CZ95896A3 - Compressor - Google Patents

Description

Vynález se týká kompresoru předvýz^akovc části patentového pro plynná fluida podle nároku 1.

Dosavadní stav.tech^iiíX

Ze spisu EF 0 593 797 Al je známý kompresor, který je upraver prc stlačování plynného média· Tento kompresor má kompresorové kolo s vytvarovanými oběžnými lopatkami, které jsou ^r,a té straně, na které vstupuje plynné médium, opatřeny opláštěním. Toto opláštění je spojeno s konci všech oběžných lopatek. Opláštění neⁿí upraveno po celá dálce oběžných lopatek. V té oblasti, ve které jsou oběžné lopatky nejvíce mechanicky zatíženy, není upraveno žádné opláštění, které by mohlo zabránit jejich vibracím a nejméně je v

alespoň poněkud utlumit.

Z patentového spisu CH 675 279 je známé kompresorové kolo pro kompresor, které je zhotoveno z kovu, přičemž jeho oběžné lopatky jsou vytvarovány z jednoho kusu na hlavě kompresorového kola. Takové kompresorov ' kolo je zpravidla vyrobeno z pln.-ho kusu prostředⁿietvím nákludn^fho třískového obrábění, T.oto kompresorovo kolo má srovnatelní.· vysokou hmotnost, takže pro jeho pohon je třeba využít srov· n a t e1n ě velkou energii.

Dál·· j'ou zn kola z j . 1·ό'.ι ) ku kompresorová kolu .á.u :.ompru sory u vystříknutá j<ou čti·; teč uč

z. plastiek' hmoty, opatřena vláknovým or o¹

Tato vyz tužením, přičemž však až dosud známí způsoby výroby umožňují vyztužen-; je· s tak zvanými krátkými vlákny. Takto vytvořená kompi·asor .·\á kola mokou být a sežeru. je” pro obvodová rychlosti až maximálně 400 ro/sec a pro provozní teploty až maximálně 200 °C, protože vyztužení krátkými vláky 'připouští žádná vyšší zatížení.

Fodstata vynálezu

Vynález, nárocích, řeší rová kolo zhot \hodný prj sro tak jak je uveden v nezávislých, patentových úkol vytvořit kompresor, který iaá kompresooven.. z plastická hmoty a který je přesto vnatele vysoké provozní teploty.

Výhody dosažené vynálezem spočívají v ní teplota a počet otáček kompresoru a tím je ve srovnání s kompresory, které jsou opa koly z pln Stic.i. hmoty, pod· jsou možné provozní teploty tom, že provozi jeho účinnost třeny obvyklými t a t n ě v y š š í . až zhruba 250 °C koiapre so rovým 1-o dle v \ nalez a obvodové rychlosti o hodnotě 660 ra/sec.

kompresorové kolo má menší hmotnost a je možné jej sestavit srovnatelně jednoduše z různých samostatných součástí. t zvláště výhodního provedení kompresorového kola je pro výrobu hlavy použit prefabrikovany, uhlíkovými vlákny vyztužený termoplastický pás. U tohoto termoplasticxého pásu je vždy optimálně zabezpečeno nasměrování výztužných nekonečných vláken, čímž se zajistí srovnatelně dobrá pevnost hlavy tak' při srovnatelně vysokých provozních teplotách a obvodový co rychlostech. Dík srovnatelné nízké hmotnosti komp esoroveho kola má toto také malý moment setrvačnosti, takže kompresor při rozběhu dosáhne ve výhodně kráti ké době požadovaného provozního počtu otáček a tak je velmi rychle plně účinný»

Další výhodná uspořádání vynálezu jsou předmětem závislých patentových nároků.

-2b£ázků_na_yvkrosecft

Vynalez a jeho další vytvoření, jakož i dosažitelné výhody jsou v dalším popsány na příkladech provedení ve spojení s výkresovou částí, přičemž je zde uvedena jen možná skutečnost provedení, ^va obr. 1 je znázorněn první dílčí rez kompresorem s prvním příkladem provedení kompresorového kola. ^va obr. 2 je znázorněn druhý dílčí řez prvním příkladem provedení kompresorového kola.

