ТУРБОДЕТАНДЕРНЫЙ АГРЕГАТ
TURBO-EXPANDER SET

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к комбинированным системам нагрева и охлаждения.
Известен турбодетандерный агрегат, включающий силовой наружный корпус и внутренний корпус, в котором установлен общий для компрессорной и турбинной ступеней вал, причем силовой наружный корпус с элементами внутреннего корпуса образует четыре последовательно расположенные камеры: камеру входа газа в компрессор, камеру выхода газа из компрессора, камеру выхода газа из турбины и камеру входа газа в турбину (см. патент RU 2200916, кл. F25B 11/00, опубл. 20.03.2003).
Недостатками известного устройства являются большие нагрузки на вал и относительно небольшая критическая частота вращения.
Задачей данного изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в повышении эффективности и работоспособности агрегата.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в турбодетандерном агрегате, включающем силовой наружный корпус и внутренний корпус, в котором установлен общий для компрессорной и турбинной ступеней вал, силовой наружный корпус с элементами внутреннего корпуса образует четыре последовательно расположенные камеры: камеру выхода газа из компрессора, камеру входа газа в компрессор, камеру входа газа в турбину и камеру выхода газа из турбины, а ось вала, совпадающая с осью расточки силового корпуса, расположена вертикально, причем силовой наружный корпус выполнен в виде единой детали, образующей полость, закрытую в верхней части крышкой, при этом камера выхода газа компрессорной ступени расположена непосредственно под указанной крышкой.
На фиг.1 представлено поперечное сечение предлагаемого агрегата;
на фиг.2 - его общий вид.
Турбодетандерный агрегат содержит силовой наружный корпус 1, выполненный в виде единой детали, которая образует полость с крышкой 2 в верхней части, и внутренний корпус 3. В корпусе 3, представляющем собой единый монтажный и рабочий узел, установлен общий для компрессорной 4 и турбинной 5 ступеней вал 6, установленный на радиальных 7 и осевых 8 подшипниковых опорах, ось которого совпадает с осью расточки силового корпуса 1 и расположена вертикально. Радиальная 7 и осевая 8 подшипниковые опоры закреплены в верхней и нижней частях внутреннего корпуса 3. Силовой корпус 1 с элементами внутреннего корпуса 2 образует четыре камеры, последовательно расположенные сверху вниз в следующем порядке: камеру выхода газа из компрессора 9, камеру входа газа в компрессор 10, камеру входа газа в турбину 11 и камеру выхода газа из турбины 12.
Указанное расположение камер уменьшает теплопотоки между ступенями. Дело в том, что наиболее горячим в турбодетандерном агрегате является поток газа на выходе из компрессора, а наиболее холодным - поток газа на выходе из турбины. Если камера выхода из компрессора является смежной с камерой входа или выхода из турбины, то теплоприток в газ турбины через корпус и разделительные стенки камер является максимальным. Это приводит к снижению холодопроизводительности и, следовательно, эффективности. Расположение выходной камеры компрессора с внешней стороны корпуса приводит к уменьшению подвода тепла к газу турбины и увеличению его радиации в атмосферу, температура которой ниже температуры газа на выходе из компрессора. Расположение камеры входа газа в компрессор рядом с камерой входа в турбину прерывает теплопереток от компрессора к турбине.
Предлагаемый агрегат работает следующим образом.
Газ из напорной магистрали поступает на вход в турбинную ступень 5. При расширении газа в турбине его температура и давление понижается. Расширенный и охлажденный газ поступает в (отводящую магистраль) теплообменное или сепарационное оборудование, где используется выработанный турбиной холод для технологии охлаждения газа. Мощность, вырабатываемая турбиной, идет на привод кинетически связанной с ней компрессорной ступени 4, где газ сжимается, после чего охлаждается с помощью внешних устройств и поступает в отводящую магистраль. В зависимости от используемой технологической схемы компрессор может располагаться как на линии входа, так и на линии выхода газа из агрегата. Вертикальная установка ротора приводит к существенному уменьшению нагрузки (пульсирующей на каждый оборот) на радиальные подшипники и, следовательно, позволяет повысить критическую частоту вращения (в 4-10 раз по сравнению с горизонтальной установкой). Кроме того, уменьшаются потери на трение и затраты электроэнергии, снижается выработка радиальных уплотнений вала и улучшается его динамика (раскачка). Выполнение силового корпуса в виде единой детали упрощает монтаж, так как благодаря самоцентровке при вставке внутреннего корпуса отпадает необходимость в специальных приспособлениях.