УПЛОТНЕНИЕ РОТОРА КОМПРЕССОРА
COMPRESSOR ROTOR SEAL

Изобретение касается ротора компрессора, в частности для турбокомпрессора, такого как компрессор со встроенным редуктором, имеющего вал-шестерню, включающий в себя несколько расположенных в осевом направлении друг за другом, соединенных друг с другом сегментов, и имеющего составное уплотнение, уплотняющее вал-шестерню.
Компрессоры или, соответственно, устройства, сжимающие текучие среды, используются в различных областях промышленности для разных целей применения, в которых речь идет о компрессии или сжатии текучих сред, а именно (технологических) газов.
Их известными примерами являются турбокомпрессоры для мобильных промышленных целей применения, например, для газотурбинных нагнетателей или для реактивных двигателей, или же для стационарных промышленных целей применения, например, компрессоры со встроенным редуктором или, соответственно, турбокомпрессоры со встроенным редуктором для разделения воздуха.
У такого, по своему принципу действия непрерывно работающего, турбокомпрессора повышение давления (сжатие) текучей среды осуществляется за счет того, что импульс вращения текучей среды от входа к выходу повышается с помощью вращающегося рабочего колеса турбокомпрессора, имеющего радиально распространяющиеся лопатки, установленного на роторе компрессора, посредством вращения этих лопаток. Здесь, т.е. в такой ступени компрессора, давление и температура текучей среды возрастают, в то время как относительная скорость (потока) текучей среды в рабочем колесе или, соответственно, турбинном рабочем колесе падает.
Для достижения как можно более сильного повышения давления или, соответственно, сжатия текучей среды несколько таких ступеней компрессора могут включаться последовательно.
По конструктивным формам турбокомпрессоров различают радиальные и осевые компрессоры.
У осевого компрессора сжимаемая текучая среда, например, технологический газ, например, воздух или двуокись углерода, течет через компрессор в направлении, параллельном оси (осевое направление). У радиального компрессора газ течет в рабочее колесо ступени компрессора в осевом направлении, а затем отводится наружу (радиально, радиальное направление). При этом у многоступенчатых радиальных компрессоров за каждой ступенью необходимо изменение направления потока.
Комбинированные разновидности конструкций осевых и радиальных компрессоров своими осевыми ступенями всасывают большие объемные расходы, которые в последующих радиальных ступенях сжимаются до высоких давлений.
В то время как чаще всего применяются одновальные машины (одновальные турбокомпрессоры), имеющие вал (-шестерню), на котором установлены одно или несколько рабочих колес, далее в качестве роторного узла компрессора также называемый кратко просто ротором компрессора, у (многоступенчатых) турбокомпрессоров со встроенным редуктором (далее также кратко просто компрессоров со встроенным редуктором) отдельные ступени компрессора сгруппированы вокруг большого колеса, причем здесь привод нескольких параллельных валов (-шестерен), на которых установлены по одному или два рабочих колеса (турбинных рабочих колеса, расположенных на свободных концах валов-шестерен), помещенных в реализованные в виде навесных корпусов, осуществляющие приток и отток от ступеней компрессора, устойчивые к давлению спиральные корпуса, в качестве роторного узла компрессора далее также кратко называемых просто роторами компрессора, осуществляется большим, опертым в корпусе ведущим зубчатым колесом, большим колесом.
В устойчивом к давлению спиральном корпусе, т.е. в цилиндрическом отверстии в этом спиральном корпусе, наряду с установленным на валу-шестерне рабочим колесом или, соответственно, ротором компрессора, вставлена спиральная вставка таким образом, что в цилиндрическом отверстии спирального корпуса остается пространство, заключенное между спиральным корпусом и спиральной вставкой, так называемая кольцевая камера, через которую текучая среда, приходящая от рабочего колеса, радиально оттекает через расширяющееся поперечное сечение.
По трубопроводу агрегата, такому как расположенная на спиральном корпусе или, соответственно, на горшке (корпуса) труба напорного патрубка, имеющая расположенный на ней фланец напорного патрубка, текучая среда затем продолжает оттекать от кольцевой камеры из ступени компрессора.