'a obr. 3 je znázorněn dílčí řez kompresorem s druhým příkladem provedení kompresorového kola.

Ya obr, 4 je znázorněn dílčí řez prvním příkladem provedení oběžné lopatky kompresorového kola.

Ya obr. 5 je znázorněn dílčí řez druhým příkladem provedení oběžné lopatky kompresorového kola.

U všech obrázků jsou shodně působící elementy označeny stejnými vztahovými znaky, [y elementy, které nejsou nutné pro bezprostřední porozumění vynález.:, nejsou znázorněny.

^va obr. 1 je schematicky znázorněn dílčí řez kompresorového kola _1> které je upraveno pro stlačování plynného fluida. Kompresorové kolo 1. má hlavu 2, která je vyrobena z plastické hmoty, s výhodou z termoplastického materiálu, vyztuženého nekonečnými vlákny. Hlava £ je upevněna na pouzdru 2» které je vyrobeno z kovu a které je zajištěno proti pootočení a proti axiálnímu skluzu. Hlava 2 a pouzdro mají společnou osu 4, která také představuje osu otáčení kompresorového kola _!· Pouzdro J má centrální otvor, který je upraven pro uložení a pro upevněni neznázorněného hřídele kompresorového kola 1_. ^va té straně hlavy 2, která je odvrácená od osy 4, jsou upevněny oběžná lopatky 5. iíezi oběž- ' nými lopatkami 5 a neznázorněnou, kompresorové kolo 1. objímající skříní kompresoru jsou upraveny nevyznačené průtokové kanály, do kterých proudí plynná médium a ve kterých je známým způsobem urychlováno a tím také stlačováno.

Hlava 2 je navinuta z prefabrikovaného pásu z plastické i hmoty, který je vyztužen nekonečnými vlákny. Jako plastická hmota jsou v tomto případě vhodné zejména teplotně odolné termoplasty a pro vyztužení se používají uhlíková vlákna.

Hlava 2 byla navinuta na šablonu, která odpovídá vnitřnímu obrysu hlavy 2, a to tak, že uhlíková vlákna jsou uspo- j ráiána v obvodovém směru, což vytváří zvláště vysokou pevnost hlavy 2 \ tomto směru, což umožňuje srovnatelně vysoký počet otáček kompresorového ne vysoký stupen účinnosti kompr byl termoplastický materiál, pásu kola X c tím také současnem. V průběhu navíjení krátkodobě ohřát a byl i

staven se vždy před tím upravenou vrstvou pásu. Fro tento cílený a dávkovaný krátkodobý ohřev je vhodný zejména laser. Takové termoplastické způsoby navíjení při využití Laserů jako zdroje energie jsou samy o sobě známé. Po ukončení navíjecího procesu byla takto prefabrikovaná hlava 2 sejmutu ze šablony a definitivně konečně opracována. Zejraémusel být opracován otvor pro uložení pouzdra 2 a navíc bylo třeba vyhladit vnější povrchovou plochu hlavy 2, aby ji bylo možné využít jako dosedací plochu a plochu pro přilepení při upevňování prefabrikovaných oběžných lopatek 3.

Oběžné lopatky 3 mají vždy z hlediska proudění výhodně vytvořenou vstupní hranu Ó, která .je upravena «a vstupní straně plynného média do průtokového kanálu kompresoru. ^va opačné straně průtokového kanálu, vzhledem ke směru proudění plynného média na strany po proudu, je upravena vždy výstupní hrana 2 oběžnýc.i lopatek 5. Oběžné lopatky 2 jsou složeny z více prefabrikovaných, také nekonečnými vlákny vyztužených čáytí, jak je to schematicky znázorněno na obr, 4 a obr. 5. Tyto obrázky budou popsány v dalším. Oběžné lopatky £ mají j«ko základnu vždy jednu úložnou desku 2· £ povrchové ploše 9 hlavy 2 přivrácené strana úložné desky S je na povrchovou plochu 9 tak přesně přizpůsobena, že áložn_ci deska £ tvarově pevně dosedá na povrchovou plochu 2· Tovrcaova plocha 2 ^!I‘á vstupní straně kompresorového kola 2 osazení JLO, na které také tvarově pevně dosedá na vstupní straně upravený koncový kus i i úložné desky 8.

