RU2319840C1

RU2319840C1 - Screw expansion machine

Info

Publication number: RU2319840C1
Application number: RU2006137011/06A
Authority: RU
Inventors: Сергей Романович Березин (RU); Сергей Романович Березин
Original assignee: Сергей Романович Березин
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2008-03-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; drives.

SUBSTANCE: invention relates to design of screw expansion machines operating on steam or natural gas for use as drives for electric generators. Proposed screw expansion machine has high-pressure housing with intake branch pipe to deliver high-pressure gas and low-pressure housing with discharge branch pipe to discharge waste low-pressure gas, driving and driven rotors installed in bearings arranged in pairs in high-pressure and low-pressure housing, rotors being intercoupled by means of synchronizing gears and provided, in middle part, with teeth in meshing. High-pressure and low-pressure housings are connected in division plane passing along high-pressure end faces of helical teeth square to rotor axes. Driving and driven rotors are furnished with relief pistons found in high-pressure housing. End faces of pistons pointed to helical teeth communicate with intake branch pipe. Bottom with holes for shafts of rotors, intake port and two coaxial centering belts located on perimeter of bottom is arranged in division plane of high-pressure and low-pressure housing. One belt is mated with high-pressure housing, and the other, with low-pressure housing.

EFFECT: increased service life of screw machine owing to reduction of axial forces acting onto rotors, improved manufacturability and repairability of machine.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, конкретно к устройству винтовых расширительных машин, работающих на паре или на природном газе и применяющихся для привода, например, электрогенераторов.The invention relates to the field of power engineering, specifically to the device of screw expansion machines that work on steam or natural gas and are used to drive, for example, electric generators.

Известна винтовая расширительная машина, содержащая корпус высокого давления (КВД) с впускным патрубком для подачи газа высокого давления и корпус низкого давления (КНД) с выпускным патрубком для выхода отработанного газа низкого давления, в КВД и КНД попарно размещены подшипники, в которых установлены параллельно ведущий и ведомый роторы, связанные между собой при помощи синхронизирующих шестерен и имеющие в своей средней части винтовые зубья, находящиеся в зацеплении, КВД и КПД соединены между собой по плоскости разъема, проходящей по торцам высокого давления винтовых зубьев перпендикулярно осям роторов (см., например, патент СССР №1838632, F01C 1/16, 1993).Known screw expansion machine containing a high pressure housing (HPC) with an inlet pipe for supplying high pressure gas and a low pressure housing (CPV) with an exhaust pipe for exhausting a low pressure exhaust gas, bearings are installed in pairs in the HPC and KND in which the drive is installed in parallel and driven rotors, interconnected by means of synchronizing gears and having in their middle part helical teeth that are engaged, HPC and efficiency are interconnected along the plane of the connector passing along the ends of the high pressure of the helical teeth perpendicular to the axes of the rotors (see, for example, USSR patent No. 1838632, F01C 1/16, 1993).

Недостатками этой винтовой машины являются большие осевые усилия, действующие на подшипники и соответственно уменьшающие ресурс машины, а также технологические сложности ее изготовления. КНД и КВД обрабатываются на расточном станке отдельно друг от друга, а затем при сборке центрируются, например, при помощи штифтов. При этом трудно обеспечить высокую точность центровки (соосности) обоих корпусов, что ведет к ухудшению качества винтовой машины, которая очень чувствительна к зазорам между рабочими органами.The disadvantages of this screw machine are the large axial forces acting on the bearings and, accordingly, reducing the life of the machine, as well as the technological difficulties of its manufacture. KND and KVD are processed on the boring machine separately from each other, and then during assembly they are centered, for example, using pins. It is difficult to ensure high alignment accuracy (alignment) of both cases, which leads to a deterioration in the quality of the screw machine, which is very sensitive to gaps between the working bodies.

Ремонтопригодность этой машины невысока, поскольку процесс сборки усложнен, кроме того, затруднен контроль величины зазоров между роторами и между роторами и корпусами.The maintainability of this machine is low, since the assembly process is complicated, in addition, it is difficult to control the size of the gaps between the rotors and between the rotors and housings.

Задачей изобретения является увеличение ресурса винтовой машины за счет уменьшения осевых сил, действующих на роторы, повышение уровня технологичности ее изготовления и ремонтопригодности.The objective of the invention is to increase the resource of a screw machine by reducing the axial forces acting on the rotors, increasing the level of manufacturability of its manufacture and maintainability.

