PL209122B1 - Zespół sprężarki odśrodkowej - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zespół sprężarki odśrodkowej, takiej jak turbosprężarka albo sprężarka silnikowa.

W odniesieniu do fig. 1, znane zespoł y scalonych sprężarek silnikowych zawieraj ą wspólny uszczelniony korpus 10, w którym są umieszczone silnik elektryczny 12 i zespół sprężarki 14, na przykład o wielu stopniach, który zawiera zestaw kół łopatkowych, takich jak 16, podpartych na wale 18. Silnik 12 napędza rotacyjnie wirnik 20, przy czym ten wirnik jest połączony z wałem 18 sprężarki 14 za pośrednictwem sztywnego sprzęgła 22. Łożyska 24, 26 i 28 są wykorzystane do podtrzymywania linii wałów napędzanych zespołu sprężarki silnikowej. Zespół jest umieszczony we wspólnym korpusie 29.

Podczas działania, przepuszczany gaz jest wprowadzany na wejściu E turbosprężarki, a następnie jest przesyłany do kolejnych stopni sprężania zespołu sprężarki celem doprowadzenia do wyjścia S. Łożysko osiowe 30 jest stosowane do zapobiegania przemieszczania osiowego sprężarki 14 podczas jej działania.

Tego rodzaju układ przedstawia korzystnie znaczne uproszczenie linii wałów napędzanych zespołu sprężarki w takim stopniu, że zestaw złożony z silnika, swojego wirnika i swoich łożysk krańcowych, a także ze sprzęgła sztywnego i osiowego łożyska możliwe wyposażenie linii wałów w wiele stopni sprężania, ograniczając jej długość.

Jednak tego rodzaju struktura ma zasadniczą niedogodność, polegającą na tym, że w chwili jej składania w całość, wymaga ona perfekcyjnego uszeregowania wirnika i wału sprężarki. Poza tym, połączenie sztywne wirnika i wału sprężarki znacznie obniża właściwości wibracyjne linii wałów.

Celem wynalazku jest wyeliminowanie powyższych niedogodności.

Zespół sprężarki odśrodkowej, według wynalazku, zawiera silnik, co najmniej jedną sprężarkę mającą sterowany napędzany wał przez wirnik silnika i zestaw kół łopatkowych zamontowany na napędzanym wale, przy czym zestaw złożony z silnika i sprężarki jest zamontowany we wspólnym korpusie, który jest szczelny wobec gazu przepuszczanego przez ten zespół sprężarki. Wirnik i napędzany wał są połączone za pomocą sprzęgła podatnego umieszczonego w korpusie złożonym z elementów korpusu, przy czym każdy z końców napędzanego wału oraz wirnika podparte są na łożysku krańcowym, które zawiesza odpowiedni koniec wału, a wirnik i każda sprężarka są podparte przez element korpusu, przy czym elementy korpusu przymocowane są wzajemnie do siebie.

Korzystnie jest, kiedy korpus ma otwór wykonany w elemencie korpusu sąsiednim z dostępem do sprzęgła podatnego, przy czym w tym otworze mieszczą się elementy do szczelnego zamykania.

Korzystnie jest również, kiedy sprzęgło podatne stanowi sprzęgło

Jest również korzystnie, kiedy każdy koniec sterowanego wału i wirnika jest podparty łożyskiem krańcowym 40, 42, 55, 56, korzystnie połączonymi sztywno z korpusem i które korzystnie są łożyskami magnetycznymi promieniowymi.

Zespół sprężarki zawiera korzystnie osiowe łożysko oporowe, na którym opiera się sterowany wał sprężarki podczas działania turbosprężarki, przy czym łożysko to jest, korzystnie, łożyskiem magnetycznym.

Inne cele, przykłady wykonania i korzyści według wynalazku wynikną po przeczytaniu poniżej podanego opisu, będącego jedynie nieograniczonym przykładem, a sporządzonego w odniesieniu do załączonych rysunków, na których fig. 1, jak już wspomniano, przedstawia strukturę generalną zespołu sprężarki zgodnie ze stanem techniki, fig. 2 jest schematem synoptycznym, przedstawiającym strukturę generalną zespołu sprężarki według wynalazku, fig. 3 przedstawia inny przykład wykonania zespołu sprężarki według wynalazku, fig. 4 przedstawia trzeci przykład wykonania zespołu sprężarki według wynalazku, fig. 5 przedstawia czwarty przykład wykonania zespołu sprężarki według wynalazku oraz fig. 6 przedstawia piąty przykład wykonania zespołu sprężarki według wynalazku.