^va obr. 4 je znázorněn dílčí řez prvním příkladem provedení jedné oběžné lopatky £ kompresorového kola 2« Oběžné lopatky 5 jsou známým způsobem vytvořeny výhodně z hlediska proudění, přičemž odpovídající sférické zakřivení listů lopatek není na výkrese pro lepší přehlednost znázorněno. Základnu oběžných lopatek 5 tvoří prefabrikovaná, *

rovnoměrně silná úložná deska 8. Úložná desko 8 je opatřena výčnělkem 26, který vyčnívá do vnitřku oběžné lopatky 5 a který je upraven ve směru podélné· osy oběžné lopatky 5, přičemž je ve směru proudění upraven tak, že stále méně vystupuje. Úložná deska ji má spodní stranu 27, která je zcela přizpůsobena povrchové ploše 0 hlavy 2. Ve spodní straně 27 jako důsledek výčnělku 20 vytvořené zahloubení je vyplněno vyplní 28 epoxidové pryskyřice tak, že také v v této oblasti úložné desky a_ je k dispozici zcela přizpůsobena plocha vzhledem k povrchové ploše _9 hlavy 2. Výčnělek 26 je opatřen rovnoměrně zaoblenými boky. List lopatky je tvořen dvěma bočními stěnami 29 a 30. Boční stěny 29 a 30 jsou vyrobeny z desek z plastické hmoty, které jsou rovr>oiněrⁿě silné, které jsou vyztuženy nekonečnými vlákny a které svírají v radiálním směru se zužující dutý prostor

31. íento dutý prostor dl může být pro dosažení lepšího tlumení kmitů vyplněn pěnou. Dutý prostor 31 je v oblasti vstupní hrany £ oběžné lopatky 5 uzavřen prostřednictvím neznazorněného, z hlediska proudění příznivě vytvořeného krytu.

Boční stěny 29 a 30 jsou prefabrikovány. V montážním postupu se přilepí na úložnou desku 8. nebo se s ní svaří. .Současně se boční stěny 29 a 30 v oblasti špičky oběžných lopatek 5 plošně slepí nebo svaří. Boční stěny 29 a 30 jsou uspořádány tak, že mají vždy jednu patní část 32a, 32b, Která lícuje tvarové pevně s povrchovou plochou úložna desxy 8 a která prostřednictvím poloměru ad přec tuzí do zhruba i

radiálně upravení části odpovídající boční stě-y 29 a 30. Patní část 32a je přiřazena k boční stěně 23 a patní část 32 b je přiřazena k boční stěně 33. 'a té straně patních častí ^a J^b, která je upravena proti směru proudění, jsou vytvarovány koncovky, kteří jsou přizpůsobeny koncovému kusu 11 úložní desky 6 a které dosedají tvarové pevně na povrchovou plochu úložní desky 3. Poloměr 33 je přesné přizpůsoben poloměru boku výčnělku 26. V důsledku přesného přizpůsobení patních částí 32a a 32b bočních stěn 29 a 22 na úložnou desku 3 se vytvoří rovnoměrní lepicí spáry, které umožňují zvláště pevní- přilepení.

^va obr. ó je znázorněn dílčí řez druhým příkladem provedení oběžné lopatky 5 kompresorového kola _1· Teⁿto příklad provedení se liší od příkladu provedení podle obr_c 4 tím, že zhruba radiálně upravené části bočních stěn 29 a 30 jsou poněkud vyklenuty. Prostřednictvím tohoto tvarového vytvoření se dosáhne toho, že při mechanickém zatížení oběžných lopatek 3 se výrazně redukují napětí mezi patními částmi 32a a 32b bočních stěn 29 a 33 a mezi úložnou deskou 3, takže takto vytvořené oběžné lopatky 5 jsou zvláště odporu schopné proti vysokým odstředivým silám, kompresorové kolo _! s takto vytvořenými oběžnými lopatkami £ je vhodné pro zvláště vysoké obvodové rychlosti.

