Турбокомпрессор

(5 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТпо изОБРетениям и ОткРытиямПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(56) Авторское свидетельство СССР М 832133, кл, Е 04 0 25/06, 1981.Авторское свидетельство СССР М 504009, кл. Р 04 0 25/06, 1974.(57) Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение экономичности. Укаэанная цель достигается созданием конической газомагнитной опоры в рабочем зазоре электропривода турбокомпрессора, увеличением перепада давлений на входе и выходе в рабочий зазор газомагнитной опоры и применением в качестве смазки перекачиваемого газа. При этом турбокомпрессор содержит. рабочее колеса 9, консоль- но установленное на валу, размещенном в конической опоре с газовой смазкой, и электропривод, выполненныйв виде статора 2, магнитопровод которого размещен в корпусе 1, и установленного на валу внутри статора ротора, причем коническая опора образована внутренней конической поверхностью статора 2 и соответствующей ей конической поверхностью ротора электро- привода, Указанная поверхности снабжены антифрикционным покрытием 17, а в теле магнитопровода и корпуса 1 выполнены каналы для подачи и отвода смазки, сообщенные с источником смазки, Дополнительно турбокомпрессор содержит пневмопереключатель 16, вход которого подключен к ис-. , точнику смазки и к каналам отвода смазки, а выход - к каналам подачи смазки. 1 з,п.флы, 1 ил.10 15 20 25 30 40 45 50 55. нитных сил, обеспечивая возможность Изобретение относится к турбостроению.Известна газодувкэ, содержащая корпус с установленным в нем вертикальнымротором, имеющим радиальные и упорные 5подшипники (газовые), причем последнийсодержит датчик толщины слоя смазки, Газодувка снабжена устройством для микроперемещения ротора, выполненным в видегазостатического подпятника с размещенным в нем клапаном с исполнительным механизмом, подключенным при помощииэмерительно-управляющего устройства кдатчику.Недостатками такой газодувки являются конструктивная сложность, обусловленная наличием большого числа рабочихзазоров, значительная металлоемкость,низкая экономичность и отсутствие автономности, обусловленные необходимостьюподачи газовой смазки в подшипники отвнешнегоисточника, а также необходимость внешней системы регулирования толщины слоя смазки в подшипниках,Газодувкэ работает только при вертикальном положении ротора.Наиболее близким к изобретению потехнической сущности является герметичный турбокомпрессор, содержащий корпусс приводным двигателем и установленный вкорпусе в газовых подшипниках полый ротор с рабочим колесом, Вокруг рабочего колеса расположен полый торообразныйотсекатель. Корпус снабжен всасывающимии нагнетательными патрубками. 3К недостаткам следует отнести сложность конструкции, обусловленную большим количеством рабочих зазоров, которыевыполняются соосно; значительную виброакустическую активность; ограниченнуюжесткость и груэоподьемность газовыхопор, отсутствие автономности компрессора из-за необходимости подачи сжатого газа от внешнего источника, а такжезависимость работоспособности конструкции от ориентации в пространстве, что существенно ограничивает функциональные. возможности турбокомпрессора,Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение экономичности привода, Для этого в турбокомпрессоре.содержащем рабочее колесо, консольнорасположенное на валу, размещенном вконической опоре с газовой смазкой, иэлектропривод, выполненный в виде статора, магнитопровод которого размещен вкорпусе, и установленного на валу внутристатора ротора, коническая опора образована внутренней конической поверхностью статора и соответствующей ей конической поверхностью ротора электро- привода, причем указанные поверхности снабжены антифрикционным покрытием, э в теле магнитопроводэ и корпуса выполнены каналы для подачи и отвода смазки. сообщенные с источником смазки, соединенным с пневмопереключателем,вход которого подключен к источнику смазки и каналам отвода смазки, а выход - к каналам подачи смазки.На чертеже показан описываемый турбокомпрессор.Компрессор содержит корпус 1 с установленным в нем магнитопроводом статора 2, в пазы которого уложена и-фазная распределеннэя обмотка 3, лобовые частикоторой залиты компаундом с обрэзованием нагнетающего аппарата 4. В конусной расточке статора 2 установлен конический ротор 5, на рабочей поверхности которого выполнены лыски 6, обеспечивающие повышение груэоподьемности и радиальной жесткости, Глубина лысок составляет 5 - 6 мкм, В широкой части ротора 5 установлено колесо 7, обеспечивающее отвод газовой смазки из рабочего зазора. За ним и соосно ему установлено колесо.8, обеспечивающее подачу газовой смазки. в рабочий зазор из атмосферы. На узком конце ротора 5 устайовлен исполнительный орган - рабочее колесо 9 турбокомпрессора,. Для подачи газовой смазки в: зазор в корпусе 1 выполнены входное отверстие 10 и кольцевая проточка 11, э в теле магнитопровода статора 2- радиальные каналы 12, Отвод газовой смазки из зазора осуществляется через отверстия 13 и 14 в компаундной заливке 4. Нагнетание газовой смазки в рабочий зазор осуществляется через отверстие 15 и пневмопереключатель 16, Устойчивость газомагнитного подвеса рабочего органа обеспечивается немагнитным антифрикционным слоем 17 на конической поверхности стэтора 1.