Указанная задача решается тем, что в винтовой расширительной машине, содержащей КВД с впускным патрубком для подачи газа высокого давления и КНД с выпускным патрубком для выхода отработанного газа низкого давления, ведущий и ведомый роторы, параллельно установленные в попарно размещенных в КВД и КНД подшипниках, связанные между собой при помощи синхронизирующих шестерен и имеющие в своей средней части винтовые зубья, находящиеся в зацеплении, причем КВД и КНД соединены между собой в плоскости разъема, проходящей по торцам высокого давления винтовых зубьев перпендикулярно осям роторов, согласно изобретению ведущий и ведомый роторы снабжены разгрузочными поршнями, размещенными в КВД, причем торцы поршней, обращенные к винтовым зубьям, сообщены с впускным патрубком, а противоположные торцы - с выпускным патрубком, и в плоскости разъема КВД и КНД установлено днище с отверстиями для валов роторов, впускным окном и двумя соосными центрирующими поясками, расположенными по периметру днища, причем один поясок сопряжен с КВД, а другой - с КНД.This problem is solved by the fact that in a screw expansion machine containing an HPC with an inlet pipe for supplying high pressure gas and low pressure with an exhaust pipe for exhausting low pressure gas, the driving and driven rotors are mounted in parallel in pairs placed in the HPC and KND bearings interconnected by means of synchronizing gears and having in their middle part helical teeth that are engaged, moreover, the HPC and KND are interconnected in the plane of the connector passing through the ends of high pressure screw teeth perpendicular to the rotor axes, according to the invention, the driving and driven rotors are equipped with unloading pistons located in the HPC, the piston ends facing the helical teeth communicating with the inlet pipe and the opposite ends with the exhaust pipe, and in the plane of the KVD and KND connector a bottom has been installed with holes for rotor shafts, an inlet window and two coaxial centering belts located along the perimeter of the bottom, with one belt connected to the HPC and the other to the KND.

Указанная задача решается также тем, что КВД и КНД дополнительно могут иметь общую плоскость разъема, проходящую через оси обоих роторов.This problem is also solved by the fact that the HPC and KND can additionally have a common connector plane passing through the axes of both rotors.

Конструкция винтовой расширительной машины представлена на фиг.1, 2, где на фиг.1 изображен разрез по вертикальной плоскости, проходящей через ось ведущего ротора, на фиг.2 изображен разрез по горизонтальной плоскости разъема машины, проходящей через оси обоих роторов.The design of a screw expansion machine is shown in FIGS. 1, 2, where FIG. 1 shows a section along the vertical plane passing through the axis of the driving rotor, and FIG. 2 shows a section along the horizontal plane of the connector of the machine passing through the axes of both rotors.

Винтовая машина содержит КВД 1 с впускным патрубком 2, КНД 3 с выпускным патрубком 4, ведущий 5 и ведомый 6 роторы. В КВД и в КНД попарно установлены опорные подшипники 7 роторов. В КВД установлены 2-сторонние упорные подшипники 8, воспринимающие осевую нагрузку на роторы. Ведущий и ведомый роторы 5, 6 имеют в средней своей части винтовые зубья 9, находящиеся в зацеплении, кроме того, роторы связаны между собой при помощи синхронизирующих шестерен 10. На обоих роторах установлены разгрузочные поршни 11, торцы которых, обращенные к винтовым зубьям, сообщены с впускным патрубком 2, а противоположные торцы - с выпускным патрубком 4. В плоскости 12 разъема КВД и КНД, проходящей по торцам высокого давления винтовых зубьев перпендикулярно осям роторов, установлено днище 13, имеющее два соосных центрирующих пояска 14 и 15, расположенных по периметру днища. Поясок 14 сопряжен с КВД, а поясок 15 - с КНД. В днище 13 выполнены отверстия для валов роторов и впускное окно 16 для подачи газа высокого давления из впускного патрубка 2 к винтовым зубьям 9 роторов. Масляные полости опорных подшипников 7 отделены от рабочих полостей машины при помощи торцевых уплотнений 17. КВД и КНД имеют общую плоскость 18 разъема, проходящую через оси обоих роторов.The screw machine contains an HPC 1 with an inlet pipe 2, KND 3 with an exhaust pipe 4, a drive 5 and a driven 6 rotors. In KVD and KND support bearings of 7 rotors are installed in pairs. In the HPC there are 2-way thrust bearings 8, which absorb the axial load on the rotors. The driving and driven rotors 5, 6 have in their middle part helical teeth 9 that are meshed, in addition, the rotors are interconnected by means of synchronizing gears 10. Unloading pistons 11 are installed on both rotors, the ends of which facing the helical teeth are communicated with an inlet pipe 2, and opposite ends with an outlet pipe 4. In the plane 12 of the HPC and KND connectors, passing along the high pressure ends of the helical teeth perpendicular to the rotor axes, a bottom 13 is installed having two coaxial centering belts 14 and 15, races laid along the perimeter of the bottom. Belt 14 is paired with HPC, and belt 15 is with CPV. The bottom 13 has openings for rotor shafts and an inlet window 16 for supplying high pressure gas from the inlet pipe 2 to the helical teeth 9 of the rotors. The oil cavities of the thrust bearings 7 are separated from the working cavities of the machine by means of mechanical seals 17. The HPC and KND have a common connector plane 18 passing through the axes of both rotors.

Работа винтовой машины происходит следующим образом. Газ высокого давления через впускной патрубок 2 и впускное окно 16 поступает к винтовым зубьям 9 роторов и расширяется между ними, совершая механическую работу. Выходная мощность машины передается внешнему потребителю, например электрогенератору, через выводной конец ведущего ротора. Отработанный газ низкого давления удаляется из машины через выпускной патрубок 4. При поступлении газа высокого давления к винтовым зубьям 9 на их торцах возникает осевое усилие, действующее на каждый ротор в сторону КНД. Газ высокого давления воздействует также на разгрузочные поршни 11 на роторах с усилием, направленным в сторону КВД. В результате суммарные осевые усилия на роторы, воспринимаемые упорными подшипниками 8, уменьшаются, что благоприятно с точки зрения повышения ресурса машины.The operation of the screw machine is as follows. High pressure gas through the inlet pipe 2 and the inlet window 16 enters the helical teeth 9 of the rotors and expands between them, performing mechanical work. The output of the machine is transmitted to an external consumer, such as an electric generator, through the output end of the driving rotor. The exhaust gas of low pressure is removed from the machine through the exhaust pipe 4. Upon receipt of the high pressure gas to the helical teeth 9 at their ends there is an axial force acting on each rotor in the direction of the low pressure. High pressure gas also acts on the unloading pistons 11 on the rotors with a force directed towards the HPC. As a result, the total axial forces on the rotors perceived by the thrust bearings 8 are reduced, which is favorable from the point of view of increasing the resource of the machine.

При сборке машины наличие на днище 13 двух соосных центрирующих поясков 14 и 15 обеспечивает абсолютно точную центровку (соосность) КВД и КНД. В результате качество сборки машины повышается, а следовательно, улучшаются показатели ее эффективности и надежности. Наличие общей плоскости 18 разъема КВД и КНД позволяет при сборке контролировать зазоры между рабочими органами машины, облегчает процессы сборки и разборки и улучшает тем самым ремонтопригодность машины.When assembling the machine, the presence on the bottom 13 of two coaxial centering belts 14 and 15 ensures absolutely accurate alignment (alignment) of the HPC and KND. As a result, the build quality of the machine is improved, and therefore, its performance and reliability are improved. The presence of a common plane 18 of the KVD and KND connectors allows during assembly to control the gaps between the working bodies of the machine, facilitates the assembly and disassembly processes, and thereby improves the maintainability of the machine.

Таким образом, конструкция данной винтовой машины обеспечивает увеличение ресурса, высокую технологичность изготовления и хорошую ремонтопригодность.Thus, the design of this screw machine provides an increase in resource, high manufacturability and good maintainability.

Claims

1. A screw expansion machine comprising a high pressure housing (HPC) with an inlet pipe for supplying high pressure gas and a low pressure housing (HPC) with an exhaust pipe for exhausting a low pressure exhaust gas, leading and driven rotors installed in parallel in pairs arranged in the HPC and KND bearings, interconnected by means of synchronizing gears and having in their middle part helical teeth that are engaged, moreover, KVD and KND are interconnected in the plane of the connector passing along the end face high-pressure helical teeth perpendicular to the axes of the rotors, characterized in that the driving and driven rotors are equipped with unloading pistons located in the HPC, the ends of the pistons facing the helical teeth communicated with the inlet pipe, and the opposite ends with the exhaust pipe, and in the plane KVD and KND connectors have a bottom with holes for rotor shafts, an inlet window and two coaxial centering belts located along the bottom perimeter, with one belt connected to the KVD and the other to the KND.

2. The device according to claim 1, characterized in that the HPC and KND additionally have a common connector plane passing through the axes of both rotors.