'^;a výstupní straně má hlava 2 nákružek 12.» který se o_t.írá o konec 13 oběžné lopatky 5 na výstupní straně, konec 13 je vytvořen z úložné desky 3, pokrytá patními částmi 32a a 32b. 'ákružek 12 je v tomto místě stejně široký jako tlouštka tohoto konce 13 oběžní lopatky £ nu výstupní straně, takže vystupující stlačení médium z kompresorového kola JL nemá narušení proudění žádnou hra-ou. Spodní strana úložná desky á je s povrchovou plochou 9. hlavy _2 slepena nebo svařena. Gložne desky 3 jsou tak překryty patními část mi ^a 3^'°» takže u hotového kompresorového kola _1 je pokryta cela povrchová plocha ύ. U zde znázorněného příkladu provedení kompresorového kola JL se na vstupní straně po sle pěni a po vytvrzení lepidla přídavně upraví bandáž 14 tak, že koncový kus 11 každé úložná desky 8 spolu s koncovkami patních částí 32a a 32b je tlačen proti osazení 10 hlavy 2. Bandáž 14 je navinuta z prefabrikovaného pásu z plastické hmoty, vyztuženého nekonečnými vlákny. Jako plastická hmota jsou v tomto případě vhodné zvláště teplotně odolné termoplasty, ktere jsou vyztuženy uhlíkovými vlákny, fiandáž 14 je navinuta tak, ze uhlíková vlákna jsou upravena v obvodovém směru, což vytváří zvláště vysokou pevnost bandáže 14 v tomto směru, čímž jsou úložné desky S a patní části 32a a 32b spolehlivě drženy i při srovnatelně vysokém počtu otáček kompresorového kola JL. V průběhu navíjení je termoplastický materiál pásu krátkodobě ohříván a je staven se vždy před tím upravenou vrstvou pásu. lak je možné vyrábět bandáž 14 prostřednictvím stejného způsobu jako hlavu

2. Po navinutí je povrchová plocha 15 bandáže 14 konečně opracována, aby se dosáhlo výhodného tvaru bandáže 14 z hle diska proudění.

ě kompresorové-ιο kola j podle obr. 1 jsou oběžné lopatky 5 drženy přilepením, případně přivařením, banddží 14 a nasružicea, 12. loto upevnění plně postačuje až ke srovnatelně vysokímu počtu otáček kompresorového kola JL. Pokud jsou však požadovány ještě vyšší počty otáček, tak se oběžné lopatky 5 přídavně snýtují s hlavou 2, a to prostřednictvím kovových nýtu, přičemž se snýtují patní části 32a a 3ab spolu s úložnými deskami 8 s hlavou 2. řři tomto snytování je třeba dbát na tu skutečnost, aby hlavy nýtů nenarušily proudění média v průtokových kanálech, protože to by mělo za následek ztráty na stupni účinnosti, ^va obr. 2 je schematicky znázorněn dílčí řez skrz kompresorové Kolo _l· poule obr. 1, a to v rovině podle čáry ·

