RU2397371C1

RU2397371C1 - Vazgen compressor

Info

Publication number: RU2397371C1
Application number: RU2009103408/06A
Authority: RU
Inventors: Вазген Сергеевич Багдасарян (RU); Вазген Сергеевич Багдасарян
Original assignee: Вазген Сергеевич Багдасарян
Priority date: 2009-02-03
Filing date: 2009-02-03
Publication date: 2010-08-20

Abstract

FIELD: power industry. ^ SUBSTANCE: invention can be used for axial, centrifugal and positive-displacement compressor and pump designing. Compressor comprises enclosure and assembly of stator and rotor wheels with reverse directional multistart threads, which contact by top area of bolt threads and compressor stage elements. Besides stator wheel is made of two cut halves or of two rings with cut external and internal grooves, which form a chamber with inlet and outlet openings for cooling agent supply and return line in stator wheel hub. On compressor enclosure there is a groove with pins for accurate installation of compressor stage. ^ EFFECT: decrease of low-frequency noise during compressor operation. ^ 8 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике, в частности турбостроению, компрессоростроению и насосостроению, и может быть использовано при конструировании осевых, центробежных и объемных компрессоров и насосов.The invention relates to energy, in particular turbine engineering, compressor engineering and pump engineering, and can be used in the design of axial, centrifugal and volumetric compressors and pumps.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является компрессор, содержащий совокупность статорных и роторных колес с многозаходными резьбами противоположного направления (см., SU №377549, Мкл. F04D 3/02, оп. 1973) [1].The closest technical solution for the combination of essential features is a compressor containing a combination of stator and rotor wheels with multi-threading in the opposite direction (see SU No. 377549, Mcl. F04D 3/02, op. 1973) [1].

Недостатком известного компрессора является обратный переток сжимаемого газа и низкочастотный шум, что вызывает явление помпажа.A disadvantage of the known compressor is the reverse flow of compressible gas and low-frequency noise, which causes a surge phenomenon.

Техническим результатом при использовании настоящего изобретения является исключение помпажных явлений и значительное снижение низкочастотного шума. Этот результат достигается в компрессоре, содержащем корпус и совокупность статорных и роторных колес с многозаходными резьбами противоположного направления, соприкасающимися верхними площадками винтовых резьб и образующими ступень компрессора, причем статорное колесо изготовлено из двух разрезанных половинок или из двух колец с вырезанными наружной и внутренней канавками, образующими в ступице статорного колеса камеру с входным и выходным отверстиями для подвода и отвода охлаждающего агента, причем на корпусе компрессора нарезана канавка со штырями для точной установки ступени компрессора.The technical result when using the present invention is the elimination of surge phenomena and a significant reduction in low-frequency noise. This result is achieved in a compressor comprising a housing and a plurality of stator and rotor wheels with multi-threading in the opposite direction, touching the upper screw threads and forming the compressor stage, the stator wheel being made of two cut halves or of two rings with cut outer and inner grooves forming in the hub of the stator wheel, a chamber with inlet and outlet openings for supplying and discharging a cooling agent, moreover, it is cut into the compressor housing groove with pins for accurate installation stage of the compressor.

На фиг.1 представлен общий вид аэродинамического лабиринтно-винтового компрессора; на фиг.2 - ступень компрессора; на фиг.3 - то же, с условным обозначением основных размеров; на фиг.4 - вид зубьев и ступица статорного колеса; на фиг.5 - вид зубьев и ступица роторного колеса; на фиг.6 - статорное колесо, состоящее из двух половинок; на фиг.7 - узел I на фиг.6; на фиг.8 - штифт для точной установки половинок колеса, при этом:Figure 1 presents a General view of an aerodynamic labyrinth-screw compressor; figure 2 - stage compressor; figure 3 is the same with the symbol of the main dimensions; figure 4 is a view of the teeth and the hub of the stator wheel; figure 5 is a view of the teeth and the hub of the rotor wheel; figure 6 - stator wheel, consisting of two halves; in Fig.7 - node I in Fig.6; on Fig - pin for the exact installation of the halves of the wheel, while:

