Результат интеллектуальной деятельности: Компрессор с осевым входом

Изобретение относится к области компрессоростроения, а именно к центробежным компрессорам с осевым входом.

Известна конструкция одноступенчатого компрессора с консольным расположением рабочего колеса и осевым подводом газа. Ротор компрессора с подшипниками, уплотнениями и рабочим колесом компонуются в гильзе в виде отдельной сборочной единицы, что позволяет выполнять монтаж и демонтаж ротора в собранном виде совместно с подшипниками и рабочим колесом в сторону привода без отсоединения от корпуса компрессора фланцев трубопроводов подвода и отвода газа. Герметичность проточной части компрессора обеспечивается установкой концевого уплотнения ротора [Смирнов, А.В. Новая конструкция высокоэффективного центробежного компрессора для агрегата ГПА-Ц-32/76-1,35 линейных компрессорных станций магистральных газопроводов / А.В. Смирнов, В.Г. Паненко, В.Г. Гадяка, В.П. Парафейник, A.M. Бороденко // Компрессорная техника и пневматика. - 2015. - №3. - С. 12-17].

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и взятым за прототип является центробежный нагнетатель [см. патент RU 2640894, опубликован 12.01.2018], содержащий корпус, переднюю герметизирующую крышку с осевым всасывающим патрубком, вал ротора, установленный в опорном и опорно-упорном подшипниках, образующих несущий блок нагнетателя, и размещенную в корпусе проточную часть, включающую рабочее колесо, консольно установленное на валу ротора, на другом конце которого установлена приводная муфта.

К недостаткам указанных конструкций следует отнести:

- ограничение по отношению давлений в устройстве, обусловленное использованием одного рабочего колеса, зафиксированного на консоли вала;

- ограничение по габаритам и массе рабочего колеса, накладываемое критической частотой вращения вала;

- ограниченная область применения по начальному давлению из-за неуравновешенных осевых сил, действующих на ротор при пусках и остановах под избыточным давлением, что вызывает быстрый износ упорного подшипника и приводит к снижению ресурса работы компрессора в целом [Паненко, В.Г. Перспективные направления совершенствования агрегатов типа ГПА-Ц конструкции ПАО «Сумское НПО» / В.Г. Паненко, В.П. Парафейник, О.Н. Щербаков, С.М. Ушаков // Труды двадцатого международного симпозиума «Компрессоры и компрессорное оборудование» им. К.П. Селезнёва, - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2018. - С. 201-221].

Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является увеличение отношения давлений в компрессоре и снижение осевого усилия, действующего на упорный подшипник при пуске и останове центробежного компрессора под избыточным давлением.

Технический результат заключается в том, что при расположении опорного подшипника на валу внутри обтекателя со стороны всасывающего патрубка компрессора с осевым входом появляется возможность дополнительно установить рабочие колеса компрессора между опорами, что позволит применить многоступенчатое сжатие, тем самым увеличить отношение давлений в компрессоре.

Технический результат достигается тем, что компрессор с осевым входом, содержащий корпус, переднюю крышку с осевым всасывающим патрубком, заднюю крышку, вал ротора, установленный в опорных и упорном подшипниках, и размещенную в корпусе проточную часть, обтекатель выполнен в виде расположенной внутри передней крышки оболочки, охватывающей установленную в опорном подшипнике переднюю часть вала ротора, при этом между наружной поверхностью обтекателя и внутренней поверхностью передней крышки образована входная кольцевая полость профилированного продольного сечения, а обтекатель скреплен с передней крышкой при помощи расположенных по периметру стоек.

В компрессоре с осевым входом в стойках могут быть выполнены каналы.

В компрессоре с осевым входом со стороны всасывающего патрубка на валу перед опорным подшипником установлено уплотнение.

Отличительные признаки технического решения являются существенными.

