Двосекційний відцентровий компресор

Реферат: Винахід належить до відцентрових компресорів. Двосекційний відцентровий компресор має корпус, в якому розміщено статор першої та другої секції, міжсекційну перегородку з лабіринтовим ущільненням, ротор з робочими колесами і думмісом. Думміс виконаний ступінчастим, при цьому його міжступінчаста порожнина сполучена з нагнітальною камерою другої секції компресора через канал у міжсекційній перегородці і вхідні отвори у втулці ступінчастого лабіринтового ущільнення. Отвір у втулці ступінчастого лабіринтового ущільнення виконаний тангенціально або під кутом до внутрішньої кільцевої поверхні ущільнення і спрямований у бік, протилежний напрямку руху обертового потоку. На внутрішніх торцевих стінках втулки за вхідними отворами ущільнення розташовані ребра, які також протидіють закручуванню потоку. На внутрішній поверхні втулки ущільнення виконані серповидні лунки і гребені. Конструкція думміса і ущільнення сприяє компенсації осьових зусиль на ротор і зменшенню протікання газу з другої секції в першу, при цьому обертання ротора стабілізується. UA 105085 C2 (12) UA 105085 C2 UA 105085 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до галузі машинобудування і може бути використаний в компресорній техніці. У процесі роботи двосекційного відцентрового компресора за рахунок різниці тиску на вході і виході робочих коліс виникає осьове зусилля, яке діє на ротор. У двосекційному відцентровому компресорі при розташуванні секцій "спина до спини", завдяки протилежному напрямку осьової сили, в секціях компенсується основне навантаження на ротор. Додаткове розвантаження здійснюється за допомогою розвантажувального поршня (думміса), виконаного у вигляді втулки, встановленої на валу ротора між секціями, і лабіринтового ущільнення, встановленого в міжсекційну перегородку. Відомо конструкцію двосекційного компресора, що містить корпус, в якому розміщені статор першої та другої секції, міжсекційну перегородку з лабіринтовим ущільненням, ротор з робочими колесами і думмісом, передню і задню кришки. Осьове зусилля ротора компенсується за рахунок підбору діаметра думміса під лабіринтовим ущільненням у міжсекційній перегородці [Центробежные и осевые компрессорные машины: Отраслевой каталог. - М: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ. - 1992 - с. 64, рис. 52, с. 82, рис. 65]. Недоліком такої конструкції двосекційного відцентрового компресора є те, що при зміні режиму роботи компресора величина осьових зусиль зростає і для компенсації необхідно збільшувати діаметр думміса і, як наслідок, його масу, що несприятливо позначається на динамічних характеристиках ротора. При цьому в маловитратних ступенях стиснення двосекційних відцентрових компресорів протікання газу через зазор в лабіринтових ущільненнях значно знижує ефективність роботи ступеня стиснення компресора як відносно підвищення тиску, так і за коефіцієнтом корисної дії. Найближчим до винаходу, що заявляється, є двосекційний відцентровий компресор, що містить корпус, в якому розміщено статор першої та другої секції, міжсекційну перегородку з лабіринтовим ущільненням, ротор з робочими колесами і думмісом, причому думміс виконано у вигляді ступінчастої втулки з підведенням газу через канал у міжсекційній перегородці і отвори в лабіринтовому ущільненні з нагнітальної камери другої секції в міжступінчасту порожнину думміса і лабіринтового ущільнення [RU № 2384745, F04D17/08, F04D29/08, 2010]. Зазначений двосекційний відцентровий компресор має такі недоліки: - тиск у міжступінчастому просторі вище, ніж у порожнині за думмісом, тому при використанні ущільнення з великим витратним коефіцієнтом виникають підвищені витоки стиснутого газу; - у лабіринтовому ущільненні виникає небажана збуджувальна циркуляційна сила через те, що в міжступінчастому просторі виникає кільцевий вихор, направлений у бік обертання ротора; - на стабільність роботи ротора в компресорі негативно діє кільцевий вихор, оскільки потік газу, що надходить у міжступінчастий простір через радіальні підвідні отвори з боку нагнітання, не