Приток текучей среды в спиральный корпус осуществляется через спиральный всасывающий фланец, выполненный в виде (расположенной на осевом торце) крышки корпуса, который закрывает спиральный корпус в осевом направлении.
Такой компрессор со встроенным редуктором, компрессор со встроенным редуктором фирмы Сименс с наименованием STC-GC, применяемый для разложения воздуха, известен из http://www.energy.siemens.com/hq/de/verdichtung-expansion-ventilation/turboverdichter/getriebeturboverdichter/stc-gc.htm или, соответственно, http://www.energy.siemens.com/hq/de/verdichtung-expansion-ventilation/turboverdichter/getriebeturboverdichter/stc-gv.htm (опубликовано 18.12.2012).
Из US-2011/262284 A1 и US368979A1 известны соответственно построенные роторы радиальных компрессоров.
Вал-шестерня или, соответственно, ротор компрессора, на котором установлено рабочее колесо, во избежание/для снижения потерь давления в ступени компрессора и/или для предотвращения вытекания (при известных обстоятельствах опасного) технологического газа из ступени компрессора (утечки), требует уплотнения между сжимаемым технологическим газом (внутри ступени компрессора) и окружающей областью снаружи, которое должно удовлетворять различным требованиям в зависимости от вида технологического газа и давления технологического газа (уплотняемое давление).
Известно применение для такого уплотнения расположенных на валу-шестерне уплотнений, имеющих вращающиеся вместе с валом- шестерней и/или не вращающиеся/неподвижные уплотнительные элементы, такие как лабиринтные уплотнения или газонепроницаемые уплотнения.
Лабиринтные уплотнения и газонепроницаемые уплотнения, в одинарном или двойном исполнении, достаточно известны.
В частности, в конструкциях роторов компрессоров, имеющих консольные массы рабочего колеса или, соответственно, у консольно опертых рабочих колес, как, в частности, у компрессоров со встроенным редуктором, для уменьшения нагрузок, обусловленных дисбалансом, в частности при высокой частоте вращения ротора, и вызываемых ими повреждений (в частности, у ступеней высокооборотных компрессоров) выполнено по возможности не имеющее зазора центрирование всех конструктивных элементов, вращающихся вместе с роторами компрессора, и благодаря этому могут предотвращаться смещения совместно вращающихся конструктивных элементов относительно оси вращения роторов компрессора или, соответственно, смещение оси вращения вращающихся конструктивных элементов, вызывающие (эксплуатационные) дисбалансы.
Это относится, в частности, также к совместно вращающимся уплотнительным элементам, в частности, также газонепроницаемым уплотнениям, (совместно вращающиеся) массы которых, в частности, могут также иметь порядки величин, релевантные для масс рабочего колеса.
Но, в частности, в газонепроницаемых уплотнениях, имеющих вращающиеся уплотнительные элементы, центрирование вращающихся уплотнительных элементов возможно только посредством жестких допусков и/или дополнительных центрирующих элементов. Также соединение вращающихся уплотнительных элементов с их опорными элементами чаще всего не может у них выполняться без зазора, из-за чего при определенных условиях возможно смещение оси вращения вращающихся уплотнительных элементов (эксплуатационный дисбаланс).
В основе изобретения лежит задача, предложить уплотнение ротора компрессора, которое обеспечит надежное уплотнение ротора компрессора, может выполняться конструктивно просто и экономично, а также является простым в монтаже. Кроме того, это уплотнение должно также обеспечивать возможность реализации роторов компрессоров, в частности, роторов высокооборотных компрессоров, по возможности без эксплуатационных дисбалансов.
Эти задачи решаются с помощью роторного узла компрессора, ниже также кратко называемого просто ротором компрессора, с признаками по независимому пункту формулы изобретения.
Ротор компрессора имеет вал-шестерню, включающий в себя несколько расположенных в осевом направлении друг за другом, соединенных друг с другом сегментов, а также составное уплотнение, уплотняющее вал-шестерню, в частности, газонепроницаемое уплотнение.
