Винтовая расширительная машина
Изобретение относится к устройству винтовых расширительных машин, работающих на паре или на природном газе и применяемых для привода, например, электрогенераторов. Винтовая расширительная машина содержит корпус высокого давления (КВД) с впускным патрубком для подачи газа высокого давления и корпус низкого давления (КНД) с выпускным патрубком для выхода отработанного газа низкого давления, ведущий и ведомый роторы, параллельно установленные в попарно размещенных в КВД и КНД подшипниках, связанные между собой при помощи синхронизирующих шестерен и имеющие в своей средней части винтовые зубья, находящиеся в зацеплении. КВД и КНД соединены между собой в плоскости разъема, проходящей по торцам высокого давления винтовых зубьев перпендикулярно осям роторов. Ведущий и ведомый роторы снабжены разгрузочными поршнями, размещенными в КВД. Торцы поршней, обращенные к винтовым зубьям, сообщены с впускным патрубком, а противоположные торцы - с выпускным патрубком. В плоскости разъема КВД и КНД установлено днище с отверстиями для валов роторов, впускным окном и двумя соосными центрирующими поясками, расположенными по периметру днища, причем один поясок сопряжен с КВД, а другой - с КНД. Увеличивается ресурс винтовой машины за счет уменьшения осевых сил, действующих на роторы, повышается уровень технологичности ее изготовления и ремонтопригодности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области энергетического машиностроения, конкретно к устройству винтовых расширительных машин, работающих на паре или на природном газе и применяющихся для привода, например, электрогенераторов.
Известна винтовая расширительная машина, содержащая корпус высокого давления (КВД) с впускным патрубком для подачи газа высокого давления и корпус низкого давления (КНД) с выпускным патрубком для выхода отработанного газа низкого давления, в КВД и КНД попарно размещены подшипники, в которых установлены параллельно ведущий и ведомый роторы, связанные между собой при помощи синхронизирующих шестерен и имеющие в своей средней части винтовые зубья, находящиеся в зацеплении, КВД и КПД соединены между собой по плоскости разъема, проходящей по торцам высокого давления винтовых зубьев перпендикулярно осям роторов (см., например, патент СССР №1838632, F01C 1/16, 1993).
Недостатками этой винтовой машины являются большие осевые усилия, действующие на подшипники и соответственно уменьшающие ресурс машины, а также технологические сложности ее изготовления. КНД и КВД обрабатываются на расточном станке отдельно друг от друга, а затем при сборке центрируются, например, при помощи штифтов. При этом трудно обеспечить высокую точность центровки (соосности) обоих корпусов, что ведет к ухудшению качества винтовой машины, которая очень чувствительна к зазорам между рабочими органами.
Ремонтопригодность этой машины невысока, поскольку процесс сборки усложнен, кроме того, затруднен контроль величины зазоров между роторами и между роторами и корпусами.
Задачей изобретения является увеличение ресурса винтовой машины за счет уменьшения осевых сил, действующих на роторы, повышение уровня технологичности ее изготовления и ремонтопригодности.
Указанная задача решается тем, что в винтовой расширительной машине, содержащей КВД с впускным патрубком для подачи газа высокого давления и КНД с выпускным патрубком для выхода отработанного газа низкого давления, ведущий и ведомый роторы, параллельно установленные в попарно размещенных в КВД и КНД подшипниках, связанные между собой при помощи синхронизирующих шестерен и имеющие в своей средней части винтовые зубья, находящиеся в зацеплении, причем КВД и КНД соединены между собой в плоскости разъема, проходящей по торцам высокого давления винтовых зубьев перпендикулярно осям роторов, согласно изобретению ведущий и ведомый роторы снабжены разгрузочными поршнями, размещенными в КВД, причем торцы поршней, обращенные к винтовым зубьям, сообщены с впускным патрубком, а противоположные торцы - с выпускным патрубком, и в плоскости разъема КВД и КНД установлено днище с отверстиями для валов роторов, впускным окном и двумя соосными центрирующими поясками, расположенными по периметру днища, причем один поясок сопряжен с КВД, а другой - с КНД.
Указанная задача решается также тем, что КВД и КНД дополнительно могут иметь общую плоскость разъема, проходящую через оси обоих роторов.