Турбокомпрессор работает следующим образом. Сжатый гаэ через пневмопереключатель 16, входное отверстие 10 и кольцевую расточку 11 в корпусе 1, радиальные каналы 12 в теле статора 2 подается в рабочий зазор между статором и ротором, При этом ротор 5 всплывает нэ слое газовой смазки. После подачи питания в обмотку 3 ротор 5 начинает вращаться в поле газовых и электромагнагнетания газа в рабочий зазор через нагнетающее отверстие 15 и радиальные каналы 12, Одновременно рабочее колесо 7 имеет такое направление лопаток, которое через отверстия 13 и 14 обеспечивает отводной ступенью, можно провести по выражению где л= 3,1415926;тг - коэффициент "загромождения", принимается тг = 0,8-0,9;Кчг - коэффициент сжимаемости, равный отношению плотности на входе и выходе колеса, т.е,Кчг= 1,4 при = 1,5,Рг Рн Кчг= 1,77 при - = 2;Рг Рн Ог - диаметр колеса на выходе, м; Юг - ширина лопаток на выходе из колеса,м; Ьг = 0,02 - 0,07,рг - , коэффициент расхода, принимается рг = 0,28 при установке лопаток на выходе Рг= 90;Ог=,7 гОгп/60 - окружная скорость на диаметре Ог:и - частота вращения колеса, об/мин.Отношение в ступени определяется выражением;=1 - ( отработанной газовой смазки и направляетее снова в нагнетающее отверстие 15.Такое решение позволяет увеличить перепад давлений на входе и выходе из рабочего зазора, что обеспечивает повышение 5грузоподъемности газомагнитного подвесаротора 5, Количество колес 7 и 8, отличающеесянаправлением наклона лопаток,обусловлено давлением, которое необходимо создать на ходе в зазор и определяется 10по приведенным ниже зависимостям, причем количество колес 7 должно быть равноколичеству колес 8. По достижению ротором5 частоты вращения, обеспечивающей достаточный расход смазки и давление наддува сжатого газа для созданиягазомагнитнаго подвеса, пневмопереключатель 16 отключает внешний источник газовой смазки и обеспечивает соединениенагнетающего отверстия 15 с входным отверстием 10 в корпусе 1 и сжатый газ, доэтого момента выбрасывающийся в атмосферу, подается в рабочий зазор турбокомпрессора. Величина, порогового значенияопределяется по зависимостям, приведенным ниже.Газомагнитный подвес ротора обеспечивается взаимодействйем подъемных силслоя газовой смазки, нагнетающейся в за.зор между ротором 5 и статором 1, и электромагнитных сил притяжения ротора кстатору, создаваемых рабочим электромагнитным полем статора,Устойчивость подвеса обеспечиваетсяналичием немагнитного энтифрикционного 35слоя 17 на рабочей поверхности статора,позволяющего разделить рабочий зазор нэгазовый и магнитный, Немагнитный слой 17может быть также нэнесен одновременнона ротор и статор или только на ротор. Такое 40разделение уравновешивает подъемную силу газового слоя и электромагнитную силупритяжения ротора к статору. Теоретические исследования и последующие эксперименты показали, что толщина слоя 45лежит в пределах 0,1-0,3 мм в зависимости от мощности электропривода, Причемгэзомагнитный подвес рабочего органаобеспечивает работоспособность турбокомпрессора при любой ориентации в пространстве, что отличает предлагаемоерешение от прототипа. Это решение обеспечивает значительное расширение функциональных возможностей по сравнениюс прототипом при одновременном упрощении конструкции и повышение ее эко- Дномич ности,Оценочный расчет расхода газовой смазки, обеспечивающегося од 0 = 7 гтг Кчг Ог Ьг ог Ог, м /с,= Р =1 + ( 1 +Рпр +Ртр ) Х Рг Ч КВТ- давление на выходе и входе1746069 Ег - число лопаток (обычно 8-20);К - показатель адиабаты (для воздуха 1,4); Т - температура на входе в ступень; Й- газовая постоянная, для воздуха В= 287 Дж/кгК,цапов - политропный коэффициент полезного действия (0,7-0,85).Затраты на сжатие газа можно ориентировочно определить выражением к Ьд=ЙТн ( ) (е " - 1),Ди/кг,Составитель А.ШнайдерТехред М.Моргентал Корректор Н.Ревская Редактор Л,Волкова Заказ 2380 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 где Ьд - удельная работа адиабатического сжатия.Как видно из приведенных выражений, расход газовой смазки и давление наддува возрастают с увеличением частоты вращения ротора, следовательно, в предлагаемом техническом решении грузоподъемность и жесткость подвеса растут с увеличением частоты вращения,"Это отличает изобретение от прототипа, так как в нем с ростом скорости вращения жесткость и устойчивость падают и для ее увеличения необходимо увеличивать давление наддува, обеспечиваемое внешним источником питания, что ве. дет к возрастанию расхода газа, а значит, к снижению экономичности конструкции. Кроме того, описываемое техническое решение представляет собой автономную систему с однородным источником питания. Прототипу же необходима подача электро. энергии и сжатого газа.Таким образом, предлагаемый турбокомпрессор, обладая одним зазором, объе 5 диняющим функции электропривода игазомагнитной опоры, позволяет упроститьконструкциюи обеспечить высокую экономичность (автономность) системы,Формула изобретения10 1. Турбокомпрессор, содержащий.рабочее колесо, консольно установленное на валу, размещенном в конической опоре сгазовой смазкой, и электропривод, выполненный в виде статора, магнитопро 15 вод которого размещен в корпусе, иустановленного на валу внутри статора ротора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюупрощения конструкции и повышения экономичности, коническая опара образована20 внутренней конической поверхностью статора и соответствующей ей конической поверхностью ротора электропривода, причемукаэанные поверхности снабжены антифрикционным покрытием, а в теле магнито 25 провода и корпуса выполнены каналы дляподачи и отвода смазки, сообщенные с источником смазки.2. Турбокомпрессор по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что он дополнительно содер 30 жит пневмопереключатель, вход которогоподключен к источнику смазки и к каналамотвода смазки, а выход - к каналам подачисмазки,