При этом под «в осевом направлении друг за другом» или, соответственно, «расположенные в осевом направлении друг за другом сегменты вала-шестерни» изобретение подразумевает, что эти сегменты вала-шестерни, по отношению к оси вращения вала-шестерни или, соответственно, ротора компрессора, в осевом направлении этой оси вращения расположены друг относительно друга в непосредственной или же опосредствованной осевой последовательности.
В соответствии с изобретением предусмотрено, что вал-шестерня имеет сегмент рабочего колеса, на котором может иметься/на который может устанавливаться рабочее колесо, соединительный сегмент и зубчатый сегмент, расположенный в осевом направлении между сегментом рабочего колеса и соединительным сегментом.
Сегменты могут представлять собой по существу цилиндрические и/или вращательно-симметричные, относительно оси вращения ротора компрессора/оси вращения вала-шестерни, тела. В частности, зубчатый сегмент может быть выполнен в виде по существу цилиндрического, вращательно-симметричного полого тела.
В соответствии с изобретением зубчатый сегмент на своих двух (осевых) концах имеет по зубчатому венцу, с помощью которого зубчатый сегмент посредством соответствующих ответных зубчатых венцов на (осевых) концах сегмента рабочего колеса и соединительного сегмента удерживается в осевом направлении между сегментом рабочего колеса и соединительным элементом.
При этом под «удерживается посредством - к данному зубчатому венцу - соответствующего ответного зубчатого венца» изобретение подразумевает, что зубчатый венец (на осевом конце сегмента) и ответный зубчатый венец (на осевом конце другого сегмента) находятся в зацеплении друг с другом, благодаря чему получается соединение с геометрическим замыканием для передачи сил и движений между этими двумя сегментами.
Если зубчатый венец и ответный зубчатый венец предусмотрен, например, в виде торцового зубчатого венца или, соответственно, в виде торцового соединения, то при этом зубчатый сегмент может удерживаться в осевом направлении, будучи центрирован без зазора, между сегментом рабочего колеса и соединительным сегментом.
Кроме того, в соответствии с изобретением предусмотрено, что на зубчатом сегменте расположен соединенный с зубчатым сегментом по меньшей мере с силовым замыканием уплотнительный элемент составного уплотнения, например, газонепроницаемого уплотнения.
Упрощенно и образно выражаясь, этот уплотнительный элемент, соединенный с зубчатым сегментом по меньшей мере с силовым замыканием, представляет собой некоторую или ту часть уплотнения, которая (в состоянии эксплуатации) вращается вместе с валом-шестерней или, соответственно, с ротором компрессора.
Образно и упрощенно выражаясь, в соответствии с изобретением предусмотрено, что эта/некоторый вращающаяся/вращающийся часть/элемент составного уплотнения, вследствие указанного соединения по меньшей мере с силовым замыканием, становится такой «составной частью» вала-шестерни, с помощью которой тогда, через зубчатый сегмент, удерживаемый с центрированием без зазора посредством (двухстороннего) зубчатого венца, в частности с помощью этого зубчатого венца, а именно с помощью торцового зубчатого венца, возможно центрирование без зазора вращающейся части/элемента уплотнения.
Дополнительные центрирующие элементы и/или жесткие допуски, как принято в других случаях, благодаря изобретению могут отсутствовать или, соответственно, больше не нужны. Стоимость (конструктивных элементов), вес и/или дополнительные шаги монтажа и/или шаги механической обработки тоже, таким образом, благодаря изобретению отсутствуют или, соответственно, больше не нужны.
Таким образом, изобретение предоставляет надежное, конструктивно простое и выполняемое экономично уплотнение ротора компрессора.
Также с помощью возможного благодаря изобретению, просто реализованного центрирования без зазора (совместно) вращающихся уплотнительных элементов могут предотвращаться эксплуатационные дисбалансы, смещение оси вращения больше не возможно или, соответственно, практически не возможно.
Также благодаря изобретению могут реализовываться более высокие частоты вращения ротора компрессора или, соответственно, турбокомпрессора, имеющего такой ротор компрессора. Таким образом, могут также разрабатываться более производительные турбокомпрессоры.