W odniesieniu do fig. 2, sprężarka silnikowa według wynalazku oraz wirnik 38, podparte na dwóch łożyskach krańcowych 40 i 42 oraz zespół sprężarki 44 zawierający zestaw kół łopatkowych 46, 48, 50 i 52 zamontowany na napędzanym wale 54. Zestaw jest zamontowany na cokole (nie pokazano) i jest umieszczony we wspólnym korpusie 55, który jest szczelny wobec gazu przepuszczanego przez turbosprężarkę.

Oczywiście, zespół silnikowej sprężarki 44 może zawierać jakąkolwiek inną liczbę kół łopatkowych albo, jak to zostanie opisane poniżej, może zawierać inny układ kół łopatkowych.

PL 209 122 B1

Jak przedstawiono na fig. 2, korpus składa się z połączenia elementów korpusu, połączonych sztywno, takich jak 55a i 55b, a każdy z nich stanowi podporę oraz zabezpieczenie dla silnika albo stopnia sprężania i które są połączone sztywno przez odpowiednie elementy mocujące.

Wał sprężarki 44 obtacza czopy w łożyskach 55 i 56. Otwór 58 do wprowadzania gazu do turbosprężarki 32 jest wykonany w korpusie i otwiera się na poziomie pierwszego stopnia sprężania, utworzonego przez koło łopatkowe oznaczone odnośnikiem liczbowym 46, natomiast otwór wylotowy 60 odzyskuje gaz przepuszczany przez turbosprężarkę na wyjściu ostatniego stopnia sprężania utworzonego przez koło łopatkowe oznaczone odnośnikiem liczbowym 52 w kierunku zgodnym ze strzałkami F.

Aby sprostać wyznaczonemu zadaniu, w trakcie działania stopnia sprężania 44, osiowe łożysko oporowe 62, połączone sztywno z napędzanym wałem jest umieszczone między dwoma nieruchomymi łożyskami 66 i 68 tak, aby ograniczyć przesunięcie osiowe sterowanego wału 54 na stopniu sprężania 44, łącznie z aerodynamicznym osiowym tłokiem odciążającym 70.

Sprzęgło podatne 72 zapewnia połączenie wirnika 38 silnika 34 z napędzanym wałem 54 na stopniu sprężania 44. Takie sprzęgło 72 można realizować albo jako sprzęgło typu membranowego, albo jako sprzęgło typu nożowego podatnego, albo sprzęgło o wale skręcanym. Jednak każdy inny odpowiedni rodzaj sprzęgła podatnego może być użyty do przewidzianego zadania. Należy zauważyć, że stosowanie sprzęgła o wale skręcanym umożliwia obniżenie ubytków spowodowanych przez wentylację, obniżenie poziomu hałasu i dogodniejsze zwiększenie rozchodzenia się nacisku osiowego wytworzonego przez silnik.

Aby uzyskać dostęp do sprzęgła 72, korpus jest wyposażony w otwór 76, który otwiera się względem strefy łącznikowej między wirnikiem 38 i napędzanym wałem 54. Ten otwór przylega do nieruchomego urządzenia 48 służącego do szczelnego zamykania.

Należy zatem zauważyć, że całe wnętrze turbosprężarki jest wypełnione gazem procesowym przesyłanym przez sprężarkę, łącznie ze sprzęgłem podatnym 72. W szczególności, wewnętrzna objętość turbosprężarki nie jest uszczelniona na wyjściu wału, a jedynie ma łączniki obrotowe 80, które są poddawane niewielkim różnicom ciśnienia, jak na przykład łączniki obrotowe typu labiryntowego służące do działania sprężarki. Aby ograniczyć straty przez wentylację, silnik jest pozostawiony pod ciśnieniem zasysania sprężarki, a obieg gazu jest zorganizowany tak, aby zapewnić jego chłodzenie.

Ponadto, należy również zauważyć, że łożyska promieniowe 40, 42, 55 i 56, stosowane do podtrzymywania wirników, nie wymagają zasilania w płyn smarny. W przypadku, gdy stosuje się łożyska magnetyczne wału 54, któremu zapewniają podparcie, to znaczy są zasadniczo sztywne z boku silnika i zasadniczo podatne z boku sterowanego wału.

Aby przenieść siłę wywieraną działaniem zespołu sprężarki do korpusu, łożyska 40, 42, 55 i 56 są zamocowane w sposób sztywny w odniesieniu do korpusu. Siła ta składa się z siły promieniowej ciężaru, siły promieniowej dynamicznej, które są związane z pozostałą masą wirującą nie wyważoną oraz siły osiowej, spowodowanej wypadkową aerodynamicznego nacisku na stopniu sprężania. Ponadto, łożyska te umożliwiają przemieszczenie promieniowe wirnika albo napędzanego wału, którym zapewniają podparcie, aby umożliwić tym elementom zrealizowanie uszeregowania linii wałów podczas faz pracy.

