ВИНТОВОЙ КОМПРЕССОР
SCREW COMPRESSOR

Изобретение относится к области компрессоростроения, а именно к винтовым компрессорам.
Известен винтовой компрессор, содержащий корпус с рабочей камерой и полостями для всасывания и нагнетания газа, ведущий и ведомый роторы, находящиеся в зацеплении и вращающиеся на опорных подшипниках, элементы компенсации осевых сил, состоящие из двух радиально-упорных шариковых подшипников качения, установленных на роторы через дистанционное кольцо между внутренними обоймами, и устройства создания осевого натяга. Один подшипник воспринимает осевую нагрузку от действия газовых сил, второй подшипник («страховочный») воспринимает осевую нагрузку в направлении, обратном действию осевых газовых сил, и фиксирует роторы в определенном осевом направлении. Подшипники установлены в корпус компрессора с зазором по наружному диаметру с целью восприятия только осевых нагрузок. Предварительный осевой натяг в элементе компенсации осевых сил, а также необходимая величина осевой нагрузки на «страховочный» подшипник обеспечивается тарельчатой пружиной [Двухроторные винтовые и прямозубые компрессоры. Теория, расчет и проектирование / И.Г.Хисамеев, В.А.Максимов. Изд-во «ФЭН», Казань, 2000 г. [1], с.20].
В общем случае в винтовом компрессоре предварительный осевой натяг в радиально-упорных шариковых подшипниках может быть обеспечен различными способами [Подшипники качения. Расчет, проектирование и обслуживание опор. Справочник / Л.Я.Перель - М.: Машиностроение, 1983 г. [2], с.382., 386], заключающимися в обработке колец (втулок) между обоймами подшипников [1, с.21], или в установке пружин сжатия [1, с.20].
Основным недостатком известных технических решений является то, что в процессе эксплуатации осевой натяг не регулируется и не изменяется в зависимости от режима работы компрессора, что приводит к уменьшению натяга и появлению зазора между наружной обоймой «страховочного» подшипника и шариками. В результате этого нарушаются условия качения шариков по дорожкам в обоймах «страховочного» подшипника, повышается температура подшипника и элемента компенсации осевых сил в целом, увеличиваются потери мощности на трение в подшипниках, увеличивается потребляемая мощность, и снижается КПД компрессора, кроме этого снижается ресурс работы подшипников, что приводит к снижению надежности и долговечности компрессора в целом. Другим недостатком является низкая эффективность применения только осевого натяга, т.к. известно, что эффективность работы радиально-упорных шариковых подшипников значительно выше при радиально-осевом натяге.
Известное техническое решение [1, с.20] является наиболее близким к предложенному.
Технический результат изобретения - повышение эффективности работы элемента компенсации осевых сил и, как следствие, повышение КПД, надежности и долговечности винтового компрессора.
Технический результат достигается тем, что в винтовом компрессоре, содержащем корпус с рабочей камерой и полостями для всасывания и нагнетания газа, установленные в корпусе ведущий и ведомый роторы, находящиеся в зацеплении с возможностью вращения на опорных подшипниках, элементы компенсации осевых сил, состоящие из двух радиально-упорных шариковых подшипников качения, установленных на роторах через дистанционные кольца между внутренними обоймами указанных подшипников, и устройства создания натяга, согласно предложению каждое устройство создания натяга выполнено в виде сегментной нагрузочной колодки, упирающейся в, по меньшей мере, одну из наружных обойм радиально-упорных шариковых подшипников и установленной в корпусе компрессора с образованием нагрузочной полости, предназначенной для сообщения с источником давления.
В одном варианте выполнения устройство создания натяга каждая сегментная нагрузочная колодка упирается в обе наружные обоймы радиально-упорных шариковых подшипников, воспринимающих осевые нагрузки в обоих направлениях.
В другом варианте каждая сегментная нагрузочная колодка упирается в наружную обойму радиально-упорного шарикового подшипника, воспринимающего осевые нагрузки в направлении, обратном действию осевых газовых сил.
В третьем варианте сегментные нагрузочные колодки установлены со стороны, противоположной действию радиальных газовых сил.
В четвертом варианте сегментные нагрузочные колодки установлены со стороны действия радиальных газовых сил.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг.1 представлено продольное сечение винтового компрессора;
на фиг.2 - поперечное сечение А-А на фиг.1;
на фиг.3 - выносной элемент Б на фиг.1;
на фиг.4 - вид В на фиг.1;
на фиг.5 показан вариант исполнения устройства создания натяга, сегментные нагрузочные колодки которого упираются в наружные обоймы радиально-упорных шариковых подшипников, воспринимающих осевые нагрузки в направлении, обратном действию осевых газовых сил;
на фиг.6 показан вариант исполнения винтового компрессора с элементами компенсации осевых сил, установленными на консолях ведущего и ведомого роторов;
на фиг.7 - поперечное сечение Д-Д на фиг.6.