Также благодаря изобретению могут реализовываться меньшие наружные диаметры (вращающегося) уплотнительного элемента (а также уплотнения или, соответственно, его элементов в целом). Это приводит к более низкой окружной скорости на уплотнительном элементе. Благодаря этому могут, в свою очередь, реализовываться более высокие частоты вращения ротора компрессора.
Предпочтительные усовершенствования изобретения содержатся также в зависимых пунктах формулы изобретения.
По одному из предпочтительных усовершенствований зубчатый венец и/или ответный зубчатый венец выполнены в виде торцового зубчатого венца или, соответственно, торцового соединения. Такой торцевой зубчатый венец/соединение просто в изготовлении, имеет небольшой конструктивный размер и, при возможности разъединения этих двух соединенных с его помощью/им элементов, обеспечивает возможность центрированного без зазора соединения этих элементов.
Особенно предпочтительно уплотняющее вал-шестерню составное уплотнение является газонепроницаемым уплотнением, например, одинарным или двойным газонепроницаемым уплотнением.
По другому предпочтительному усовершенствованию предусмотрено другое уплотнение, дополнительное к составному уплотнению, уплотняющему вал-шестерню, например, лабиринтное уплотнение, которое расположено на зубчатом сегменте. Благодаря этому уплотнительное действие или, соответственно, уплотнение ротора компрессора может дополнительно усиливаться.
Вариант осуществления газонепроницаемого уплотнения и вид и вариант осуществления другого уплотнения могут быть выбраны в зависимости от технологической среды и/или уплотняемого давления.
По другому предпочтительному усовершенствованию предусмотрено, что уплотнительный элемент составного уплотнения, соединенный с зубчатым сегментом по меньшей мере с силовым замыканием, выполнен с зубчатым сегментом с геометрическим замыканием или цельно.
В частности, при цельном исполнении уплотнительного элемента с зубчатым элементом может отсутствовать необходимый в других случаях отдельный конструктивный элемент. Также необходимые в других случаях посадки и/или центрирования при отдельном исполнении уплотнительного элемента больше не нужны. Монтаж ротора компрессора упрощается.
По другому предпочтительному усовершенствованию предусмотрено, что уплотнительный элемент составного уплотнения, соединенный с зубчатым сегментом по меньшей мере с силовым замыканием, имеет по существу радиальную уплотнительную поверхность относительно оси вращения ротора компрессора или, соответственно, вала-шестерни.
Кроме того, здесь может быть предусмотрен другой уплотнительный элемент составного уплотнения, установленный в статоре, расположенном, в частности, на элементе корпуса, в частности, с помощью пружины, по существу с возможностью осевого смещения.
Этот не вращающийся уплотнительный элемент может (тоже) иметь по существу радиальную уплотнительную поверхность, которая в осевом направлении находится напротив по существу радиальной уплотнительной поверхности уплотнительного элемента составного уплотнения, по меньшей мере с силовым замыканием соединенного или, соответственно, вращающегося вместе с зубчатым сегментом.
Упрощенно выражаясь, эта по существу радиальная уплотнительная поверхность вращающегося уплотнительного элемента и по существу радиальная уплотнительная поверхность не вращающегося уплотнительного элемента вследствие осуществляемого пружиной осевого смещения не вращающегося уплотнительного элемента в плотном контакте прилегают друг к другу или образуют, в частности, в случае газонепроницаемого уплотнения, радиальный зазор уплотнения, в котором создается газовая подушка, и при этом осуществляют уплотнение.
При такой радиальной ориентации уплотнительных поверхностей уплотнительных элементов составного уплотнения может, таким образом, также реализовываться небольшой или, соответственно, еще меньший наружный диаметр (вращающегося) уплотнительного элемента (как и уплотнения или, соответственно, его элементов в целом). Это приводит к более низкой окружной скорости на уплотнительном элементе. Благодаря этому могут, в свою очередь, реализовываться более высокие частоты вращения ротора компрессора. Кроме того, при этом может также отсутствовать центрирование или, соответственно, центрирующие элементы, которые в других случаях необходимы у уплотнительных элементов с осевыми друг относительно друга уплотнительными поверхностями; допуски могут оставаться прежними. Уплотнение становится конструктивно проще, экономичнее и может проще монтироваться.