Jak stwierdzono powyżej, korpus składa się z połączenia elementów korpusu zapewniających odpowiednio podparcie dla silnika i stopnia sprężania, przy czym elementy korpusu są połączone w sposób sztywny i uszczelniony. Końce wzajemnie przeciwległe 82 i 84 korpusu w takim ukształtowaniu są zamykane, z jednej strony przez dno połączone śrubami 86, w którym są zamocowane łożyska 40 wirnika 38, zaś z drugiej strony przez drugie dno 88, podtrzymujące łożysko 56, w którym obraca się napędzany wał 54 oraz tłok odciążający 70, a które jest zamocowane na korpusie, na przykład za pomocą pierścieni ścinania 90.

Jak widać, wynalazek, który został określony powyżej i zgodnie z którym wykorzystuje się silnik elektryczny i zespół sprężarki umieszczone we wspólnym korpusie uszczelnionym i którego wały, odpowiednio napędzany i napędzający, są połączone sztywno za pomocą sprzęgła podatnego umieszczonego w gazie przepuszczanym przez turbosprężarkę wykazuje wiele korzyści.

Po pierwsze, stosownie do projektu pomysłu pod względem mechaniki, każdy z wirników, Silnik i zespół sprężarki zachowują właściwości wibracyjne, które są im właściwe. Należy zauważyć, że wirnik silnika jest zasadniczo typu sztywnego, z pierwszą krytyczną prędkością ugięcia poniżej prędkości obrotowej. Wirnik sprężarki jest zasadniczo typu giętkiego, z pierwszą prędkością krytyczną naprężenia stycznego poniżej prędkości obrotowej maksymalnej. Zatem, zapobiega się tworzeniu zachowań

PL 209 122 B1 typowych dla naprężenia stycznego, sprzęgniętych między dwoma wirnikami i zagrażających utworzeniu się, podczas działania, gorących punktów na wirniku silnika, tworzącej się termicznej masy wirującej nie wyważonej fazy i niekontrolowanej amplitudy.

Ponadto, wyważenie dynamiczne dwóch wirników jest ułatwione ze względu na możliwość wyłączenia zrealizowanego w taki sposób.

Obecność sprzęgła podatnego ułatwia ponadto ustawienie pierwszej częstotliwości odpowiedniej dla skręcania i przyczynia się poza tym do zmniejszania obciążenia na końcu wału sprężarki w przypadku zaistnienia zwarcia elektrycznego na zacisku silnika.

Ponadto, pod względem konserwacji, sprzęgło podatne może być rozłączone z otworu 76 przebiegającego przez korpus, każdy wirnik i napędzany wał mogą być wyjęte z osobna, podczas gdy ten drugi pozostaje podtrzymywany przez swoje dwa łożyska. W ten sposób wirnik i napędzany wał są zabezpieczone podczas tej operacji, przy czym ponowny montaż jest o wiele szybszy, a uszeregowanie i wyważanie dynamiczne ułatwione z uwagi na dostęp do dwóch płaszczyzn środkowych na każdym końcu wału.

Ponadto, stosowanie do zamykania korpusu dna połączonego śrubami z jednej strony oraz dna przytrzymywanego pierścieniami z drugiej strony, umożliwia łatwy demontaż turbosprężarki. W konsekwencji, aby przystąpić do tego demontażu, wystarczy przede wszystkim zdjąć dno połączone śrubami 86 i wyjąć zespół silnika 34.

Co się tyczy zespołu sprężarki 44, to jest on ułożony w taki sposób, że cały zespół wirnikprzepona może być wyjęty z korpusu w tym samym czasie co dno 88, bez potrzeby rozłączania korpusu od jego podstawy i przewodów gazu procesowego. Należy zauważyć, że podczas etapu montażdemontaż, wirniki spoczywają odpowiednio na swoich łożyskach bez ryzyka uszkodzenia części obrotowych, a także części nieruchomych, które mogłyby w przeciwnym przypadku zetknąć się z wirnikami podczas tych operacji.

Ponadto, należy zauważyć, że niniejszy wynalazek nie jest ograniczony opisanym przykładem wykonania.

W konsekwencji, podczas gdy na fig. 2 przedstawiono turbosprężarkę wyposażoną w scaloną wielostopniową sprężarkę w szeregu o pojedynczym odcinku sprężania i z czterema stopniami, wynalazek można również stosować w innych typach sprężarek silnikowych, na przykład o dwóch odcinkach S1 i S2 w szeregu, na przykład z dwoma stopniami każdy, zapewniając każdemu sprężanie gazu procesowego z, na przykład, pośrednim chłodzeniem. W takim przypadku w korpusie przewidziano dwa wejścia E'1 i E'2 i dwa wyjścia S'1 i S'2 w odniesieniu do wejścia i wyjścia z każdego z tych odcinków (fig. 3).

