Гвинтовий компресор змішаного кроку

F 04 С 18/1 ГШНТОВЙЙ КОМПРЕСОР ЗМІШАНОГО КРОКУ Винахід належить до області роторних мадая , переважно компресорних , І може бути використаним у виробництві компресорів для пересувних ком пресорних станцій, суднових холодильних установок, установок для стиску попутного газу та Інших установок для компримірування газів . € відомим гвинтовий компресор з торцевими стінками /І/, що містить розміщені в циліндричних розточках статора ведучий та ведений гвинтові ротори» котрі зпрофільовані та установлені як зубчасті зачеплення ведучого та веденого гвинтових роторів . Гвинтова частина роторів з обох боків обмежена торцевими стінками , в яких виконані вікно всмоктування та вікно нагнітання. Частина западин гвинтових роторів, які не збігаються у поточному положенні роторів з вікнами всмоктування та нагні тання, перекриті торцевими стінками. Елементарна замкнена робоча камера являє собою парну порожнину у з'єднаних западинах ведучого та веденого роторів, ущільнену на боці всмоктування рухомим сполученням зуб»їв у зачепленні /зуб одного ротора перекриви западину Іншого /, а на боці нагнітання - нерухомою торцевою стінкою. Нерухомі торцеві стінки обумовлюють низку недоліків відомого гвинтового компресора . Торцеві стінки зменшують площу живого перерізу на вході І, особливо сильно, на виході гвинтової частини. Лише частина площі кілець , обмітаної зубцями при обертанні роторів, використовуваеться для надходження газу у гвинтову частину, що обмежує масову видатність компресора . Торцеві стінки являють собою місцевий гідравлічний опір , на якому втрачається частина механічної енергії потоку. Біля торцевих стінок утворюються защемлені об'єми на всмоктуванні та на нагнітанні , що також спричиняє втрати механічної енергії. РІЗКІ ЗМІНИ величини та напрямку швидкості потоку біля торцевих стінок спричиняють пульсації тиску , тому для відомого гвинтового компресора є характерним високий рівень шуму ігри робо ті. Вхід потоку газу до гвинтової частини І вихід Із неї відбувається з обтіканням торцевого перерізу роторів , який має незручно обтічний профіль зубчастого колеса. Стрибкувата зміна площі проточної частини в області торців роторів є ознакою місцевого гідравлічного опору , близького до типу "раптовий стиск потоку" на вході та "раптове поширення потоку" на виході гвинтової частини роторів . На цьому місцевому опорі втрачається механічна енергія потоку , пропорційна квадрату швид кості ; це так звані втрати на "удар". Внаслідок втрат механічної енер гії на вході знижується тиск та густина газу , що погіршує наповнення робочих камер компресора . Мала площа вікна нагнітання спричиняє значні дросельні втрати механічної енергії потоку . Незручнообтічна Форма торців гвинтових частин роторів обумовлена вимогами ущільнення робочих камер відомого гвинтового компресора , тому безударна, безвідривна течія на вході та на виході гвинтової частини роторів відомого гвинтового компресора є принципово недосяжною . Газодинамічна недосконалість проточної частини відомого гвинтового компресора з торцевими стінками обмежує експлуатаційну колову швидкість на периферії роторів , яка у гвинтових компресорів сухого стиску дорівнює 90-110 м/с, при цьому відносна швидкість в проточній частині значно менше , ніж швидкість звука. Інтенсифікація швидкісних режимів приводить до недопустимого зниження рівня коефіцієнта корисної дії /далі ШЩ/ компресора внаслідок зростання втрат енергії на всмоктуванні та на нагнітанні . Кінцевим результатом негативного впливу торцевих стінок є низька масова видатність відомих гвинтових компресорів . Найбільш близьким за сукупністю суттєвих ознак с гвинтовий компресор змішаного кроку /2/, що містить розміщені в циліндричних розточках статора ведучий та, щонайменше один, ведений гвинтові ротори , котрі зпрофільовані та установлені як зубчасті зачеплення ведучого гвинтового ротора з кожним Із ведених гвинтових роторів . Співвідношення числа зуб>їв ведучого, веденого роторів та числа ведених рото з рів відповідає умові замикання ланцюжка порожнин у западинах роторів самого на себе. Гвинтова частина роторів складається