забезпечує ефективного руйнування цього кільцевого вихору. В основу винаходу поставлено задачу шляхом удосконалення конструкції двосекційного відцентрового компресора підвищити ефективність компенсації осьових зусиль на ротор, зменшити протікання стиснутого газу з другої секції компресора в першу секцію в процесі роботи і покращити динамічні характеристики ротора. Поставлену задачу вирішують тим, що у двосекційному відцентровому компресорі, що містить корпус, в якому розміщено статор першої та другої секції, міжсекційну перегородку з лабіринтовим ущільненням, ротор з робочими колесами і думмісом, причому думміс виконано ступінчастим, при цьому міжступінчаста порожнина думміса сполучена з нагнітальною камерою другої секції відцентрового компресора через канал в міжсекційній перегородці і вхідні отвори у втулці ступінчастого лабіринтового ущільнення, згідно з винаходом, отвори у втулці ступінчастого лабіринтового ущільнення виконані тангенціально або під кутом до внутрішньої кільцевої поверхні ущільнення і направлені у бік, протилежний напрямку руху обертового потоку, на внутрішніх торцевих стінках втулки за вхідними отворами ущільнення розташовані ребра, на внутрішній поверхні втулки ущільнення виконані серповидні лунки і гребені. При цьому величина кута між віссю підвідного отвору і дотичної до внутрішньої поверхні ущільнення становить від 0° до 90°, а гребені виконані різними по висоті з металевого і полімерного матеріалу, причому виступаючі по висоті гребені виконані з полімерного матеріалу. Виконання отворів у втулці ступінчастого лабіринтового ущільнення тангенціальними або під кутом до внутрішньої кільцевої поверхні ущільнення і направленими у бік, протилежний напрямку руху обертового потоку, сприяє гальмуванню вихору газового потоку, що підходять через отвори. 1 UA 105085 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Ребра, розташовані на внутрішніх торцевих стінках за вхідними отворами, і серповидні лунки на внутрішній поверхні ущільнення розбивають і гальмують закручений потік. Таке конструктивне рішення стабілізує роботу ротора, не викликаючи додаткових коливань. Величина кута між віссю підвідного отвору і дотичної до внутрішньої поверхні ущільнення, що складає від 0° до 90°, вибрана, виходячи з міркувань підвищення ефективності гальмування обертового вихору. Така величина кута вхідного потоку з високим тиском і подача його в напрямку, протилежному обертанню ротора, найбільш ефективно гальмує вихор, обертається, між ущільненням і думмісом, який спричинює вплив циркуляційної сили на ротор. Застосування на внутрішній поверхні втулки ущільнення, різних за висотою гребенів з металевого і полімерного матеріалу, причому виступаючих за висотою гребенів - з полімерного матеріалу, дозволяє зменшити діаметральний зазор між ущільненням і думмісом, тобто зменшити протікання. Завдяки гнучкості полімерного матеріалу під час торкання з ротором гребені ущільнення відхиляються, переміщаючись разом з ротором, а потім відновлюють свою первинну конфігурацію. При цьому поверхня ротора в місцях торкання не пошкоджується. При значних переміщеннях ротора в результаті підвищеної вібрації (робота агрегату на нестаціонарних режимах, помпаж і таке інше) гребені ущільнення в місцях торкання витираються, не пошкоджуючи при цьому ущільнювальну поверхню ротора. Конструкція ступінчастого думміса із ступінчастим лабіринтово-лунковим ущільненням і проміжним підведенням газу дозволяє підвищити ефективність компенсації осьових зусиль на ротор. А конструктивне вирішення ступінчастого лабіринтово-лункового ущільнення зменшує протікання робочого тіла у бік меншого тиску в процесі роботи відцентрового компресора і покращує динамічні характеристики ротора. Винахід пояснюється рисунками. На Фіг. 1 зображено проточну частину відцентрового компресора з розвантажувальним пристроєм; на Фіг. 2 - розвантажувальний пристрій відцентрового компресора; на Фіг. 3, Фіг. 4 - фрагмент ущільнення розвантажувального пристрою відцентрового компресора, який було виготовлено ТОВ "ТРІЗ" за даним винаходом. Двосекційний відцентровий