По другому предпочтительному усовершенствованию предусмотрено, что зубчатый сегмент, в частности, выполненный в виде по существу цилиндрического, вращательно-симметричного полого тела, установлен на (цилиндрической) втулке, в частности, уплотненной относительно зубчатого сегмента.
Эта втулка может на одном из осевых концов иметь осевое центрирующее продолжение, которое центрирует втулку, для облегчения монтажа зубчатого сегмента или, соответственно, вала-шестерни/ротора компрессора, относительно другого сегмента вала-шестерни, в частности, относительно соединительного сегмента.
Для этого другой сегмент вала-шестерни или, соответственно, соединительный сегмент на своем обращенном к втулке осевом конце тоже может иметь соответствующее осевое центрирующее продолжение, с помощью которого может осуществляться центрирование втулки и сегмента вала-шестерни или, соответственно, соединительного сегмента.
Чтобы предотвратить отток (технологического) газа через зубчатые венцы зубчатого сегмента, а также через образованные втулкой поверхности контакта (с зубчатым сегментом и/или с другим сегментом вала-шестерни/соединительным сегментом), целесообразно уплотнить втулку относительно зубчатого сегмента и/или втулку относительно другого сегмента вала-шестерни (соединительного сегмента).
Для этого, в частности, могут быть предусмотрены круглые кольца. Для них могут быть предусмотрены соответствующие окружные пазы на наружном периметре втулки (в его соответствующих областях контакта втулки и зубчатого сегмента или, соответственно, втулки и другого сегмента вала-шестерни/соединительного сегмента), в которые вставлены уплотнительные элементы или, соответственно, круглые кольца.
Также может быть предусмотрено, что сегменты вала-шестерни, имеющего несколько расположенных в осевом направлении друг за другом, соединенных друг с другом сегментов, стянуты посредством податливого винта, благодаря чему зубчатый сегмент удерживается, будучи стянут, в осевом направлении между сегментом рабочего колеса и соединительным сегментом, без зазора и с центрированием.
Если в качестве составного уплотнения предусмотрено газонепроницаемое уплотнение, то это газонепроницаемое уплотнение может быть рассчитано на давление газа примерно 3 бар - 5 бар, а также на более высокие давления приблизительно 200 бар - 250 бар, как, например, в случаях применения с двуокисью углерода.
По другому усовершенствованию рабочее колесо оперто консольно. Т.е. установка на опору вала-шестерни или, соответственно, ротора компрессора осуществляется с одной стороны рабочего колеса, вследствие чего расположенное на сегменте рабочего колеса рабочее колесо находится на одном свободном конце вала-шестерни.
Такого рода опоры известны, как правило, у роторов компрессоров ступеней компрессоров со встроенным редуктором (консольная ступень).
Кроме того, предпочтительно может быть предусмотрено, что ротор компрессора применяется в турбокомпрессоре, в частности высокооборотном компрессоре. При этом под «высокооборотным» может пониматься, что частота вращения ротора находится в пределах 20000 об/мин - 40000 об/мин или же выше.
При этом турбокомпрессор может представлять собой одновальный компрессор.
Также турбокомпрессор может представлять собой компрессор со встроенным редуктором. Иначе выражаясь, в другом предпочтительном усовершенствовании ротор компрессора встроен в ступень компрессора со встроенным редуктором.
Данное до сих пор описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения содержит многочисленные признаки, которые в отдельных зависимых пунктах формулы изобретения иногда изложены, будучи объединены несколько вместе. Однако специалист будет рассматривать эти признаки также целесообразным образом по отдельности и объединять в рациональные другие комбинации.
На чертеже изображен пример осуществления изобретения, который поясняется подробнее ниже.
Показано:
Фиг. 1: продольное сечение участка ротора 1 компрессора со встроенным редуктором (часть консольной ступени), имеющего составной вал-шестерню 2.