А - ширина камеры охлаждающего агента, Б - высота камеры охлаждающего агента, Н - ширина колеса, В - глубина выреза на статоре, для посадки колеса, D_ов - диаметр отверстия в вале, D_в - диаметр вала ротора, В_стрк - диаметр ступицы роторного колеса, D_стск - диаметр ступицы статорного колеса, D_вcт - внутренний диаметр статора (корпуса), D_нст - наружный диаметр статора (см. фиг.3);A is the width of the chamber of the cooling agent, B is the height of the chamber of the cooling agent, N is the width of the wheel, C is the depth of the cutout on the stator to fit the wheel, D _s is the diameter of the hole in the shaft, D _c is the diameter of the rotor shaft, and _C is the diameter of the hub rotor wheels, D _stsk - the diameter of the hub of the stator wheel, D _ct - the inner diameter of the stator (housing), D _nst - the outer diameter of the stator (see figure 3);

D_нстк - наружный диаметр статорного колеса, D_стскв - внутренний диаметр ступицы статорного колеса, D_скск - диаметр скольжения статорного колеса, S₁ - шаг резьбы статорного колеса, h - высота зуба винтовой нарезки статорного колеса, γ - угол конуса зуба резьбы статорного колеса, β - ширина верхней площадки трапецеидальной резьбы, (см. фиг.5);D _nstc is the outer diameter of the stator wheel, D _stskv is the inner diameter of the hub of the stator wheel, D _csk is the sliding diameter of the stator wheel, S ₁ is the thread pitch of the stator wheel, h is the height of the tooth thread of the stator wheel, γ is the angle of the tooth cone of the stator wheel , β is the width of the upper platform of the trapezoidal thread, (see figure 5);

D_врк - внутренний диаметр роторного колеса, D_стрк - диаметр ступицы роторного колеса, D_скрк - диаметр скольжения роторного колеса, h - высота зуба винтовой нарезки роторного колеса, S₂ - шаг резьбы роторного колеса, γ - угол конуса зуба резьбы роторного колеса, β - ширина верхней полки трапецеидальной резьбы (см. фиг.6).D _SRC is the inner diameter of the rotor wheel, D _STRK is the diameter of the hub of the rotor wheel, D _SRK is the sliding diameter of the rotor wheel, h is the tooth height of the screw thread of the rotor wheel, S ₂ is the pitch of the thread of the rotor wheel, γ is the angle of the tooth cone of the thread of the rotor wheel, β is the width of the upper flange of the trapezoidal thread (see Fig.6).

Компрессор содержит статор 1 (корпус) компрессора, статорное колесо 2 со ступицей, камеру 3 охлаждающего агента, зуб 4 винта статорного колеса 2, зуб 5 винта роторного колеса 6, вал 7 ротора, первую ступень 8 компрессора, раструб 9 приема газа, отверстия 10 на статоре 1 для подвода и отвода охлаждающего агента, последнюю ступень 11 компрессора, выходную улитку 12 компрессора, задний опорно-упорный подшипник 13, передний опорный подшипник 14, кожух 15 переднего опорного подшипника 14, шлиц 16 для соединения с приводом, наружное кольцо 17 и внутреннее зубчатое кольцо 18.The compressor contains a stator 1 (housing) of the compressor, a stator wheel 2 with a hub, a cooling agent chamber 3, a tooth 4 of a stator wheel screw 2, a tooth 5 of a rotor wheel screw 6, a rotor shaft 7, a first compressor stage 8, a gas receiving socket 9, openings 10 on the stator 1 for supplying and discharging the cooling agent, the last stage 11 of the compressor, the output scroll 12 of the compressor, the rear thrust bearing 13, the front thrust bearing 14, the casing 15 of the front thrust bearing 14, the slot 16 for connecting to the drive, the outer ring 17 and internal gear ring 18.

При работе компрессора роторное колесо 6 при вращении внутри статорного колеса соприкасается верхними площадками зубьев D_скск (диаметр скольжения статорного колеса), D_скрк (диаметр скольжения роторного колеса) с образованием режима скольжения, исключая обратные перетечки сжимаемого воздуха (газа) и, следовательно, исключая возникновение помпажного явления. Далее поток воздуха (газа), поступая в роторное колесо 6, проходит по резьбовой канавке по касательной, и по выходе из роторного колеса 6 за счет большой частоты вращения создает высокую угловую скорость. При попадании газа в резьбовую канавку статорного колеса 2 происходит аэроудар, развивающий высокое давление. Это подтверждается результатами проведенных экспериментальных исследований. При высоте зубьев роторного 6 и статорного2 колес 5 мм, диаметре статорного колеса 200 мм и частоте вращения ротора 8037 об/мин было получено давление 0,032 МПа.When the compressor is running, the rotor wheel 6, when rotating inside the stator wheel, is in contact with the upper tooth areas D _ccc (slip diameter of the stator wheel), D _ccc (sliding diameter of the rotor wheel) with the formation of the slip mode, excluding the backflow of compressible air (gas) and, therefore, excluding the occurrence of a surge phenomenon. Further, the flow of air (gas) entering the rotor wheel 6 passes along the threaded groove along the tangent, and upon leaving the rotor wheel 6, due to the high rotation frequency, creates a high angular velocity. When gas enters the threaded groove of the stator wheel 2, an air impact occurs, which develops high pressure. This is confirmed by the results of experimental studies. When the height of the teeth of the rotor 6 and stator2 wheels is 5 mm, the diameter of the stator wheel is 200 mm and the rotor speed is 8037 rpm, a pressure of 0.032 MPa was obtained.