Конструкция винтовой расширительной машины представлена на фиг.1, 2, где на фиг.1 изображен разрез по вертикальной плоскости, проходящей через ось ведущего ротора, на фиг.2 изображен разрез по горизонтальной плоскости разъема машины, проходящей через оси обоих роторов.
Винтовая машина содержит КВД 1 с впускным патрубком 2, КНД 3 с выпускным патрубком 4, ведущий 5 и ведомый 6 роторы. В КВД и в КНД попарно установлены опорные подшипники 7 роторов. В КВД установлены 2-сторонние упорные подшипники 8, воспринимающие осевую нагрузку на роторы. Ведущий и ведомый роторы 5, 6 имеют в средней своей части винтовые зубья 9, находящиеся в зацеплении, кроме того, роторы связаны между собой при помощи синхронизирующих шестерен 10. На обоих роторах установлены разгрузочные поршни 11, торцы которых, обращенные к винтовым зубьям, сообщены с впускным патрубком 2, а противоположные торцы - с выпускным патрубком 4. В плоскости 12 разъема КВД и КНД, проходящей по торцам высокого давления винтовых зубьев перпендикулярно осям роторов, установлено днище 13, имеющее два соосных центрирующих пояска 14 и 15, расположенных по периметру днища. Поясок 14 сопряжен с КВД, а поясок 15 - с КНД. В днище 13 выполнены отверстия для валов роторов и впускное окно 16 для подачи газа высокого давления из впускного патрубка 2 к винтовым зубьям 9 роторов. Масляные полости опорных подшипников 7 отделены от рабочих полостей машины при помощи торцевых уплотнений 17. КВД и КНД имеют общую плоскость 18 разъема, проходящую через оси обоих роторов.
Работа винтовой машины происходит следующим образом. Газ высокого давления через впускной патрубок 2 и впускное окно 16 поступает к винтовым зубьям 9 роторов и расширяется между ними, совершая механическую работу. Выходная мощность машины передается внешнему потребителю, например электрогенератору, через выводной конец ведущего ротора. Отработанный газ низкого давления удаляется из машины через выпускной патрубок 4. При поступлении газа высокого давления к винтовым зубьям 9 на их торцах возникает осевое усилие, действующее на каждый ротор в сторону КНД. Газ высокого давления воздействует также на разгрузочные поршни 11 на роторах с усилием, направленным в сторону КВД. В результате суммарные осевые усилия на роторы, воспринимаемые упорными подшипниками 8, уменьшаются, что благоприятно с точки зрения повышения ресурса машины.
При сборке машины наличие на днище 13 двух соосных центрирующих поясков 14 и 15 обеспечивает абсолютно точную центровку (соосность) КВД и КНД. В результате качество сборки машины повышается, а следовательно, улучшаются показатели ее эффективности и надежности. Наличие общей плоскости 18 разъема КВД и КНД позволяет при сборке контролировать зазоры между рабочими органами машины, облегчает процессы сборки и разборки и улучшает тем самым ремонтопригодность машины.
Таким образом, конструкция данной винтовой машины обеспечивает увеличение ресурса, высокую технологичность изготовления и хорошую ремонтопригодность.
1. Винтовая расширительная машина, содержащая корпус высокого давления (КВД) с впускным патрубком для подачи газа высокого давления и корпус низкого давления (КНД) с выпускным патрубком для выхода отработанного газа низкого давления, ведущий и ведомый роторы, параллельно установленные в попарно размещенных в КВД и КНД подшипниках, связанные между собой при помощи синхронизирующих шестерен и имеющие в своей средней части винтовые зубья, находящиеся в зацеплении, причем КВД и КНД соединены между собой в плоскости разъема, проходящей по торцам высокого давления винтовых зубьев перпендикулярно осям роторов, отличающаяся тем, что ведущий и ведомый роторы снабжены разгрузочными поршнями, размещенными в КВД, причем торцы поршней, обращенные к винтовым зубьям, сообщены с впускным патрубком, а противоположные торцы - с выпускным патрубком, и в плоскости разъема КВД и КНД установлено днище с отверстиями для валов роторов, впускным окном и двумя соосными центрирующими поясками, расположенными по периметру днища, причем один поясок сопряжен с КВД, а другой - с КНД.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что КВД и КНД дополнительно имеют общую плоскость разъема, проходящую через оси обоих роторов.