Уплотнение ротора компрессора со встроенным редуктором
На Фиг. 1 показано продольное сечение участка ротора 1 компрессора 30 со встроенным редуктором (далее кратко просто ротора 1 компрессора), имеющего составной вал-шестерню 2.
Ротор 1 компрессора может быть выполнен как с одним консольно опертым, установленным на валу-шестерне 2 рабочим колесом (рабочее колесо не изображено) (одна консольная ступень компрессора со встроенным редуктором), так и с двумя консольно опертыми, установленным и на валу-шестерне 2 рабочими колесами (рабочие колеса не изображены) (две консольные ступени).
При компоновке с двумя рабочими колесами, расположенными в каждой из осевых концевых областей вала-шестерни 2, Фиг. 1 может рассматриваться как половина изображения, содержащая только одну осевую концевую область вала-шестерни 2, с не показанным, зеркально отображенным соответствующим изображением другой осевой концевой области вала-шестерни 2.
Привод/вращение ротора 1 компрессора осуществляется с помощью редуктора (не изображен), который для передачи сил с помощью зубчатого венца (не изображен) соединяет узел привода, например, паровую турбину или электродвигатель, с валом-шестерней 2.
Альтернативно был бы также возможен прямой привод ротора 1 компрессора.
В настоящем случае можно было бы вести речь о роторе 1 высокооборотного компрессора или, соответственно, высокооборотном вале-шестерне 2, имеющем частоты вращения в пределах приблизительно 20000 об/мин - 40000 об/мин
Как показано на Фиг. 1, вал-шестерня 2 имеет три сегмента 3, 4 и 5, расположенных вдоль его оси 25 вращения/ротации в осевом направлении друг за другом, при этом у вала-шестерни 2 со стороны привода расположен соединительный сегмент 4 вала-шестерни 2, а со стороны рабочего колеса сегмент 5 рабочего колеса, на котором установлено (образующее консольную ступень) рабочее колесо (не изображено).
В осевом направлении между сегментом 5 рабочего колеса и соединительным сегментом 4, и будучи взаимно соединенным с ними без возможности вращения, расположен другой сегмент 3 вала-шестерни 2, зубчатый сегмент 3 вала-шестерни 2.
В отличие от соединительного сегмента 4, выполненного в виде по существу цилиндрического, вращательно-симметричного цельного тела, сегмент 5 рабочего колеса (на котором установлено рабочее колесо (не изображено)) и зубчатый сегмент 3 реализованы в виде по существу цилиндрических вращательно-симметричных полых тел (втулок).
Соединения между зубчатым сегментом 3 и сегментом 5 рабочего колеса (в осевом направлении), с одной стороны, и зубчатым сегментом 3 и соединительным сегментом 4 (в осевом направлении), с другой стороны, выполнены в виде торцовых соединений, при этом на каждом из осевых концов 7 и 11 зубчатого сегмента 3 и сегмента 5 рабочего колеса или, соответственно, 8 и 12 зубчатого сегмента 3 и соединительного сегмента 4 выполнен торцовый зубчатый венец 9 или, соответственно, соответствующий торцовый ответный зубчатый венец 10.
Внутри (сквозного) отверстия 35 в полом цилиндрическом зубчатом сегменте 3 расположена несущая/поддерживающая зубчатый сегмент и центрирующая зубчатый сегмент 3 (центрирующая) втулка 21.
Опора втулки 21 на зубчатый сегмент 3 осуществляется через два цельных с втулкой 21 продолжения 38, 39 на наружном периметре втулки 21, которые контактируют с внутренним периметром зубчатого сегмента 3 в его цилиндрическом сквозном отверстии 35.