В аэродинамическом лабиринтно-винтовом компрессоре статорное колесо 2 и роторное колесо 6 образуют ступень компрессора.In the aerodynamic labyrinth-screw compressor, the stator wheel 2 and the rotor wheel 6 form the compressor stage.

Применяемые аэродинамические лабиринтно-винтовые колеса, состоящие из статорного колеса 2, имеющего внутреннюю многозаходную резьбовую нарезку, и роторного колеса 6, имеющего наружную многозаходную резьбовую нарезку противоположного направления, устанавливают так, чтобы при вращении ротора наружные диаметры резьб статорного и роторного колес 2 и 6 действовали в режиме скольжения, т.е. между статорным и роторным колесами 2 и 6 отсутствовал зазор.The aerodynamic labyrinth-helical wheels used, consisting of a stator wheel 2 having an internal multi-thread threaded thread, and a rotor wheel 6 having an external multi-thread threaded thread of the opposite direction, are set so that the outer diameters of the threads of the stator and rotor wheels 2 and 6 act when the rotor rotates in slip mode, i.e. there was no gap between the stator and rotor wheels 2 and 6.

Практически показано, что в данном компрессоре можно обеспечить высокое давление, соответствующее полученному расчетным путем.It is practically shown that in this compressor it is possible to provide a high pressure corresponding to that obtained by calculation.

Это объясняется тем, что прочность зубьев винтовых нарезок статорного и роторного колес 2 и 6 и можно задать в зависимости от необходимого давления, не нарушая нормальной работы зубного винта в динамике.This is because the strength of the teeth of the screw cuts of the stator and rotor wheels 2 and 6 can also be set depending on the required pressure without disturbing the normal operation of the tooth screw in dynamics.

В этом компрессоре исключается обратный переток сжимаемого газа, и, следовательно, исключаются условия возникновения помпажных явлений, низкочастотного шума и возрастает ресурс эксплуатации машины.In this compressor, the reverse flow of the compressible gas is eliminated, and, therefore, the conditions for the occurrence of surge phenomena, low-frequency noise are excluded and the service life of the machine increases.

Общее количество аэродинамических лабиринтно-винтовых пар колес устанавливается на компрессоре в зависимости от требуемого давления.The total number of aerodynamic labyrinth-screw pairs of wheels is installed on the compressor, depending on the required pressure.

Наружное кольцо 17 состоит из двух половинок с тем, чтобы выточить канавки для образования камеры 3 охлаждающего агента. После выточки канавок обе половинки соединяют сваркой, и образуется камера 3. Сборку производят путем горячей посадки кольца 17 на кольцо 18. После этого нарезают резьбу или при большой высоте зуба приваривают резьбовую ленту на ступицу внутреннего кольца 18, которая в поперечном сечении имеет форму зуба резьбы.The outer ring 17 consists of two halves in order to groove the grooves to form the cooling agent chamber 3. After grooving the grooves, both halves are joined by welding, and a chamber 3 is formed. Assembly is carried out by hot-fitting the ring 17 onto the ring 18. After that, the thread is cut or the thread tape is welded onto the hub of the inner ring 18, which has the shape of a thread tooth in cross section .

Резьба на статорном и роторном колесах 2 и 6 может быть выполнена многозаходной трапециевидной, цилиндрической, конической, ленточной дугообразной, по профилю треугольной, прямоугольной, применение которых должно обеспечить режим работы скольжения верхних площадок венцов зубьев колес в динамике.The threads on the stator and rotor wheels 2 and 6 can be multi-start trapezoidal, cylindrical, conical, tape arcuate, triangular, rectangular in profile, the use of which should ensure the sliding mode of the upper platforms of the wheel rims in the dynamics.

