Турбодетандер

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 17 9 9) Я 11 0 5)5 ОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ Бюл. 1 Ф 14вский кор дм, С.О,Ма рин и А.К.Ч 88) лестроительныйароваредниченко(57) Изобретение относится к холодильной технике, а точнее к турбодетандерным установкам. Цель изобретения состоит в повышении надежности в работе турбодетандера, а также в улучшении его регулировочных характеристик за счет снижения частоты вращения насосного колеса. Поставленная цель достигается тем, что в предложенной конструкции ротор 1 турбодетандера с рабочим колесом 2 расположен на опорных гидродинамических подшипниках. На роторе 1 выполнена шестерня 3, состоящая из зубчатой передачи и фрикционных роликов. Шестерня 3 сопряжена с1726929 большими ступенями промежуточных ступенчатых шестерен роликов 4, при этом меньшие ступени промежуточных шестерен роликов 4 находятся в контакте с колесами-роликами 5. Колеса-ролики 5 насажены на один конец осей 6, имеющих осевые ограничители, а на.другом конце осей 6 размещены шестерни - ролики 7, сопряженные с колесом-роликом 8, размещенным на валу 9 с установленным на нем колесом центробежного насоса, На роторе 1 выполнен гребень 10, а ротор 1 опирается на подшипники 11, Вал 9 опирается на Изобретение относится к холодильной технике, а именно к турбодетандерным установкам.Известны конструкции турбодетандеров (ТД) с автономными нагрузочными устройствами и конструкции монороторных турбодетандеров.Известна конструкция монороторного турбодетандера, содержащая корпус, в котором на подшипниках установлен ротор, на одной консоли которого размещено рабочее колесо турбодетандера, а в качестве нагрузочного устройства используется насос, рабочее колесо которого расположено на свободной консоли ротора.Основным недостатком данной конструкции является то, что такие монороторные турбодетандеры отличаются высокой частотой вращения насосного колеса и возникает опасность кавитационного разрушения насоса и опасность нестабильности регулировочных характеристик, Так, из чертежа прототипа следует, что О/От=1, где О - диаметр рабочего колеса насоса; От - диаметр рабочего колеса детандера. Для реальной конструкции ТД, взятой из таблицы параметров унифицированного ряда монороторных ТД, От= 75 мм, частота вращения пт=пн=130000 об/мин, где пт и п - частота вращения колес ТД и насоса соответственно. Окружная скорость на колесе насосаОн - 60 Он = 510 м/с.О,пЦель изобретения состоит в повышении устойчивости в работе и улучшении регулировочных характеристик турбодетандера путем снижения частоты вращения насосного колеса.Турбодетандер содержит трехступенчатую фрикционно-зубчатую планетарную передачу, размещенную в корпусе между подшипники. Корпус состоит из наружной обоймы и вставленных в нее корпусных элементов. Центральный элемент содержит подшипники осей 6, один из подшипников 11 ротора 1 и упорный подшипник. Левый элемент содержит второй подшипник 11, а также сухари осевых ограничителей осей 6. Правый элемент также содержит сухари, а кроме того, на нем размещен корпус насоса. Корпусные элементы крепятся в обойме фланцем, В каждом корпусном элементе выполнены полости и каналы для смазки. 4 ил. ротором турбодетандера и центробежным насосом и состоящую из корпусных элементов, вставленных в наружную обойму корпуса, причем в центральном корпусном5 элементе размещены на подшипниках осиколес-роликов, имеющие осевые ограничители, и установленные на одном конце осей шестерни-ролики, состоящие из зубчатой шестерни и двух дисков каждая, сопряжен 10 ных с зубчатым колесом-роликом, размещенным на оном валу с колесом насоса, и колес-роликов, установленных на других концах осей и сопряженных с меньшей ступенью промежуточных ступенчатых шесте 15 рен-роликов, при этом большие ступенипромежуточных шестерен-роликов сопряжены с шестерней, установленной на роторе турбодетандера.В предлагаемой конструкции использу 20 ется трехступенчатая фрикционно-зубчатаяпланетарная передача, позволяющая значительно снизить частоту вращения колеса насоса. Так, если рассмотреть предлагаемую конструкцию турбодетандера с теми же па 25 раметрами, что и в прототипе (О=75 мм,пт=130000 об/мин) с учетом передаточного отношения 1= 25 (исходя из соотношений размеров колес и шестерен на фиг.1 - 4), частота вращения. рабочего колеса насоса со 30 ставит пн 2=п/1=5200 об/мин, Длясоотношений представленных на фиг.1 Он/От=3; Он=225 мм. Окружная скорость колеса насоса в предлагаемой конструкциилОнпн35" 60, Он 2 = 61 м/с. Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет значительно снизить окружные скорости на колеса насоса в данном случае 8,4 раза) без уменьшения диаметра рабочего колеса на 40 соса и даже позволяет увеличить диаметрОнЭлементы трехступенчатой передачи (шестерни-ролики, колеса-ролики, промежуточные ступенчатые шестерни-ролики) размещены в корпусных элементах(три секции), вставленные в наружную обойму кор пуса. При этом в центральном корпусном элементе размещены на подшипниках оси колес-роликов, а в боковых элементах размещены сухарики осевых ограничителей. Кроме того, в центральном корпусном эле менте (секции) размещен и упорный подшипник вала турбодетандера, а все секции имеют каналы для подвода (отвода) смазки.Таким образом, признаки, включенные в формулу изобретения, влияют на сниже ние частоты вращения насосного колеса.Относительно влияния скорости вращения на устойчивость работы ТД.На фиг.1 показаны совмещенные характеристики ТД и нагрузочного устройства в 20 конструкции-прототипе (где Й - мощность ТД и НУ; и - частота вращения ТД и НУ; А - точка равновесия при настройке). На фиг,2 показаны совмещенные характеристики ТД и нагрузочного устройства (НУ) в виде мало или среднеоборотного насоса (предлагаемое решение). Пунктиром обозначены регулировочные характеристики при различных степенях открытия дросселя насоса. Как видно из сравнения характеристик, систе ма, представленная на фиг.1, неустойчивая, так как механические характеристики ТД и насоса пологие и близки друг к другу. Система на фиг.2 устойчивая, так как характеристики идутдостаточно круто и пересекаются 35 под значительно большим углом чем на фигЛ.Под устойчивостью работы системы нагружения понимается ее способность самопроизвольно поддерживать заданный. 40 скоростной или нагрузочный режим и быстро восстанавливать их в случае кратковременных нарушений равновесия между вращающим и тормозным моментами. Таком образом, предлагаемая система позво ляет обеспечить устойчивость и точность поддержания режима нагружения, что имеет принципиальное значение для оценки КПД турбодетандера, а следовательно, и его эффективности. 50Улучшение регулировочных характеристик обусловливается использованием тихоходного или среднеоборотного насоса со значительным расходом жидкости при умеренных скоростях, Регулировка осуществ ляется на его напорной магистрали. Как видно из сопоставления фиг 1 и 2, в предлагаемом решении можно с достаточной надежностью и точностью установить характеристики насоса как НУ, В прототипе возможно самопроизвольное изменение характеристики под воздействием внешних факторов пульсации давления жидкости и т.д.). Использование в предлагаемой конструкции трехступенчатой передачи обеспечивает возможность применения солнечной шестерни, т.е. шестерни, установленной на роторе ТД малого диаметра, В предлагаемой конструкции можно обеспечить требуемое усилие прижатия роликов без перегрузки солнечной шестерни за счет создания расклинивающего действия усилий, направленных на промежуточные шестерни-ролики. Кроме того, использование ступенчатых шестерен-роликов позволяет обеспечить несколько симметричных зон контакта, которые обеспечивают уравновешивание шестерен-роликов в процессе их вращения и сохранения параллельности их осей, Это позволяет увеличить КПД и долговечность передачи, а соответственно КПД и долговечность турбодетандера, В предлагаемой конструкции промежуточные ступенчатые шестерни-ролики являются самоустанавливающимися. Опоры необходимы только для осей четырех колес- роликов, контактирующих с центральным колесом, Частота вращения этих осей невысокая и они установлены в подшипниках скольжения, размещенных в центральном корпусном элементе.Использование корпусных элементов, пристыковываемых один к другому позволяет изготавливать турбодетандер из отдельных унифицированных деталей и значительно упрощать доводку ТД при монтаже. Облегчаются и ремонтные работы,На фиг.1 изображен турбодетандер, общий вид; на фиг.2- сечение А-А на фиг,1; на фиг,3 - сечение Б - Б на фиг.1; на фиг,4 - сечение В - В на фиг.2.