Турбоэкспандер

Турбоэкспандер относится к энергомашиностроению и может применяться при создании миниэлектростанций для выработки электроэнергии, а также для непосредственного привода механизмов, например, насоса для полива плантации. Устройство содержит два находящихся в зацеплении между собой зубчатых колеса, расположенных каждое на своем валу и установленных в корпусе на опорах скольжения. В корпусе имеются отверстия для входа и выхода рабочего тела, в нашем случае пара. Каждая опора скольжения имеет в своем составе лабиринтно-винтовой насос для подачи смазывающей жидкости, в нашем случае воды, в радиальный зазор между подшипником и цапфой. Вода после опоры под давлением направляется в полость, к которой примыкает торцевая поверхность зубчатого колеса, и далее в зазор между торцевой поверхностью зубчатого колеса и подпятником. Протекая через упомянутый зазор в проточную часть, вода запирает зазор от утечек пара из проточной части турбоэкспандера, благодаря чему увеличивается коэффициент полезного действия последнего. Для исключения контактных напряжений (на зубьях зубчатых колес) установлены полумуфты для съема мощности на обоих валах.

Турбоэкспандер относится к энергомашиностроению и может применяться при создании миниэлектростанций для выработки электроэнергии, а также для непосредственного привода механизмов, например, водяных насосов для полива плантаций. Энергию получают за счет подачи сжатого газа или пара на вход в турбоэкспандер.

Известны турбоэкспандеры, содержащие по меньшей мере два находящихся в зацеплении между собой зубчатых колеса, закрепленных каждое на своем валу (либо выполненных зацело с валом) и установленных в корпусе на опорах; и имеющие на одном из валов устройство для съема мощности, см. [1] - прототип.

Однако, между торцами зубчатых колес и корпуса через осевые зазоры происходят непроизводительные утечки рабочего тела (сжатого газа или пара), что приводит к снижению коэффициента полезного действия (КПД) турбоэкспандера.

Задачей устройства является увеличение КПД устройства путем исключения, или снижения, непроизводительных утечек рабочего тела через торцевые зазоры между зубчатыми колесами и корпусом.

Эта задача решается следующими нововведениями. Валы зубчатых колес установлены в корпусе на опорах скольжения, каждая из которых имеет в своем составе в качестве средства подачи смазывающей жидкости в радиальный зазор между подшипником и цапфой вала лабиринтно-винтовой насос, выходная кольцевая полость которого непосредственно примыкает к радиальному зазору между подшипником и цапфой вала. А выход из радиального зазора соединен с полостью, к которой примыкает торцевая поверхность зубчатого колеса, образующая с подпятником, прикрепленном к корпусу, осевой зазор. В качестве смазывающей жидкости используется сжиженное рабочее тело, которое запирает собой после выхода из опоры скольжения торцевой зазор между зубчатым колесом и подпятником.

Перечисленные нововведения дают следующий технический результат: исключаются, или снижаются, непроизводительные утечки рабочего тела через торцевые зазоры между зубчатыми колесами и корпусом (либо подпятниками, прикрепленными к корпусу).

Предлагаемое устройство поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен продольный разрез, а на фиг.2 поперечный разрез турбоэкспандера. Стрелками ВХОД и ВЫХОД обозначены отверстия входа в турбоэкспандер и выхода из турбоэкспандера рабочего тела, кривыми стрелками обозначено направление вращения зубчатых колес.

Турбоэкспандер содержит зубчатые колеса 1 и 2 (см. фиг.1 и фиг.2) и корпус 3. Зубчатые колеса 1 и 2 установлены на валах соответственно 4 и 5. На валах 4 и 5 установлены также по две цапфы 6 и по две

вращающиеся винтовые втулки 7. На валу 4 имеется устройство для съема мощности в виде полумуфты 8. Для обеспечения собираемости корпус 3 имеет разъем 9. В расточках 10 корпуса 3 установлены подшипники 11 против цапф 6 валов 4 и 5. А против вращающихся винтовых втулок 7 установлены в корпусе 3 неподвижные винтовые втулки 12. Каждая пара из вращающейся винтовой втулки 7 и расположенной концентрично ей с радиальным зазором А неподвижной винтовой втулки 12 образует лабиринтно-винтовой насос. Каждая цапфа 6 и расположенный против нее подшипник 11 образуют радиальный зазор Б между трущимися поверхностями, который примыкает к полости 13. К полости 13 примыкает также торцевая поверхность 14 зубчатого колеса 1. В расточках 15 против торцев зубчатых колес 1 и 2 к корпусу 3 прикреплены подпятники 16 и 17 из антифрикционного материала. Для подвода смазывающей жидкости к лабиринтно-винтовым насосам на торцах корпуса 3 имеются крышки 18 и 19 со штуцерами 20.

На валу 5, наряду с имеющейся полумуфтой 8, расположенной на валу 4, может быть установлена полумуфта 21 для съема мощности и исключения контактных напряжений на зубьях зубчатых колес 1 и 2.

В работе рабочее тело (пар) входит в турбоэкспандер через отверстие ВХОД, проходит по впадинам вращающихся зубчатых колес 1 и 2 проточную часть турбоэкспандера, преобразуя энергию давления пара в механическую энергию вращения на зубчатых колесах 1 и 2, и выходит через отверстие ВЫХОД.

Для смазки опор скольжения (в состав опоры скольжения входят подшипник 11, цапфа 6, лабиринтно-винтовой насос, образованный вращающейся винтовой втулкой 7 и неподвижной винтовой втулкой 12) используется в нашем случае вода. Вода подается по штуцеру 20 в полость 22. Из полости 22 вода поступает в радиальный зазор A и B винтовую нарезку винтовых втулок и далее поступает в радиальный зазор Б. Из радиального зазора Б вода попадает под давлением в полость 13. И далее попадает в зазор между торцем зубчатого колеса 1 и подпятником 16 и проходит в проточную часть турбоэкспандера, препятствуя утечкам рабочего тела (пара). Вместе с отработавшим паром вода через отверстие ВЫХОД выходит из турбоэкспандера. Аналогичным образом производится смазка остальных трех опор.

Источники информации.

1 Волков Э.П., Поливода А.И., Поливода Ф.А. «Каталитические электростанции с турбоэксгаустерами». Вестник АН РФ, 2002 г., №1. Стр.3...32.

1. Турбоэкспандер, содержащий, по меньшей мере, два находящихся в зацеплении между собой зубчатых колеса, ограниченных в осевом направлении подпятниками и закрепленных, каждое, на своем валу (либо выполненных зацело с валом) и установленных в корпусе на опорах скольжения с подшипником и цапфой каждая; и имеющий на одном из валов устройство для съема мощности, отличающийся тем, что опоры скольжения (каждая) имеют встроенный лабиринтно-винтовой насос, образованный вращающейся и неподвижной винтовыми втулками, радиальный зазор между которыми примыкает к радиальному зазору между подшипником и цапфой, а выход из радиального зазора между подшипником и цапфой соединен с полостью, к которой примыкает торцевая поверхность зубчатого колеса, образующая вместе с подпятником, прикрепленным к корпусу, осевой зазор.

2. Турбоэкспандер по п.1, отличающийся тем, что он имеет устройства для съема мощности на каждом валу.