завдовжки Із ділянок, маючих різний крок гвинтових елементів . Області сполучення різних ділянок виконані безперервними або в формі ущільнених стиків . Елементарна робоча камера являє собою ланцюжок порожнин у западинах роторів. Внаслідок наявності ділянок з різним кроком елементарна замкнена робоча камера на боці всмоктування І на боці нагнітання ущільнена рухомими сполученнями зуб'їв у зачепленні - шляхом перекриття западин одного ротора зуб'ями другого ротора . Всмоктування та нагнітання газу відбувається по усій площі кілець , обмітаної зуб'ями роторів в торцевих перерізах на вході та на виході гвинтової частини , що сприяє підвищенню ККД та зниженню рівня шуму гвинтового компресора змішаного кроку у порівнянні з гвинтовим компресором з торцевими стінками. Недолік гвинтового компресора змішаного кроку обумовлений газодинамічного недосконалістю його проточної частини на вході та на виході гвинтової частини роторів , де вхідним та вихідним перерізами є торцеві перерізи роторів, які мають незручнообтічний профіль зубчастого колеса. Стрибкувата зміна площі проточної частини в облас ті торців роторів є ознакою місцевого гідравлічного опору , блізького до типу "раптовий стиск потоку" на вході та "раптове поширення потоку" на виході гвинтової частини роторів. Течія газу супроводжується втратами механічної енергії на місцевому гідравлічному опорі . Особливо значний негативний вплив місцевого гідравлічного опору на вході, де швидкість течії максимальна. Внаслідок втрат механічної енергії знижуються тиск та густина газу , що спричиняє погіршення наповнення робочих камер на всмоктуванні . Інтенсифікація швид-кісних режимів течії приведе до недопустимого зниження рівня КВД внаслідок зростання втрат механічної енергії . В основу винаходу поставлено задачу: у гвинтовому компресорі змішаного крону шляхом Інтенсифікації швидкісних режимів течії газу в проточній частині забезпечити збільшення масової видатності компресора при при-Тнятному рівні ККД. Зазначений технічний результат досягається при використанні запропонованого гвинтового компресора змішаного кроку , що містить розміщені в цилиндричних розточках статора ведучий та , щонайменше один, ведений гвинтові ротори , котрі зпрофільовані та установлені як зубчасті зачеплення ведучого гвинтового ротора з кожним Із ведених гвинтових роторів . Співвідношення числа зуб'їв ведучого , веденого роторів та числа ведених роторів відповідає умові зами кання ланцюжка порожнин у западинах роторів самого на себе . Гвинтова частина роторів складається завдовжки Із ділянок , маючих різний крок гвинтових елементів, а області сполучення діляной винонані безперервними або в формі ущільнених стиків . Згідно з винаходом, гвинтові ротори обладнані тільки на вхідному КІНЦІ або на вхідному І на вихідному кінцдх гвинтових частин коловими рядами напрямних лопаток, кожна з котрих виконана як продовження гвинтового зуба, ї кожний коловий ряд напрямних лопаток розміщений в розточках статора, маючих форму поверхень обертання . Статор обладнаний одним комплексним напрямним апаратом , установленим напроти колових рядів вхідних КІНЦІВ ГВИНТОВИХ частин роторів, або двома комплексними напрямними апаратами , один з яких установлений напроти колових рядів вхідних КІНЦІВ, а другий -напроти колових рядів вихідних КІНЦІВ ГВИНТОВИХ частіш роторів, причому комплексний напрямний апарат містить сукупність лопаткових решіток , охоплюючих кожний ротор , І різні лопаткові решітки з'єднані з одним І тим же ланцюжком порожнин у западинах роторів через міжлопаткові канали роторів . 