В предлагаемой конструкции ротор 1 турбодетандера с рабочим колесом 2 расположен на опорных гидродинамических подшипниках, На роторе 1 выполнена шестерня 3, состоящая из зубчатой шестерни и фрикционных роликов. Шестерня 3 сопряжена с большими ступенями промежуточных ступенчатых шестерен-роликов 4, при этом меньшие ступени промежуточных шестерен-роликов 4 находятся в контакте с колесами-роликами 5. Колеса-ролики 5 насажены на один конец осей 6, имеющих осевые ограничители, а на другом конце осей 6 размещены шестерни-ролики 7, сопряженные с колесом-роликом 8, размещенным на .валу 9 с установленным на нем колесом центробежного насоса. На роторе 1 турбодетандера выполнен упорный гребень 10, а ротор 1 опирается на гидродинамические8 1726929 50 55 подшипники 11. Вал 9 центробежного насоса опирается на подшипники качения. Корпус турбодетандера состоит из наружной обоймы и вставленных в нее корпусных элементов. Центральный корпусной элемент содержит гидродинамические подшипники осей 6, один из гидродинамических опорных подшипников 11 ротора 1 и упорный подшипник, обращенный к поверхности упорного гребня 10, Левый (фиг,1) корпусный элемент содержит второй опорный гидродинамический подшипник 11, а также сухари осевых ограничителей осей 6. Правый (фиг,1) корпусной элемент также содержит сухари осевых ограничителей. Кроме того, на нем размещен корпус центробежного насоса. Корпусные элементы фиксируются в наружной обойме посредством фланца, В каждом корпусном элементе имеются полости и каналы для подвода (отвода ) смазки к узлам трения.Устройство работает следующим образом.При вращении рабочего колеса 2, расположенного на роторе 1, при помощи фрикционно-зубчатого зацепления движение передается от ротора 1 через шестерню 3 большим ступеням промежуточных ступенчатых шестерен-роликов 4 и далее при помощи меньших ступеней движение передается колесам-роликам 5, насаженным на один конец осей 6, а на другом конце которых размещены шестерни-ролики 7. Через зубчато-фрикционный контакт шестерен- роликов 7 и колес-роликов 8 приводится во вращение вал 9 с установленным на нем колесом центробежного насоса,Радиальные нагрузки от ротора 1 воспринимают гидродинамические подшипники 11, а осевую нагрузку - упорный подшипник, обращенный к упорному гребню 10 и размещенный также как и один из подшипников 11 в центральном корпусном элементе. Радиальные нагрузки от осей 6 воспринимаются гидродинамическими подшипниками, также размещенными в элементе. От осевого перемещения оси 6 удерживают ограничители, сухари которых 5 10 15 20 25 30 35 40 45 размещены в левом и правом корпусных элементах, Нагрузки от вала 9 центробежного насоса воспринимают подшипники 12 качения, установленные в корпусе. Корпусные элементы удерживаются в наружной корпусной обойме при помощи фланца, Смазка к узлам трения подводится через полости и каналы.Для показанных на фиг.1-4 соотношений передаточное отношение между частотой вращения колеса ТД и насоса составляет 25,5, Частота вращения насосного колеса снижена в 8,4 раз, что позволяет повысить устойчивость в работе и улучшить регулировочные характеристики турбодетандера,Формула изобретения Турбодетандер, содержащий корпус с наружной обоймой и установленным в нем ротором с рабочим колесом, нагрузочное устройство, выполненное в виде центробежного насоса, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения устойчивости работы и улучшения регулировочных характеристик за счет снижения частоты вращения насосного колеса, турбодетандер дополнительно содержит трехступенчатую фрикционно-зубчатую планетарную передачу, размещенную в корпусе между ротором турбодетандера и центробежным насосом и выполненную в виде корпусных элементов, вставленных в наружную обойму корпуса, причем в центральном корпусном элементе дополнительно размещены на подшипниках оси с колесами-роликами, имеющие осевые ограничители и установленные на одном конце осей шестерни-ролики, состоящие из зубчатой шестерни и двух дисков каждая, сопряженных с зубчатым колесом-роликом, размещенным на одном валу с колесом насоса, и колес-роликов, установленных на других концах осей и сопряженных с меньшей ступенью дополнительно установленных промежуточных ступенчатых шестерен-роликов, при этом большие ступени промежуточных ступенчатых шестерен-роликов сопряжены с шестерней, установленной на роторе турбодетандера,роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина,каз 1269 Тираж ВНИИПИ Государственного комит 113035, МоскваПодписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС