Турбокомпрессор-детандер

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к турбокомпрессорам-детандерам малой производительности для перекачки горячей загрязненной газовоздушной смеси и охлаждения воздуха в системе кондиционирования и очистки воздуха транспортного средства. Турбокомпрессор-детандер содержит корпус с установленным внутри него на подшипниках качения валом с закрепленными на его концах рабочими колесами компрессора и турбины-детандера. Подшипники выполнены с консистентной смазкой. Подшипниковый узел со стороны компрессора установлен с зазором относительно корпуса. Зазор разделен перегородкой из теплоизоляционного материала на две полости, при этом полость со стороны подшипникового узла сообщена с атмосферой и с выходом турбины-детандера для охлаждения подшипника частью потока охлажденного воздуха. Полость со стороны компрессора выполнена герметичной с возможностью выполнения функции теплового экрана. Техническим результатом является упрощение и снижение габаритов конструкции турбокомпрессора-детандера и обеспечение при этом нормальных температурных условий работы подшипников. 1 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к холодильной технике, в частности к турбокомпрессорам-детандерам малой производительности для перекачки горячей загрязненной газовоздушной смеси и охлаждения воздуха в системе кондиционирования и очистки воздуха транспортного средства.

Известен турбохолодильник, содержащий масляный картер и установленные в нем подшипники вала с расположенными на нем рабочими колесами турбины и компрессора, выполненные в корпусе подшипников продольные каналы для охлаждающего воздуха и входной патрубок турбины с сопловым аппаратом [Авторское свидетельство СССР №172952, кл. F04D 29/58, 1964 г.].

Недостатком известного турбохолодильника является то, что температура охлаждающего воздуха в течение работы повышается, так как часть охлаждающего воздуха циркулирует по замкнутому контуру, что снижает эффективность охлаждения корпуса подшипников.

В качестве прототипа выбран турбовентилятор, содержащий масляный картер и установленные в нем подшипники вала с расположенными на нем рабочими колесами турбины и вентилятора, выполненные в корпусе подшипников продольные каналы для охлаждающего воздуха, причем картер расположен во входном патрубке турбины, имеющем эксцентричный кольцевой канал для подвода воздуха к сопловому аппарату турбины [Авторское свидетельство СССР №172952, кл. F04D 29/58, 1964 г.].

Недостатком известного устройства является сложность конструкции и большие габариты из-за наличия сложного и громоздкого масляного картера, а также невозможность использования турбовентилятора для перекачки горячей загрязненной газовоздушной смеси и охлаждения воздуха в системе кондиционирования и очистки воздуха транспортного средства из-за возможности попадания загрязненной газовоздушной смеси и капель масла в магистраль чистого охлажденного воздуха.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является упрощение и снижение габаритов конструкции турбокомпрессора-детандера за счет использования в нем компактных высокооборотных подшипников качения с консистентной смазкой и обеспечения при этом нормальных температурных условий работы подшипников.

Поставленная задача решается тем, что в турбокомпрессоре-детандере, преимущественно для перекачки горячей загрязненной газовоздушной смеси и охлаждения воздуха в системе кондиционирования и очистки воздуха транспортного средства, содержащем корпус с установленным внутри него на подшипниках качения валом с закрепленными на его концах рабочими колесами компрессора и турбины-детандера, согласно изобретению подшипники выполнены с консистентной смазкой, подшипниковый узел со стороны компрессора установлен с зазором относительно корпуса, зазор разделен перегородкой из теплоизоляционного материала на две полости, при этом полость со стороны подшипникового узла сообщена с атмосферой и с выходом турбины-детандера с возможностью охлаждения подшипника частью потока охлажденного воздуха, а полость со стороны компрессора выполнена герметичной с возможностью выполнения функции теплового экрана.

Для улучшения охлаждения подшипников на торце подшипникового узла со стороны перегородки выполнено оребрение.

Для интенсификации охлаждения за счет создания турбулизации воздушного потока оребрение выполнено в виде концентрических кольцевых выступов.

Сопоставительный анализ предлагаемого турбокомпрессора-детандера с прототипом и с другими решениями в данной области техники показывает, что изложенная в патентной формуле совокупность признаков не известна из существующего уровня техники, на основании чего можно сделать вывод о его соответствии критерию изобретения «новизна».

При этом изложенная в формуле совокупность признаков не следует явным образом для специалиста из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения критерию изобретения «изобретательский уровень».

Соответствие предлагаемого решения критерию изобретения «промышленная применимость» видно из ниже приведенного примера конкретного выполнения турбокомпрессора-детандера.

Предлагаемое изобретение иллюстрировано чертежом, на котором схематично представлен в турбокомпрессор-детандер в разрезе.

Перечень обозначений на чертеже:

1 - корпус;

2 - подшипник;

3 - вал;

4 - рабочее колесо компрессора;

5 - рабочее колесо турбины-детандера;

6 - компрессор;

7 - турбина-детандер;

8 - подшипниковый узел;

9 - перегородка;

10, 11 - полость;

12 - канал.

Турбокомпрессор-детандер содержит корпус 1 с установленными внутри него на подшипниках 2 валом 3 с закрепленными на его концах рабочими колесами 4, 5 компрессора 6 и турбины-детандера 7 соответственно. Подшипники 2 выполнены с консистентной смазкой и закреплены в подшипниковом узле 8. Подшипниковый узел 8 со стороны компрессора 6 установлен с зазором относительно корпуса 1. При этом зазор разделен перегородкой 9 из теплоизоляционного материала на две полости 10 и 11. Полость 10 со стороны подшипникового узла 8 сообщена с атмосферой и с выходом турбины-детандера 7 с возможностью охлаждения подшипников 2 частью потока охлажденного воздуха. Полость 11 со стороны компрессора 6 выполнена герметичной с возможностью выполнения функции теплового экрана. Для прохода воздуха в полость 10 в узле 8 выполнены каналы 12.

Работа турбокомпрессора-детандера происходит следующим образом.

Рабочий чистый воздух, проходя через турбину-детандер 7, вращает рабочее колесо 5 и охлаждается. Через вал 3 вращение от колеса 5 передается на рабочее колесо 4 компрессора 6, осуществляющего перекачку горячей и загрязненной газовоздушной смеси. Часть потока охлажденного воздуха (порядка 10%) с выхода турбины-детандера 7 подается в полость 10, охлаждает подшипники 2 и препятствует попаданию возможных утечек загрязненной газовоздушной смеси через подшипниковый узел 8 в турбину-детандер 7 (магистраль чистого воздуха). Наличие между подшипниковым узлом 8 и компрессором 6 перегородки 9 и воздушной полости 11 обеспечивает теплоизоляцию подшипникового узла 8 со стороны горячего компрессора 6.

Использование изобретения позволяет существенно улучшить массогабаритные характеристики турбокомпрессора-детандера и упростить его конструкцию. Наличие теплоизоляции и воздушного охлаждения подшипникового узла обеспечивает нормальные условия для длительной работы подшипников качения с консистентной смазкой.

1. Турбокомпрессор-детандер, преимущественно для перекачки горячей загрязненной газовоздушной смеси и охлаждения воздуха в системе кондиционирования и очистки воздуха транспортного средства, содержащий корпус с установленным внутри него на подшипниках качения валом с закрепленными на его концах рабочими колесами компрессора и турбины-детандера, отличающийся тем, что подшипники выполнены с консистентной смазкой, подшипниковый узел со стороны компрессора установлен с зазором относительно корпуса, зазор разделен перегородкой из теплоизоляционного материала на две полости, при этом полость со стороны подшипникового узла сообщена с атмосферой и с выходом турбины-детандера для охлаждения подшипника частью потока охлажденного воздуха, а полость со стороны компрессора выполнена герметичной с возможностью выполнения функции теплового экрана.

2. Турбокомпрессор-детандер по п.1, отличающийся тем, что на торце подшипникового узла со стороны перегородки выполнено оребрение.

3. Турбокомпрессор-детандер по п.2, отличающийся тем, что оребрение выполнено в виде концентрических кольцевых выступов.