Результат интеллектуальной деятельности: Турбокомпрессор

Изобретение относится к компрессоростроению, в частности к осевым, диагональным и осецентробежным компрессорам газотурбинных установок.

Известен турбокомпрессор (патент RU 2162164 С1, 20.01.2001) с надроторным устройством, содержащим расположенную в корпусе перед и над лопатками рабочего колеса кольцевую полость, сообщающуюся с проточной частью турбомашины через щели между образующими решетку ребрами в поперечном сечении наклоненными к радиусу корпуса, а так же имеющие угол между боковой поверхностью ребер и осью компрессора. Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа предложенного изобретения.

Основным недостатком прототипа является то, что полость надроторного устройства всегда сообщается с проточной частью компрессора, что вызывает негативные эффекты в диапазоне работы компрессора при n_пр=0,85…1,00. В частности происходит падение КПД ступени компрессора, в которой установлено надроторное устройство, и как следствие, падение КПД компрессора в целом. Так же возможно уменьшение запасов газодинамической устойчивости компрессора.

Задача настоящего изобретения заключается в снижении негативного эффекта, которое оказывает надроторное устройство на режимах работы при n_пр=0,85…1,00, за счет разъединения полости надроторного устройства и проточной части компрессора при переходе на вышеуказанный режим за счет установки в полости регулирующих пластин, которые перекрывают щели решетки надроторного устройства. При возвращении режима работы компрессора n_пр<0,85, происходит обратное соединение полостей надроторного устройства и тракта компрессора.

Указанная задача решается тем, что в известном турбокомпрессоре, содержащем корпус с размещенными в нем рабочими и направляющими лопатками, в котором над торцами рабочих лопаток выполнено надроторное устройство, состоящее из корпуса и кольцевой решетки, образованной ребрами и щелевыми каналами между ними, при этом между корпусом надроторного устройства и кольцевой решеткой образована кольцевая полость, сообщающаяся с проточной частью турбокомпрессора через щелевые каналы между образующими кольцевую решетку ребрами, согласно предложению корпус надроторного устройства снабжен по меньшей мере одним сквозным отверстием для сообщения кольцевой полости с последующими ступенями турбокомпрессора, при этом в корпусе надроторного устройства размещены уплотнительные втулки, в кольцевой полости над кольцевой решеткой размещены кольцевые сегменты, установленные с возможностью перекрытия щелевых каналов кольцевой решетки, на кольцевых сегментах выполнены окружные пазы, в которых размещены уплотнительные проставки, установленные над концами кольцевых сегментов с возможностью перекрытия зазора между ними, при этом на внутренних поверхностях кольцевых сегментов и уплотнительных проставок закреплены уплотнительные элементы из пластичного материала, а каждый кольцевой сегмент снабжен отверстием под резьбовую втулку, корпус надроторного устройства и кольцевые сегменты соединены между собой посредством упругих подвижных элементов, один конец которых жестко закреплен в резьбовой втулке неразъемным соединением, а другой конец жестко закреплен в уплотнительной втулке неразъемным соединением.

Уплотнительная втулка может иметь фланец, соединенный с втулкой посредством разъемного или неразъемного соединения, при этом фланец закреплен на корпусе посредством разъемного соединения. В данных вариантах реализации устройства уплотнительная втулка должна быть снабжена уплотнительным кольцом из пластичного материала.

Уплотнительная втулка также может быть закреплена на корпусе посредством неразъемного соединения.

Наличие в полости надроторного устройства кольцевых сегментов с уплотнительными проставками, которые, прижимаясь к кольцевой решетке надроторного устройства с щелевыми каналами, позволяет отделить полость надроторного устройства от проточной части компрессора. Прижатие кольцевых сегментов с уплотнительными проставками осуществляется за счет воздуха статическое давление которого больше статического давления в проточной части. Воздух поступает в полость надроторного устройства через отверстие в корпусе и отбирается от последующих ступеней компрессора. Для гарантированного возврата кольцевых сегментов в нерабочее положение при прекращении подачи давления в полость надроторного устройства используются упругие подвижные элементы, например возвратные пружины.

На фиг. 1 представлено продольное сечение турбокомпрессора

На фиг. 2 - поперечное сечение турбокомпрессора по линии А-А, в положении когда надроторное устройство закрыто

На фиг. 3 - поперечное сечение турбокомпрессора по линии А-А, в положении когда надроторное устройство открыто

1 - корпус надроторного устройства;

2 - кольцевая решетка с щелевыми каналами;

3 - рабочее колесо компрессора;

4 - кольцевые сегменты;

5 - уплотнительная проставка;

6, 7 - уплотнительные элементы;

8 - отверстие в корпусе надроторного устройства;

9 - упругий подвижный элемент;

10 - резьбовая втулка;

11 - уплотнительная втулка;

12 - уплотнительное кольцо;

13 - окружные пазы;

14 - фланец;

15 - проточная часть турбокомпрессора;

16 - полость надроторного устройства.