A - A. oběžné lopatky 5, které jsou složeny z více komponentů, mají v okrajová oblasti, kde se dotýkají sousedv nich oběžných lopatek 5, zešikmení 16a, 16b _t která umožňují přesunutí okrajů oběžných lopatek _ó a jejich účinné slepení, čímž se dosáhne uzavřená povrc-iová plochy 17 té strany průtokového kanálu 18, která je přivrácená k ose i. Čerchovaná čára 1ó označuje skříň kompresoru, která navenek uzavírá bočně oběžnými lopatkami 5 omezeného průtokového kanálu 18« ^va obr. 3 je znázorněn dílčí rez druhým příkladem provedeni Kompresorového kola 1.. foto provedení se liší od pro vedení podle obr. 1 tím, že v mezilehlém prostoru mezi dvěma oběžnými lopatkami 5 je upravena vždy jedna další oběžná lopatka 20, která má vstupní hranu 21, která je uspořádána ve směru proudění po proudu od vstupní hrany <5 oběžných lopatek 5. Každý průtokový kanál je ve směru proudění rozdělen oběžnými lopatkami 20 do dvou průtokových kanálů. oběžná lopatka 20 má výstupní hranu, která je uspořádaná ve stejnc rovině jako výstupní hrana Ί_ oběžných lopatek 5. oběžný lopatky 20 jsou vytvořeny obdobně jako oběžné lopatky £♦ Oběžné lopatky 20 jsou také opatřeny úložnou deskou, a které jsou upraveny odpovídající patní části. lato úložná deska a s ní spojené patní části lícuji zcela přesně do vybraní patních častí 32a a 32b oběžných lopateK ó, přičemž opěž-é lopatky 20 jsou zasunuty lú vždy tvarově pevně pod oběžné lopatky 5. Oběžné lopatky 5. drží oběžné lopatky 20 přídavně k jo,jich přilepení nebo přivaření prostřednictvím rybinovítého ozubení. íak jsou oběžné lopatky 2ú upevněny na hlavě 2 obdobně jako oběžné lopatky 5. řatní části 32a a 32b oběžných lopatek £ mají u tohoto provedení stejné jako patní části oběžných lopatek 20 na té straně, která je upravena ve směru proudění po proudu, koncovky, které jsou přizpůsobeny koncovému kusu 22 na výstupní straně úložné desky 3 a které dosedají tvarově pevně na povrchovou plochu úložné desky S. Koncový kus 22 zde dosedá tvarově pevně na osazení 23 hlavy 2.

'é provedení kompresorového kola _1, které je zde znázorněno na obr. 3, se po přilepení, případně přivaření oběžných lopatek 5 a 20 a po vytvrzení lepidla upraví přídavně k bandáži 14 bandáž 24 tak, že koncové kusy 22 každé oběžné lopatky 5 a každé oběžné lopatky 20 spolu s koncovkami odpovídajících patních částí jsou zatlačeny proti osazeni 23 hlavy 2. bandáž 24 je stejně jako bandáž 14 navinuta z pře fabrikovaného pásu plastické hmoty vyztuženého nekonečnými vlákny a je odpovídajícím způsobeni svařena. Fovrchová plocha bandáže 24 se potom také upraví výhodně z hlediska proudění.

.kompresorové kolo JL podle obr. 3 má navíc vyvažovači prstenec 25. který je zapuštěn při navíjení do hlavy 2. Vyvažovači prstenec 2b je vyroben z kovu. tři vyvažování hotového kompresorového kola 1 se pro odstraněni vzniklých nevyvážeností odebere materiál z tohoto vyvažovacího prstence 25, Je však ta<.. možné vytvořit pouzdro 3 s větší hmotností a potom provést potřebný odběr materiálu z něj, což umožňuje ušetřit tento vyvažovači prstenec 25.

rro spojení bočních stěn 29 a 30 s úložnou deskou a pro překrytí vstupní hrany 0. k oběžná lopatce 5 a pro spojení obežrýca lopatek 5 s hlavou 2 je použito lepidlo na bázi fenolové pryskyřice, přičemž se zde jako zvláště vhodní osvědčilo lepidlo iíT 424 firmy American Cyanamid Jompany, 13υυ áevolution Street, iíavre de orace, mú 21037.. Oále je také-pro popsané spojení vhodné lepidlo na bázi modifikovaného kondenzovaného polyimidu stejného výrobce s označením Fm. db. Kromě slepení lze pro spojení částí oběžných lopatek 5 také použít proces svařovaní prostřednictvím laseru nebo kombinaci obou způsobu, oběžné lopatky 30 jsou spojovány shodně.