5 Зазначений технічний результат досягається також у трьох формах виконання гвинтового компресора змішаного кроку, які характеризуються особливостями виконання структурного елемента компресора - комплексного напрямного апарату. У першій такій формі коплексний напрямний апарат виконаний об'єднаним І містить щонайменше одну двоувігнуту лопаткову решітку , увігнутості якої охоплюють ведучий та ведений ротори в міжосьа-вій облаеті поперечного перерізу проточної частини, 1 секторно-кільцеві лопаткові решітки, охоплюючі ВІДПОВІДНІ ротори в Інших областях поперечного перерізу проточної частини, У другій формі комплексний напрямний апарат виконаний роз'єднаним І містить рівну числу роторів КІЛЬКІСТЬ кільцевих лопаткових решіток, охоплюючих ВІДПОВІДНІ ротори. У третій формі комплексний напрямний апарат виконаний суміжнороз'єднаним І містить щонайменше одну пару суміжних зрізних лопаткових решіток, охоплюючих своїми увігнутостями ведучий та ведений ротори в МІЖОСЬОВІЙ області поперечного перерізу проточної частини , розділовий елемент поміж ними в тієї ж області І секторнокільцеві лопаткові решітки , охоплюючі ВІДПОВІДНІ ротори в Інших облас тях поперечного перерізу проточної частини . Ознака "комплексний" характеризує напрямний апарат як сукупність лопаткових решіток, які складають єдине ціле. Основа ЦІЛІСНОСТІ розкрита в ознаках "різні лопаткові решітки з * єднані з одним І тим же ланцюжком порожнин у западинах роторів через міжлопаткові канали роторів". Ознака "секторнокільцева лопаткова решітка" характеризує форму 6 лопаткової решітки як частину кільця в межах сектора . Сзнака " двоувігнута лопаткова решітка " характеризує форму лопаткової решітки , у якої обидві границі по висоті лопаток є увігнуті поверхні /"увігнутості "/, охоплюючі кожна свій ротор . Сзнака "зрізна лопаткова решітка" характеризує лопаткову решітку , у якої є лопатки з висотою , яка менше, ніж висота лопатки секторнокільцевої решітки . Ознака "міжосьова область поперечного перерізу проточної частини " характеризує область проточної частини , розташовану поміж осями ведучого та веденого роторів І поміж гребнями перетину ЗОВНІШНІХ циліндричних поверхень проточної частини . Напрямні лолатни, виконані як продовження гвинтових зуб'їв на вхідних кінцях гвинтових частин роторів , усувають притаманний гвин товим компресорам місцевий гідравлічний опір , близький до типу "раптовий стиск потоку". Комплексний напрямний апарат статора на вході служить для надання газу такого напрямку руху при надходженні його на обертові напрямні лопатки роторів , при якому кут атаки близький до нуля градусів. Сумісний вплив лопаток напрямного апарату статора та напрямних лопаток роторів на потік газу забезпечує безударну , безвідривну течію газу на вході у гвинтову частину роторів . При цьому виникає І додатковий ефект - динамічний стиск газу шляхом передачі механічної енергії від обертових напрямних лопаток до потоку газу . Комплексний вплив різних лопаткових решіток , охоплюючих різні ротори , на тиск в одному І тому ж ланцюжку порожнин у западинах роторів за безпечує один І той же максимальний тиск у западинах різних роторів , що виключає зменшення тиску газу внаслідок перетікання газу Із запа дин ведучого ротора до западин веденого ротора І навпаки в межах од ного ланцюжка порожнин. Зниження втрат механічної енергії внаслідок усунення місцевого гідравлічного опору та додатковий динамічний стиск потоку обумозлюгать зростання повного тиску та густини газу на вході у гвинтову частину роторів , що покращує наповнення ланцюжків порожнин 7 роторів. Безударний, безвідривний характер течії дас змогу Інтенси фікувати течію газу - підвищити колову та відносну складові швидкості газу при прийнятному рівні КВД . Тому запропонований компресор може експлуатуватися при підвищеній частоті обертання роторів , що, разом з покращенням наповнення робочих камер компресора , приводить до значного зростання масової видатності компресора . Поряд з підвищенням масової видатності у запропонованому гвинто вому компресорі змішаного кроку досягається І додатковий технічний результат - зростання міри підвищення повного тиску внаслідок дина мічного стиску газу, додаткового до притаманного гвинтовим компресо рам геометричного стиску . Напрямні лопатки, колові ряди котрих виконані на вихідних кінцях гвинтових частин роторів, забезпечують зниження втрат механічної енергії при обтіканні кормової частини гвинтових зуб'їв внаслідок усунення місцевого гідравлічного опору , близького до типу "раптове поширення потоку". Це сприяє зберіганню прийнятного рівня ККД при ще більшому, ніж в першій структурній формі виконання компресора , підвищенні колової та відносної швидкості , а завдяки цьому - І підвищенню масової видатності компресора. Наявність напрямних лопаток на вихідних кінцях гвинтових частин роторів дає змогу реалізувати режими течії з осьовим виходом потоку Із обертових напрямних лопаток або з закрученим виходом потоку Із обертових напрямних лопаток . У режимі з осьовим виходом в другій структурній формі виконання компресора за безпечуються найменші втрати механічної енергії на виході , що сприяє підвищенню масової видатності компресора шляхом Інтенсифікації течії газу в проточній частині. Установка другого комплексного напрямного апарату напроти колових рядів напрямних лопаток вихідних КІНЦІВ ГВИНТОВИХ частин роторів дає змогу у випадку режиму течії з закруткою потоку на виході Із обертових напрямних лопаток уникнути втрат меха нічної енергії, пов'язаних з обертальним рухом потоку , тому що в комплексному наїгрямному апараті закручений потік сповільнюється 8 з перетворенням кінетичної енергії в потенціальну та плавно змінює напрямок руху до напрямку осьового виходу . Це сприяє збереженню прийнятного рівня ККД при Інтенсифікуванні режиму течії для збільшенню масової видатності компресора у третій структурній Формі виконання . Поряд з цим посилюється додатковий технічний результат - зростання загальної міри підвищення повного тиску за рахунок динамічного стиску у лопаткових елементах роторів на виході . Крім того, запропоновані лопаткові елементи на вході або на вході та на виході відокремлюють об'ємну гвинтову частину компресора , яка є даерелом игуну , від камери всмоктування або камер всмоктування та нагнітання* Тому за шумовими характеристиками запропонований компресор мас бути подібним до осьового компресора . Суттєві ознаки, які характеризують форми виконання компресора Із різними комплексними напрямними апаратами , забезпечують безударний або близький до нього вхід газу на обертові напрямні лопатки роторів по усій площі поперечного перерізу проточної частини , включаючи міжосьову область цього перерізу , у якій напрямні лопатки одного ротора проникають у простір поміж напрямними лопатками другого ротора /маються на увазі ведучий та ведений ротори /. У кожній з трьох форм виконання по різному здійснюється дія лопаток статора на потік у цій області . У об'єднаному комплексному напрямному апараті двоувігнута Форма лопат кової решітки забезпечує таку дію однієї й тієї ж лопаткової решітки на спільний потік газу /котрий потім розходиться у міжлопаткові канали ведучого та веденого роторів/, при якій забезпечуються малі розрахункові кути атаки при набіганні потоку на напрямні лопатки обох роторів у МІЖОСЬОВІЙ області поперечного перерізу проточної частини. Двоувігнута спільна лопаткова решітка забезпечує максимальний живий переріз штоку. СекторнокТльцевІ лопаткові решітки забезпечують без ударний вхід газу на напрямні лопатки ВІДПОВІДНИХ роторів. У роз'єднаному комплексному напрямному апараті потоки газу , що надходять в 9 кожний ротор, відокремлені. Відокремлені також І кільцеві лопаткові решітки, які завдяки цьому забезпечують безударний вхід газу на нап рямні лопатки по всьому поперечному перерізу проточної частини навкол кожного ротора . У суміжнороз* єднаному комплексному напрямному апараті лопатки суміжних зрізних лопаткових решіток можуть мати такий же профіль та кути установки, як І лопатки секторнокільцевих решіток , охоплюючих ті ж самі ротори. Цьому сприяє наявність розділового еле мента, який перешкоджає радіальному перетіканню газу. При цьому забезпечується близький до безударного вхід газу на напрямні лопатки роторів у перерізах по висоті лопатки між кореневим перерізом та перерізом, який збігається з розділовим елементом . Запропонований винахід Ілюструється кресленнями. На фіг. І зображено гвинтовий компресор змішаного кроку з одним веденим ротором , напрямними лопатками та комплексним напрямним апаратом тільки на вхідному КІНЦІ, поздовжній розріз по МІЖОСЬОВІЙ плоскості. На фіг. 2 • поперечний розріз А-А, на фіг. З - поперечний розріз Б-Б , на фіг. 4 поперечний розріз В-В за фіг, І. На фіг. 5 - розвертка розрізу Г-Г по циліндричному роз'ему комплексного напрямного апарату за