Через осевое, полое цилиндрическое центрирующее продолжение 27 на осевом конце втулки 21, обращенном к соединительному сегменту 4, с одной стороны, и соответствующее, полое цилиндрическое, радиально (с посадкой 31) охватывающее полое цилиндрическое центрирующее продолжение 27 втулки 21 в смонтированном состоянии, осевое центрирующее продолжение 28 на осевом конце соединительного сегмента 4, обращенном к зубчатому сегменту 2, с другой стороны, (при монтаже ротора компрессора) осуществляется центрирование зубчатого сегмента путем ввода/вдвигания втулки 21 или, соответственно, ее центрирующего продолжения 27 в центрирующее продолжение 28 соединительного сегмента 4 до тех пор, пока осевой конец втулки 21 не придет в контакт с осевым основанием центрирующего продолжения 28 соединительного сегмента 4, и затем путем надвигания зубчатого сегмента 3 на втулку 21 до тех пор, пока торцовый зубчатый венец 9 на зубчатом сегменте 3 не придет в зацепление с ответным зубчатым венцом 10 на соединительном сегменте 4.
Чтобы избежать оттока (технологического) газа через торцовые соединения или, соответственно, торцовые зубчатые венцы 9, 10, а также через поверхности контакта втулки 21 с зубчатым сегментом 3, а также втулки 21 с соединительным сегментом 4, втулка 21 уплотнена относительно зубчатого сегмента 3 и относительно соединительного сегмента 4.
Для этого втулка 21 в опорном продолжении 38, а также в центрирующем продолжении 27, имеет два окружных паза 23, в которые вставлены уплотнительные элементы 24, в этом случае круглые кольца 24.
Посредством податливого винта 22, с одной стороны ввернутого (винтовое соединение 33) в (осевое) резьбовое отверстие 34 в соединительном сегменте 4, продетого через цилиндрические выемки/отверстия 35, 36 и 37 во втулочном зубчатом сегменте 3, (втулочной) центрирующей втулке 21 и втулочном сегменте 5 рабочего колеса, с другой стороны зафиксированного посредством фиксирующей гайки (не изображена), навернутой на податливый винт 22 и опирающейся на уступ (не изображен) во втулочном сегменте 5 рабочего колеса, эти три сегмента, т.е. соединительный сегмент 4, зубчатый сегмент 3 и сегмент 5 рабочего колеса стянуты друг с другом, благодаря чему зубчатый сегмент 3 удерживается в осевом направлении между сегментом 5 рабочего колеса и соединительным сегментом 4.
С помощью торцовых соединений через/в вал-шестерню 2 могут, с одной стороны, передаваться высокие силы и вращательные моменты, с другой стороны, с их помощью может реализовываться центрирование 26 без зазора зубчатого сегмента 3 (в осевом направлении между сегментом 5 рабочего колеса и соединительным сегментом 4).
Дополнительные центрирующие элементы, а также жесткие допуски конструктивных элементов больше не нужны. Также предотвращается обусловленное вращением (центробежной силой) смещение оси вращения зубчатого сегмента 3 или, соответственно, оси 25 вращения вала-шестерни 2/ротора 1 компрессора, которое приводило бы к эксплуатационному дисбалансу.
Как показано, кроме того, на Фиг. 1, уплотнение ротора 1 компрессора или, соответственно, вала-шестерни 2 для предотвращения утечки технологического газа из ступени компрессора осуществляется посредством одинарного, имеющего несколько (как вращающихся, так и неподвижных/не вращающихся) уплотнительных элементов 13, 17, 18, 19, 23, 24, газонепроницаемого уплотнения 6 в сочетании с лабиринтным уплотнением 15.
Это газонепроницаемое уплотнение 6, в зависимости от применения, эксплуатируется с плотным газом, находящимся под давлением, например, 3 бар - 5 бар или же 200 бар - 250 бар.
Соответственно этому одинарному газонепроницаемому уплотнению 6 могут также предусматриваться другие варианты осуществления или формы уплотнений или, соответственно, газонепроницаемых уплотнений, например, двойное газовое уплотнение.
Первый (вращающийся вместе с валом-шестерней 2 или, соответственно, с ротором 1 компрессора) уплотнительный элемент 13 газонепроницаемого уплотнения 6 в виде цельно соединенного с зубчатым сегментом 3, кольцеобразного по периметру, проходящего радиально наружу продолжения 13 расположен на зубчатом сегменте 3.