В некоторых случаях вместо вытачивания зубьев в качестве зубчатых винтов можно использовать металлическую ленту соответствующей марки металла, с толщиной и высотой с заостренными, или без заострения, концами по всей длине.In some cases, instead of grinding teeth, a metal band of the corresponding metal grade, with thickness and height with pointed, or without sharpening, ends along the entire length, can be used as gear screws.

Нижнюю половину статорного колеса 2 устанавливают в вырезанный паз на статоре(корпусе) 1 под данное колесо. В пазу для точного размещения колеса 2 устанавливают два штифта 19, на которые садится нижняя половина статорного колеса 2. С целью упрощения и удешевления при сборке изготовление статорного колеса 2 можно осуществить без разреза на две половинки и сборку произвести вне статора 1 компрессора.The lower half of the stator wheel 2 is installed in the cut-out groove on the stator (housing) 1 under this wheel. In the groove for the exact placement of the wheel 2, two pins 19 are mounted on which the lower half of the stator wheel 2 sits. In order to simplify and reduce the cost of assembly, the manufacture of the stator wheel 2 can be carried out without cutting into two halves and assembly outside the compressor stator 1.

На наружном кольце 17 с двух сторон вырезаны полки для установки штифта 19 и крепежного болта для соединения половинок колеса.On the outer ring 17, shelves are cut on both sides for mounting the pin 19 and the fixing bolt for connecting the wheel halves.

Размеры А, Б, В, Г, Д, Д₁ и Д₂ штифта 19 (см. фиг.8) определяются в зависимости от размеров колес 2 и 6.The dimensions A, B, C, D, D, D ₁ and D _{2 of the} pin 19 (see Fig. 8) are determined depending on the sizes of the wheels 2 and 6.

В зависимости от требуемого давления геометрические размеры статорного и роторного колес 2 и 6 могут иметь следующие размеры: ширина β верхней площадки трапецеидальных зубьев не должна быть более 30 мм; число зубьев резьб статорного и роторного колес 2 и 6 не более 700; для всех резьб угол подъема α=1÷89°; высота h зубьев определяется расчетом в зависимости от требуемого давления и развиваемой мощности и может достигать любой высоты, но не более 1000 мм; шаг S₁ и S₂ резьбы определяется в зависимости от необходимого количества зубьев, полученного по результатам расчета необходимого давления и мощности, но не более 450 мм; угол γ конуса зубьев статорного и роторного колес 2 и 6 не более 120°; ширина Н статорного и роторного колес не более 500 мм. Диаметры скольжения по верхним площадкам зубьев роторного и статорного колес D_ск имеют одинаковые размеры с допуском работы в режиме скольжения. Высота h зуба и геометрические размеры трапецеидальных и других зубьев статорного и роторного колес 2 и 6 определяются расчетом. Остальные размеры определяются конструктивно.Depending on the required pressure, the geometric dimensions of the stator and rotor wheels 2 and 6 can have the following dimensions: the width β of the upper area of the trapezoidal teeth should not be more than 30 mm; the number of teeth of the threads of the stator and rotor wheels 2 and 6 is not more than 700; for all threads, the elevation angle α = 1 ÷ 89 °; the height h of the teeth is determined by calculation depending on the required pressure and developed power and can reach any height, but not more than 1000 mm; the pitch S ₁ and S _{2 of the} thread is determined depending on the required number of teeth obtained by calculating the required pressure and power, but not more than 450 mm; the angle γ of the cone of the teeth of the stator and rotor wheels 2 and 6 is not more than 120 °; the width H of the stator and rotor wheels is not more than 500 mm. The sliding diameters on the upper areas of the teeth of the rotor and stator wheels D _SK have the same dimensions with a tolerance of operation in the sliding mode. The height h of the tooth and the geometric dimensions of the trapezoidal and other teeth of the stator and rotor wheels 2 and 6 are determined by calculation. The remaining dimensions are determined constructively.

Данное изобретение включает в себя принципы действия осевого, центробежного и объемного компрессоров.This invention includes the principles of operation of axial, centrifugal and volumetric compressors.

Данное изобретение может быть использовано и в насосостроении.This invention can be used in pump engineering.

Claims

A compressor comprising a housing and a plurality of stator and rotor wheels with multi-threading in the opposite direction, touching the upper areas of the screw threads and forming a compressor stage, characterized in that the stator wheel is made of two cut halves or of two rings with cut outer and inner grooves forming the stator wheel hub has a chamber with inlet and outlet openings for supplying and discharging a cooling agent, and a groove from a pin is cut on the compressor housing s for precise stage of the compressor.