Fás pro výrobu hlavy 2. a bandáží 14 a 24 má matrici z termoplastu. Jako termoplast se přitom zejmena osvědčil sirr.ík polyfenylu a dobrých výsledku se dosáhlo také s polyetereterke tonem. matrice ze sir-íku polyfenylu byla vyztužena uhlíkovými vlákny o objemu zhruba 33 x. rrtiřez tohoto pasu mel Hodnotu 5 mm x ϋ,Ιδο mm. modul pružnosti pásu měl hodnotu zhruba 114 GPa. Teplota v tomto případě měla hodnotu zhruba 220 °J. iiatrice z polyetereterketo^u byla zhutněna objemovým obsahem uhlíkových vláken o hodnotě 61 %. Průřez tohoto pásu činil 5 tura x 0,125 mm. .lodul pružnosti pásu mel hod-Όtu 134.000 kra. Teplota nasazení mela v tomto případě hodnotu zhruba ubO

Jako materiál pro výrobu součástí oběžných lopatek 5_,

2J je použita termoplastická urnělá hmota, která je vyztužena uhlíkovými víakny, vytvořenými jaxo nekonečna vlákna. Tento materiál je dodáván v podobě rovnoměrně tlustých desek. Jako zvluát.. vhodná se ukazala matrice z polyetereterketonu s objemovým oosahem uhlíkových vláken o hodnotě bl ;<·.

Tyto desky se vloží do Torem a tepelným působením prostřednictvím některého ze známých způsobů se uvedou do definitivní podoby, přičemž je třeba dbát na to, aby nekonečná vlákna byla nasměrována ve směru alavího dynamického namáháni oběžných lopatek j>, 20. Prefabrikované součásti oběž n.ých lopatek £, 2 0, to je boční stěny 29 a oO a úložná deska ž) jsou, jak již bylo popsáno, spojeny v montážním procesu do hotových oběžných lopatek 5, případně 20.

Claims (6)

1. kompresor s kompresorovým kolen, které iaá hlavu z plastické hmoty opatřenou oběžnými lopatkami, s hřídelem, upraveným podél osy a spojeným s hlavou, a se skříní, obklopující kompresorové kolo, vyznačující se tím,· že hlava (2) je vyrobena z termoplastu, vyztuženého nekonečnými vlákny, a oběžné lopatky («5, 20) jsou samostatně prefabrikovány z termoplastu, vyztuženého nekonečnými vlákny, a jsou tvarově pevně spojeny s hlavou (2).

2, kompresor podle nároku 1, vyznačující se tím, že hlava (.2) je navinuta ve vrstvách na odpovídající šablonu, přičemž v průběhu navíjení je termoplastický materiál krátkodobě ohříván a je staven s před tím nanesenou vrstvou.

j. kompresor podle úroku a, vyznačující se tím, že hlava (2) je navinuta z prefabrikovaného, uhlíkovými vlákny vyztuženého termoplastického pásu.

4. kompresor podle nároku 3, vyznačující se tím, že matrice termoplastického pásu je vytvořena ze sir^íku polyfenylu.

5. kompresor podle nároku 3, vyznačující se tím, že matrice termoplastického pásu je- vytvořena z polyetereterke tonu.

6. kompresor podle aroku 1, vyznačující se t í m , že oběžné lopatky (.3, 2J) jsou spojeny z nejmé14 nq dvou prefabrikovaných jednotlivých součástí.

7. Kompresor podle nároku 1, vyznačující se tím, že jednotlivé součásti oběžných lopatek (5, 20) jsou spojeny procesem slepení ~ebo svaření a tvarově pevné upevnění oběžných lopatek (5, 20) je provedeno procesem slepení nebo svaření.

S. Kompresor podle nároku 7, vyznačující se tím, že upevnění oběžných lopatek (5, 20) je zesíleno prostřednictvím nejméně jedné bandáže (14, 24) z prefabrikovaného, uhlíkovými vlákny vyztuženého termoplastického pásu, přičemž v průběhu navíjení bandáže (14, 24) je termoplastický materiál krátkodobě ohříván a je staven s před tím nanesenou vrstvou.

0. Kompresor podle nároku 1, vyznačující se t í ta , 'alava kd) je nasazena za tepla na pouzdro.

k3) z kovu, které je upraveno pro uložení hřídele.

lu. Kompresor podle nároku 1, vyznačující se tím, že pro tvarově pevné upevnění oběžných lopatek (5, 2d) jsou použity nýty.