компресор містить корпус 1 (Фіг. 1), в якому розміщено статор 2 першої та другої секції, міжсекційну перегородку 3 із ступінчастим лабіринтовим ущільненням 4 (Фіг. 2, 3, 4), ротор 5 з робочими колесами 6, 7 і думмісом 8. Думміс 8 виконано у вигляді ступінчастої втулки з підведенням газу через канал 9 у міжсекційній перегородці 3 і отвір 10 у втулці 11 лабіринтового ущільнення 4 з дифузора 12 (або нагнітальної камери 13) першої секції в міжступінчасту порожнину 14 між ступенями думміса 8. Причому вхідні отвори 10 у втулці 11 ступінчастого лабіринтового ущільнення 4 виконані тангенціально або під кутом до внутрішньої поверхні ущільнення і направлені убік, протилежний обертовому потоку. На внутрішніх торцевих стінках 15 втулки 11 за вхідними отворами 10 ущільнення 4 розташовані ребра 16, 17, на внутрішній поверхні втулки 11 ущільнення 4 виконані серповидні лунки 18 і гребені 19, 20. Величина кута між віссю підвідного отвору і дотичної до внутрішньої поверхні ущільнення становить від 0° до 90°. Гребені 19 виконані з металевого матеріалу і нижчі за висотою, ніж гребені 20, виконані з полімерного матеріалу. При роботі двосекційного відцентрового компресора на кожну секцію діє осьове зусилля, спрямоване у бік всмоктувального патрубка першої або другої секції, відповідно. Розташуванням робочих коліс 6, 7 першої та другої секцій "спина до спини" забезпечується основне розвантаження ротора 5 від осьової сили. Частина стиснутого газу з порожнини дифузора 12 або нагнітальної камери 13 другої секції через канал 9 у міжсекційній перегородці 3 надходить в міжступінчасту порожнину 14 між ступенями думміса 8 і лабіринтово-лункового ущільнення 4. Газ підводять через отвори 3, розташовані в ущільненні тангенціально до внутрішньої поверхні ущільнення у бік, протилежний напрямку обертового вихору. Для найкращого ефекту оптимальне значення кута між віссю підвідного отвору і дотичної до внутрішньої поверхні ущільнення знаходиться в межах від 0° до 90°. За рахунок такої подачі потік загальмовується. Ребра 16, 17, розташовані на внутрішніх торцевих стінках 15 за вхідними отворами, і серповидні лунки 18 розбивають закручений потік. Таке конструкторське рішення стабілізує роботу ротора. Застосування гребенів 20 з полімерного матеріалу дозволяє забезпечити мінімальний зазор між думмісом і ущільненням. Це дає можливість скоротити протікання робочого стиснутого газу в бік низького тиску. Оскільки тиск у нагнітальній камері другої секції більше за тиск у міжступінчастій порожнини думміса, в результаті дії цього тиску на площу ступеня думміса створюється осьове зусилля, що знижує неврівноважене осьове зусилля на ротор двосекційного відцентрового компресора. 60 2 UA 105085 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 1. Двосекційний відцентровий компресор, що містить корпус, в якому розміщено статор першої та другої секції, міжсекційну перегородку з лабіринтовим ущільненням, ротор з робочими колесами і думмісом, причому думміс виконано ступінчастим, при цьому міжступінчаста порожнина думміса сполучена з нагнітальною камерою другої секції відцентрового компресора через канал у міжсекційній перегородці і вхідні отвори у втулці ступінчастого лабіринтового ущільнення, який відрізняється тим, що отвори у втулці ступінчастого лабіринтового ущільнення виконані тангенціально або під кутом до внутрішньої кільцевої поверхні ущільнення і направлені у бік, протилежний напрямку руху обертового потоку, на внутрішніх торцевих стінках втулки за вхідними отворами ущільнення розташовані ребра, а на внутрішній поверхні втулки ущільнення виконані серпоподібні лунки і гребені. 2. Компресор за п. 1, який відрізняється тим, що величина кута між віссю підвідного отвору і дотичною до внутрішньої поверхні ущільнення становить від 0° до 90°. 3. Компресор за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що гребені виконані різними за висотою з металевого і полімерного матеріалу, причому виступаючі за висотою гребені виконані з полімерного матеріалу. 3 UA 105085 C2 4 UA 105085 C2 Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5