Установка опорного подшипника внутри обтекателя со стороны всасывающего патрубка компрессора с осевым входом позволяет дополнительно установить рабочие колеса компрессора между опорами, что позволит применить многоступенчатое сжатие, тем самым увеличить отношение давлений в компрессоре.

Наружная поверхность обтекателя и внутренняя поверхность передней крышки образуют входную кольцевую полость профилированного продольного сечения, что обеспечивает снижение потерь на входе в рабочее колесо компрессора и, как следствие, увеличение КПД компрессора.

Выполнение каналов в стойках обеспечивает соединение внутренней полости обтекателя с атмосферой, что позволяет снизить неуравновешенное осевое усилие, действующее на ротор при пусках и остановах под избыточным давлением.

Установка на валу уплотнения со стороны всасывающего патрубка обеспечивает герметизацию опорного подшипника от попадания рабочей среды (газа).

Изобретение поясняется графически, где на фиг. 1 показан предлагаемый компрессор в разрезе; на фиг. 2 показан вид А и разрез Б-Б.

Компрессор с осевым входом содержит корпус 1, который с двух торцов закрыт герметизирующими передней 2 и задней 3 крышками. Передняя крышка 2 стыкуется со всасывающим патрубком 4 в осевом направлении. Компрессор имеет также радиально направленный нагнетательный патрубок 5 на наружной поверхности корпуса 1. Внутри корпуса 1 расположена проточная часть компрессора 6. Ротор установлен в опорных 7 и упорном 8 подшипниках и состоит из вала 9, рабочих колес 10 и разгрузочного поршня 11. Опорный подшипник 7 со стороны всасывающего патрубка 4 установлен внутри обтекателя 12 и герметизируется от попадания рабочей среды с помощью уплотнения 13. Обтекатель 12 крепится к передней крышке 2 с помощью стоек 14. Наружная поверхность обтекателя 12 и внутренняя поверхность передней крышки 2 образуют входную полость 15. В стойках 14 выполнены каналы 16 для обеспечения работоспособности подшипника 7 и уплотнения 13, например для подвода и/или отвода герметизирующих, смазочных и охлаждающих сред, а также для соединения внутренней полости обтекателя 12 с атмосферой.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Рабочая среда (газ) поступает в осевой всасывающий патрубок 4, соединенный с передней крышкой 2 компрессора, затем поступает во входную полость 15, образованную наружной поверхностью обтекателя 12 и внутренней поверхностью передней крышки 2, обтекая при этом стойки 14.

Далее рабочая среда (газ) поступает в проточную часть 6, в которой происходит сжатие газа в одном или нескольких рабочих колесах 10 с последующим ее сбором в выходной полости 17 и подачей ее через нагнетательный патрубок 5 в сеть с заданными параметрами.

Снижение неуравновешенного осевого усилия, действующего на ротор при пусках и остановах под избыточным давлением, происходит следующим образом.

В исходном положении, перед пуском компрессора в газовый контур подается рабочая среда (газ) под избыточным давлением. По мере повышения начального давления газа в проточной части 6 на рабочие колеса 10 компрессора с осевым входом начинает действовать неуравновешенная осевая сила, которая зависит от диаметра вала 9 ротора, на котором находится уплотнение 13 со стороны задней крышки 3. Неуравновешенная осевая сила воспринимается упорным подшипником 8.

При этом в компрессоре с осевым входом может быть установлено уплотнение 13 для герметизации опорного подшипника 7 со стороны всасывающего патрубка 4, а также могут быть выполнены каналы 16, предназначенные для соединения внутренней полости обтекателя 12 с атмосферой.

Соединение внутренней полости обтекателя 12 с атмосферой позволяет частично или полностью компенсировать неуравновешенное осевое усилие, действующее на рабочие колеса 10 компрессора, при этом обеспечивается пуск и останов компрессора с осевым входом при малых осевых усилиях на упорный подшипник 8.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет получить увеличение отношения давлений в компрессоре и снизить неуравновешенное осевое усилие, действующее на ротор при пусках и остановах под избыточным давлением.