фиг 1 26788 2 Фиг 2 П / 1 ГЛ Тиг. З 26788 Ши.Щ Фиг 5 П 26676 26788 Уїї u УПТ Фиг. 7 13 26788 17 "Риг. 9 26788 17 ТигЮ 26788 19 Тип 11 V\ \ "-^ H Тиг.12 26788 21 26788 I. 26788 26788 8a 18a 26788 Фиг. 36 а Тип 18 26788 Фи г, 18 а Ъ 36а' 37 Фиг.18Ь 36 а -7 с' 38 щ 35 26788 32 a иг 20 26788 їїи.ДЕ 2 Іи.П -Jk Ш ФИГ. 22 Упорядник Техред М. Келемеш Коректор О Обручар Замовлення 530 Тираж Підписне Державне патентне ВІДОМСТВО України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл , 8 Відкоите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул Гагаріна, 101