Турбокомпрессор содержит надроторное устройство, которое включает полость надроторного устройства (16), образованную корпусом надроторного устройства (1) и кольцевой решеткой надроторного устройства (2) с щелевыми каналами. Надроторное устройство расположено над рабочим колесом (3) в проточной части (15) турбокомпрессора. Устройство состоит из кольцевых сегментов (4) и уплотнительных проставок (5). Для улучшения герметичности на торцах кольцевых сегментов (4) закреплены уплотнительные элементы (6) из пластичного материала. На внутренней части уплотнительных проставок (5) по периметру также закреплены уплотнительные элементы (7) из пластичного материала. Уплотнительные элементы (6) и (7) обеспечивают минимизацию перетечек из полости (16) в полость (15) и могут быть выполнены из различных пластичных материалов типа резины или фторопласта. Упругие подвижные элементы (9), которые могут представлять собой пластинчатые или кольцевые пружины, закреплены в кольцевой решетке (2) через резьбовые втулки (10) и в корпусе (1) через уплотнительную втулку (11). Наличие резьбы на втулке (10) обусловлено технологией сборки всего узла регулируемого надроторного устройства. Для обеспечения герметичности на уплотнительную втулку (11) устанавливается уплотнительное кольцо (12) из пластичного материала, например из резины. Выбор способа крепления уплотнительной втулки (11) к корпусу (1) обусловлен стратегией эксплуатации двигателя. В случае необходимости переборки узла надроторного устройства (например, при капитально-восстановительном ремонте) уплотнительная втулка (11) должна закрепляться при помощи разъемного винтового соединения через фланец (14). Если разборка узла надроторного устройства не предусмотрена жизненным циклом двигателя, то допускается фиксация уплотнительной втулки (11) на корпусе (1) при помощи неразъемного соединения, например путем сварки или пайки. При этом резиновое кольцо не устанавливается. Для симметричности прижатия кольцевых сегментов (4) к кольцевой решетке надроторного устройства (2) в конструкцию введено две плоскости упругих подвижных элементов (9), например возвратных пружин. Для обеспечения постоянного положения уплотнительных проставок (5) относительно кольцевых сегментов (4), на сегментах (4) выполнены окружные пазы (13).

На режимах работы компрессора с n_пр<0,8…0,85, давление в полость (16) не подается. За счет перепада давления и силы упругости подвижных элементов (9) кольцевые сегменты (5) и уплотнительные проставки (5) прижимаются к корпусу (1). Таким образом, надроторное устройство находится в рабочем состоянии. При увеличении режима работы компрессора, через отверстие (8), в полость (16) подается давление от одной из последующих ступеней компрессора, которое воздействуя на кольцевые сегменты (5) и уплотнительные проставки (5) сверху прижимают их к кольцевой решетке надроторного устройства (2). Таким образом, щели в кольцевой решетке (2) прикрываются, и надроторное устройство прекращает работу.

Количество отверстий (8) выбирается исходя из условия поддержания постоянного давления в полости (16) в течение всего времени работы компрессора на режимах n_пр>0,8…0,85, которое определяется эффективностью уплотняющих элементов (6) и (7), а так же потребной скоростью перевода надроторного устройства из рабочего в нерабочее состояние.

Сборку осуществляют следующим образом.

В корпус (1) устанавливаются кольцевые сегменты (4) и уплотняющие проставки (5), при этом уплотняющие проставки (5) вставляются в окружные пазы (13) выполненные на кольцевых сегментах (4). В резьбовые отверстия в кольцевых сегментах (4) вкручиваются резьбовые втулки (10) внутри которых установлены упругие подвижные элементы (9), на обратной стороне которых устанавливают уплотнительные втулки (11) с уплотнительными, например резиновыми кольцами. Затем осуществляется фиксация уплотнительных втулок (11) на корпусе (1). Возможны следующие варианты фиксации: при помощи резьбового соединения уплотнительной втулки (11) с фланцем (14), который в свою очередь закрепляется на корпусе (1) разъемным соединением; при помощи неразъемного соединения уплотнительной втулки (11) с фланцем (14), который в свою очередь закрепляется на корпусе (1) разъемным соединением; при помощи неразъемного соединения (сварка или пайка) уплотнительной втулки (11) с корпусом (1), при этом резиновые кольца не устанавливаются, герметичность соединения обеспечивается сплошным соединительным швом. Корпус (1) с собранным узлом уплотнения надроторного устройства крепится к корпусу статора турбокомпрессора разъемным резьбовым соединением, после чего в корпус (1) устанавливается кольцевая решетка (2).