Турбокомпрессор

 

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение экономичности . Указанная цель достигается созданием конической газомагнитной опоры в рабочем зазоре электропривода турбокомпрессора, увеличением перепада давлений на входе и выходе в рабочий зазор газомагнитной опоры и применением в качестве смазки перекачиваемого газа. При этом турбокомпрессор содержит рабочее колеса 9, консольно установленное на валу, размещенном в конической опоре с газовой смазкой, и элекг тропривод, выполненный в виде статора 2, магнитопровод которого размещен в корпусе 1, и установленного на валу внутри стато-- ра ротора, причем коническая опора образована внутренней конической поверхностью статора 2 и соответствующей ей конической поверхностью ротора электропривода . Указанная поверхности снабжены антифрикционным покрытием 17, а в теле магнитопровода и корпуса 1 выполнены каналы для подачи и отвода смазки, сообщенные с источником смазки. Дополнительно турбокомпрессор содержит пневмопереключатель 16, вход которого подключен к ис-. точнику смазки и к каналам отвода смазки, а выход - к каналам подачи смазки. 1 з.п.флы, 1 ил. м Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК.(я)з F 04 Р 25/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 фь

О

О (21) 4784019/06 (22) 11.12.89 (46) 07.07.92. Бюл. М 25 (71) Научно-производственное объединение

"Химтекстильмаш" (72) А.Г.шнайдер, В.Е.Пастернак, М.M.Ôèãман, И.Г. Кисель и Л.М; Коченда (53) 621.515 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 832133, кл. F 04 D 25/06, 1981.

Авторское свидетельство СССР

М 504009, кл. F 04 0 25/06, 1974. (54) ТУРБОКОМПРЕССОР (57) Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение экономичности. Укаэанная цель достигается созданием конической газомагнитной опоры в рабочем зазоре электропривода турбокомпрессора, увеличением перепада давлений на входе и выходе в рабочий зазор газомагнитной опоры и применением в качестве смазки

„„Я „„1746069 А1 перекачиваемого газа. При этом турбокомпрессор содержит. рабочее колеса 9, консольно установленное на валу, размещенном в конической опоре с газовой смазкой, и электропривод, выполненный в виде статора 2, магнитопровод которого размещен в корпусе 1, и установленного на валу внутри статора ротора, причем коническая опора образована внутренней конической поверхностью статора 2 и соответствующей ей конической поверхностью ротора электропривода, Указанная поверхности снабжены антифрикционным покрытием 17, а в теле магнитопровода и корпуса 1 выполнены каналы для подачи и отвода смазки, сообщенные с источником смазки. Дополнительно турбокомпрессор содержит пневмопереключатель 16, вход которого подключен к ис-. точнику смазки и к каналам отвода смазки, а выход — к каналам подачи смазки. 1 з,п.флы, 1 ил.

1746069

30

45

55. нитных сил, обеспечивая возможность

Изобретение относится к турбостроению.

Известна газодувкэ, содержащая корпус с установленным в нем вертикальным ротором, имеющим радиальные и упорные 5 подшипники (газовые), причем последний содержит датчик толщины слоя смазки. Газодувка снабжена устройством для микроперемещения ротора, выполненным в виде газостатического подпятника с размещенным в нем клапаном с исполнительным механизмом, подключенным при помощи иэмерительно-управляющего устройства к датчику.

Недостатками такой газодувки являются конструктивная сложность, обусловленная наличием большого числа рабочих зазоров, значительная металлоемкость, низкая экономичность и отсутствие автономности, обусловленные необходимостью подачи газовой смазки в подшипники от внешнего источника, а также необходимость внешней системы регулирования толщины слоя смазки в подшипниках, Газодувкэ работает только при вертикальном положении ротора.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является герметичный турбокомпрессор, содержащий корпус с приводным двигателем и установленный в корпусе в газовых подшипниках полый ротор с рабочим колесом, Вокруг рабочего колеса расположен полый торообразный отсекатель. Корпус снабжен всасывающими и нагнетательными патрубками. 3