1
2
1
2
1
2
1
2
H
Винтовой компрессор, показанный на фиг.1-4, содержит корпус 1 с рабочей камерой и полостями для всасывания и нагнетания газа, ведущий 2 и ведомый 3 роторы, находящиеся в зацеплении и вращающиеся на опорных подшипниках 4, 5, элементы компенсации осевых сил, расположенные вблизи подшипников 4, 5. Элементы компенсации осевых сил состоят из радиально-упорных шариковых подшипников 6, 7, расположенных между ними дистанционных колец 8, колец 9, расположенных между корпусом и торцом наружной обоймы каждого подшипника 7, устройств создания натяга. Устройство создания натяга содержит сегментную нагрузочную колодку 10 и уплотнительный элемент 11, расположенный между наружной поверхностью нагрузочной колодки 10 и корпусом 1. Сегментная нагрузочная колодка 10 установлена в расточку корпуса 1 со стороны, противоположной действию радиальных газовых сил Q(Q), и в варианте на фиг.1 упирается в наружные обоймы подшипников 6, 7. При этом между наружной поверхностью колодки 10, внутренней поверхностью расточки корпуса 1 и внутренней поверхностью уплотнительного элемента 11 образуется герметичная нагрузочная полость Г площадью F(F), вектор нагрузки которой R(R) направлен против действия радиальных газовых сил Q(Q). Нулевой осевой зазор в подшипниках 6, 7 обеспечивается обработкой кольца 9. Нагрузочные полости Г сообщены с источником давления (газ или масло, находящиеся под давлением нагнетания Р).
Особенностью варианта винтового компрессора на фиг.5 является то, что сегментные нагрузочные колодки 10 упираются только в наружные обоймы радиально-упорных шариковых подшипников 7, воспринимающие осевые нагрузки в направлении, обратном действию осевых газовых сил.
1
2
В конструкции винтового компрессора на фиг.6 элементы компенсации осевых сил установлены на консолях ведущего и ведомого роторов. При этом для уменьшения перекоса в подшипниках 6, 7 из-за прогиба роторов сегментные нагрузочные колодки 10 установлены со стороны действия радиальных газовых сил Q(Q) (фиг.7).
Винтовой компрессор работает следующим образом. Газ через всасывающий патрубок корпуса компрессора 1 поступает в рабочую камеру, образованную винтовыми поверхностями сопряженных впадин роторов 2, 3 и поверхностями расточки корпуса 1, и сжимается за счет уменьшения ее объема. В момент определенный необходимыми параметрами рабочего процесса газ через окно нагнетания вытесняется из компрессора.
1
2
H
1
2
1
2
H
1
H
1
2
H
2
H
1
2
1
2
1
2
1
2
В момент пуска компрессора возникают осевые силы, направленные против осевых газовых сил P(P), которые воспринимаются подшипниками 7. Далее, по мере набора давления Р, появляются осевые газовые силы P(P), которые воспринимаются подшипниками 6, и радиальные газовые силы Q(Q), которые воспринимаются подшипниками 4, 5, при этом осевая нагрузка на подшипники 7 исчезает. Одновременно с набором давления Р возникают радиальные нагрузочные силы R=P·F(R=P·F), которые нагружают подшипники 6, 7 (для компрессора по фиг.5 - только подшипники 7). При изменении режима работы компрессора (изменении Р) пропорционально уменьшаются и радиальные нагрузки R(R) на подшипники 6, 7. При возникновении сил R(R) происходит разгрузка подшипников 4, 5 от радиальных газовых сил Q(Q). При действии радиальных нагрузочных сил R(R) в радиально-упорных шариковых подшипниках 6, 7 возникает осевая сила, которая обеспечивает осевой натяг в этих подшипниках.
1
2
В винтовом компрессоре по фиг.6, 7 нагрузочные силы R(R) препятствуют перекосу в подшипниках 6, 7.
Применение предлагаемой конструкции устройства создания натяга позволит радиально-упорным шариковым подшипникам качения при работе компрессора постоянно находиться под необходимой нагрузкой, которая обеспечивает нормальную работу подшипников (приблизительно 10% от динамической грузоподъемности), при этом постоянно обеспечивается необходимый осевой натяг.
Таким образом, предлагаемая конструкция винтового компрессора позволяет повысить КПД, надежность и долговечность компрессора за счет создания нормальных условий работы радиально-упорных шариковых подшипников и обеспечения разгрузки опорных подшипников.