W takim przypadku, jak przedstawiono na fig. 3, pierwszy stopień sprężania jednego odcinka S2 może być ustawiony w odniesieniu do drugiego stopnia sprężania drugiego odcinka S1.

Natomiast, jak przedstawiono na fig. 4, dla konfiguracji znanej pod nazwą „back to back, pierwsze stopnie sprężania każdego z odcinków S1 i S2 mogą być ułożone obok siebie.

Poza tym, należy zauważyć, że jak przedstawiono na fig. 5, wynalazek znajduje również zastosowanie w układzie, w którym używa się, rozmieszczonych we wspólnym korpusie, silnika 34 i dwóch zespołów sprężarek 44' i 44”, przewidzianych, każdy z nich dla odpowiednich stopni sprężania 46', 48', 50', 52' i 46, 48, 50 i 52 i zamontowanych, każdy z nich na napędzanym wale 54' i 54, przy czym te wały 54' i 54'' są zamocowane na dwóch końcach naprzeciwległych do wirnika 38 silnika z zastosowaniem sprzęgieł podatnych 72' i 72''. Oczywiście, taki układ z dwoma zespołami sprężania może być wykorzystany albo przez jeden albo przez drugi z układów sprężania opisanych powyżej w odniesieniu do fig. 2 do fig. 4.

W tym przypadku, według takiego układu, w którym zespoły sprężania są rozmieszczone z jednej i z drugiej strony silnika, ciśnienie panujące w silniku będzie tym ciśnieniem zasysanym od strony niskiego ciśnienia.

Jest również możliwe, aby każdy korpus sprężania miał elementy do usuwania gazu, albo urządzenie do ponownego wtryskiwania, co oczywiście podnosi liczbę kombinacji możliwych układów.

Należy zauważyć, że określony powyżej wynalazek umożliwia, poza zachowaniem cechy dynamizmu wirników, całkowite pozbycie się wycieku gazu na zewnątrz.

Pozwala on również na wyeliminowanie dławnic i urządzeń pomocniczych służących do ich nadzorowania.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zespół sprężarki odśrodkowej zawierający silnik, co najmniej jedną sprężarkę mającą sterowany napędzany wał przez wirnik silnika i zestaw kół łopatkowych zamontowany na napędzanym wale, przy czym zestaw złożony z silnika i sprężarki jest zamontowany we wspólnym korpusie, który jest szczelny wobec gazu przepuszczanego przez ten zespół sprężarki, znamienny tym, że wirnik (38) i napędzany wał (54, 54', 54) są połączone za pomocą sprzęgła podatnego (72, 72', 72) umieszczonego w korpusie (55) złożonym z elementów korpusu (55a, 55b), przy czym każdy z końców napędzanego wału (54, 54', 54) oraz wirnika (38) podparte są na łożysku krańcowym, które zawiesza odpowiedni koniec wału a wirnik (38) i każda sprężarka (44, 44', 44) są podparte przez element korpusu (55a, 55b), przy czym elementy korpusu (55a, 55b) przymocowane są wzajemnie do siebie.
2. 2. Zespół sprężarki według zastrz. 2, znamienny tym, że korpus (55) ma otwór (76) wykonany w elemencie korpusu (55a, 55b) sąsiednim z dostępem do sprzęgła podatnego (72, 72', 72), przy czym w tym otworze (76) mieszczą się elementy do szczelnego zamykania (78).
3. 3. Zespół sprężarki według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że sprzęgło podatne (72, 72', 72) stanowi sprzęgło membranowe.
4. 4. Zespół sprężarki według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że sprzęgło podatne (72, 72', 72) stanowi sprzęgło nożowe podatne.
5. 5. Zespół sprężarki według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że sprzęgło podatne (72, 72', 72) stanowi sprzęgło o wale skręcanym.
6. 6. Zespół sprężarki według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że każdy koniec napędzanego wału (54, 54], 54) i wirnika (38) jest podparty łożyskiem krańcowym (40, 42, 55, 56).
7. 7. Zespół sprężarki według zastrz. 6, znamienny tym, że każde łożysko krańcowe (40, 42, 55, 56) jest połączone sztywno z korpusem (55).
8. 8. Zespół sprężarki według zastrz. 6 albo 7, znamienny tym, że łożyska krańcowe są łożyskami magnetycznymi promieniowymi.
9. 9. Zespół sprężarki według jednego z zastrz. od 1 do 8, znamienny tym, że zawiera osiowe łożysko oporowe (62), na którym opiera się sterowany napędzany wał (54, 54], 54) sprężarki podczas działania turbosprężarki.
10. 10. Zespół sprężarki według zastrz. 9, znamienny tym, że osiowe łożysko oporowe (62) jest łożyskiem magnetycznym.