К недостаткам следует отнести сложность конструкции, обусловленную большим количеством рабочих зазоров, которые выполняются соосно; значительную виброакустическую активность; ограниченную жесткость и груэоподьемность газовых опор, отсутствие автономности компрессора из-за необходимости подачи сжатого газа от внешнего источника, а также зависимость работоспособности конструкции от ориентации в пространстве, что существенно ограничивает функциональные . возможности турбокомпрессора, Цель изобретения — упрощение конструкции и повышение экономичности привода, Для этого в турбокомпрессоре. содержащем рабочее колесо, консольно расположенное на валу, размещенном в конической опоре с газовой смазкой, и электропривод, выполненный в виде статора, магнитопровод которого размещен в корпусе, и установленного на валу внутри статора ротора, коническая опора образована внутренней конической поверхностью статора и соответствующей ей конической поверхностью ротора электропривода, причем указанные поверхности снабжены антифрикционным покрытием, э в теле магнитопроводэ и корпуса выполнены каналы для подачи и отвода смазки. сообщенные с источником смазки, соединенным с пневмопереключателем, вход которого подключен к источнику смазки и каналам отвода смазки, а выход — к каналам подачи смазки.

На чертеже показан описываемый турбокомпрессор.

Компрессор содержит корпус 1 с установленным в нем магнитопроводом статора

2, в пазы которого уложена и-фазная распределеннэя обмотка 3, лобовые части которой залиты компаундом с обрэзованием нагнетающего аппарата 4. В конусной расточке статора 2 установлен конический ротор 5, на рабочей поверхности которого выполнены лыски 6, обеспечивающие повышение грузоподъемности и радиальной жесткости. Глубина лисок составляет 5 — 6 мкм.

В широкой части ротора 5 установлено колесо 7, обеспечивающее отвод газовой смазки из рабочего зазора. За ним и соосно ему установлено колесо.8, обеспечивающее подачу газовой смазки. в рабочий зазор из атмосферы. На узком конце ротора 5 устайовлен исполнительный орган — рабочее колесо 9 турбокомпрессора.. Для подачи газовой смазки в: зазор в корпусе 1 выполнены входное отверстие 10 и кольцевая проточка 11, э в теле магнитопровода статора 2 — радиальные каналы 12, Отвод газовой смазки из зазора осуществляется через отверстия 13 и 14 в компаундной заливке 4.

Нагнетание газовой смазки в рабочий зазор осуществляется через отверстие 15 и пневмопереключатель 16, Устойчивость газомагнитного подвеса рабочего органа обеспечивается немагнитным антифрикционным слоем 17 на конической поверхности стэторэ 1.

Турбокомпрессор работает следующим образом.

Сжатый гаэ через пневмопереключатель 16, входное отверстие 10 и кольцевую расточку 11 в корпусе 1, радиальные каналы

12 в теле статора 2 подается в рабочий зазор между статором и ротором, При этом ротор

5 всплывает нэ слое газовой смазки. После подачи питания в обмотку 3 ротор 5 начинает вращаться в поле газовых и электромагнагнетания газа в рабочий зазор через нагнетающее отверстие 15 и радиальные каналы 12. Одновременно рабочее колесо 7 имеет такое направление лопаток, которое через отверстия 13 и 14 обеспечивает отвод

1746069

Кчг= 1,4 при = 1,5, Рг

Рн

Кчг= 1,77 при — = 2;

Рг

Рн

)(К вЂ” 1 ) ) - 1КR Тн

XDг ) pug можно принять равным 0,86 при

Д= 90; к2 =1 — () sing, отработанной газовой смазки и направляет ее снова в нагнетающее отверстие 15.

Такое решение позволяет увеличить перепад давлений на входе и выходе из рабочего зазора, что обеспечивает повышение 5 грузоподъемности газомагнитного подвеса ротора 5. Количество колес 7 и 8, отличающееся направлением наклона лопаток, обусловлено давлением, которое необходимо создать на ходе в зазор и определяется 10 по приведенным ниже зависимостям, причем количество колес 7 должно быть равно количеству колес 8. По достижению ротором

5 частоты вращения, обеспечивающей достаточный расход смазки и давление надду- 15 ва сжатого газа для создания газомагнитнаго подвеса, пневмопереключатель 16 отключает внешний источник газавой смазки и обеспечивает соединение нагнетающего отверстия 15 с входным от- 20 . верстием 10 в корпусе 1 и сжатый газ, до этого момента выбрасывающийся в атмосферу, подается в рабочий зазор турбокомпрессора. Величина, порогового значения определяется по зависимостям, приведен- 25 ным ниже.

Газомагнитный подвес ротора обеспечивается взаимодействйем подъемных сил слоя газовой смазки, нагнетающейся в за.зор между ротором 5 и статором 1, и элект- 30 ромагнитных сил притяжения ротора к статору, создаваемых рабочим электромаг- . нитным полем статора, Устойчивость подвеса обеспечивается наличием немагнитного антифрикционного 35 слоя 17 на рабочей поверхности статора, позволяющего разделить рабочий зазор на газовый и магнитный. Немагнитный слой 17 может быть также нанесен одновременно на ротор и статор или только на ротор. Такое 40 разделение уравновешивает подъемную силу газового слоя и электромагнитную силу притяжения ротора к статору. Теоретические исследования и последующие эксперименты показали, что толщина слоя 45 лежит в пределах 0,1-0,3 мм в зависимости от мощности электропривода, Причем газомагнитный подвес рабочего органа обеспечивает работоспособность турбокомпрессора при любой ориентации в про- 50 странстве, что отличает предлагаемое решение от прототипа. Это решение обеспечивает значительное расширение функциональных возможностей по сравнению с прототипом при одновременном упро- 55 щении конструкции и повышение ее экономичности, Оценочный расчет расхода газовой смазки, обеспечивающегося одной ступенью, можно провести по выражению

Q = 7гтг Кчг г Ьг 1ргг - г м /с где л = 3,1415926; тг — коэффициент "загромождения", принимается тг = 0,8-0,9;

КУг — коэффициент сжимаемости, равный отношению плотности на входе и выходе колеса, т.е, Ог — диаметр колеса на выходе, м;

Ьг — ширина лопаток на выходе из колеса,м;

Ьг

= 0,02 — 0,07, pry —, коэффициент расхода, принимается рг = 0,28 при установке лопаток на выходеPz= 90;

Ог= кD2n/60 — окружная скорость на диаметре 0г;

n— - частота вращения колеса, об/мин.

Отношение в ступени определяется выражением: е = Р— — (1 + (1 +/Зпр +)астр ) Х

Рг (* — — " —.

Ог Ог,люг Кнг b2 где Рг, Р— давление на выходе и входе в колесо;

Рпр +j3rp = (0,12 + 0,18/фиг )/(1000 Х

1746069

Ег — число лопаток (обычно 8-20);

К вЂ” показатель адиабаты (для воздуха

1,4);

TH — температура на входе в ступень;

R — газовая постоянная, для воздуха

R= 287 Дж/кгК, пол- политропный коэффициент полезного действия (0,7-0,85).

Затраты на сжатие газа можно ориентировочно определить выражением к-1

Ыд=ЙТн () (е " — 1),Ди/кг, Составитель А.Шнайдер

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Н.Ревская

Редактор Л,Волкова

Заказ 2380 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул,Гагарина, 101 где Ьд — удельная работа адиабатического сжатия.

Как видно из приведенных выражений, расход газовой смазки и давление наддува возрастают с увеличением частоты вращения ротора, следовательно, в предлагаемом техническом решении грузоподъемность и жесткость подвеса растут с увеличением частоты вращения, -Это отличает изобретение от прототипа, так как в нем с ростом скорости вращения жесткость и устойчивость падают и для ее увеличения необходимо увеличивать давление наддува, обеспечиваемое внешним источником питания, что ве. дет к возрастанию расхода газа, а значит, к снижению экономичности конструкции.

Кроме того, описываемое техническое решение представляет собой автономную систему с однородным источником питания.

Прототипу же необходима подача электро. энергии и сжатого газа.

Таким образом, предлагаемый турбокомпрессор, обладая одним зазором, объе5 диняющим функции электропривода и газомагнитной опоры, позволяет упростить конструкцию и обеспечить высокую экономичность (автономность) системы, Формула изобретения

10 1. Турбокомпрессор, содержащий.рабочее колесо, консольно установленное на валу, размещенном в конической опоре с газовой смазкой, и электропривод, выполненный в виде статора, магнитопро15 вод которого размещен в корпусе, и установленного на валу внутри статора ротора, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения экономичности, коническая опара образована

20 внутренней конической поверхностью статора и соответствующей ей конической поверхностью ротора электропривода, причем укаэанные поверхности снабжены антифрикционным покрытием, а в теле магнито25 провода и корпуса выполнены каналы для подачи и отвода смазки, сообщенные с источником смазки.

2. Турбокомпрессор по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что он дополнительно содер30 жит пневмопереключатель, вход которого подключен к источнику смазки и к каналам отвода смазки, а выход — к каналам подачи смазки,