Цельно соединенный с зубчатым сегментом 3 уплотнительный элемент 13 газонепроницаемого уплотнения 6 становится при этом неотъемлемой составной частью зубчатого сегмента 3 и вместе с тем также составной частью вала-шестерни 2 или, соответственно, ротора 1 компрессора, и вращается вместе с зубчатым сегментом 3 или, соответственно, валом-шестерней 2 или, соответственно, ротором 1 компрессора.
Втулка 21 в (осевой) области этого первого уплотнительного элемента 13 снабжена очень легкой усадкой, которая не допускает расширения в условиях эксплуатации. Возникающая центробежная сила поддерживает этот эффект.
В корпусной части 16 ступени компрессора 30 со встроенным редуктором с посадкой 31 помещен статор 17 в виде неподвижного, не вращающегося конструктивного элемента 17 газонепроницаемого уплотнения 6. Через отверстие 32 в корпусной части 16, а также через этот статор 17 плотный газ под давлением течет в полость 41 газонепроницаемого уплотнения 6 или, соответственно, через отверстие 32 в корпусной части 16, а также через этот статор 17 газонепроницаемое уплотнение 6 снабжается плотным газом.
В осевой кольцеобразной выемке статора 17, расположенной примерно на радиальной высоте кольцеобразного по периметру, проходящего радиально наружу продолжения 13 на зубчатом сегменте 3 (вращающийся конструктивный элемент 13/первый уплотнительный элемент 13 газонепроницаемого уплотнения 6) с возможностью осевого смещения с помощью пружины 19 установлен другой, не вращающийся, при этом тоже расположенный примерно на радиальной высоте кольцеобразного по периметру проходящего радиально наружу продолжения 13 на зубчатом сегменте 3, конструктивный элемент 18 газонепроницаемого уплотнения, кольцеобразный уплотнительный элемент 18.
Противоположные друг другу в осевом направлении, радиально ориентированные (уплотнительные) поверхности 14 и 20 кольцеобразного по периметру проходящего радиально наружу продолжения 13 на зубчатом сегменте 3 или, соответственно, первого уплотнительного элемента 13 и уплотнительного элемента 18 выполнены в виде радиальных уплотнительных поверхностей (с соответственно выбранными материалами).
Смещенные с помощью пружины 19 в осевом направлении в направлении первого уплотнительного элемента 13 радиальные уплотнительные поверхности 14 и 20 кольцеобразного по периметру проходящего радиально наружу продолжения 13 на зубчатом сегменте 3 или, соответственно, первого уплотнительного элемента 13 и уплотнительного элемента 18 находятся в плотном контакте друг к другу в осевом направлении, при этом в радиальном зазоре уплотнения (между радиальными уплотнительными поверхностями 14 и 20) создается газовая подушка 29.
Уплотнение уплотнительного элемента 18, обладающего возможностью смещения в статоре 17 относительно статора 17, осуществляется с помощью уплотнительного элемента 24, вставленного в (окружной) проходящий по внутреннему периметру паз 23 уплотнительного элемента 18, здесь круглого кольца 24.
Ограничивая также полость 41 в осевом направлении, лабиринтное уплотнение 15 с центрированием и с точной посадкой сидит на ступенчатой выемке 42 в корпусной части 16 и своими лабиринтными концами 43 уплотняет вал-шестерню 2 или, соответственно, ротор 1 компрессора. Задачей лабиринтного уплотнения 15 является отделение газонепроницаемого уплотнения 6 от загрязненного технологического газа.
В обычном случае полость 41 наполняется очищенным газом (технологическим газом).
При такой радиальной ориентации уплотнительных поверхностей 14 и 20 или, соответственно, радиальном плотном контакте, благодаря меньшим наружным диаметрам конструктивных элементов газонепроницаемого уплотнения 6 это газонепроницаемое уплотнение 6 может иметь меньшие конструктивные размеры.
Благодаря этому развивается более низкая окружная скорость на вращающемся первом уплотнительном элементе 13, вследствие чего, в свою очередь, реализуемы более высокие частоты вращения ротора 1 компрессора.
Таким образом, с помощью центрирования 26 без зазора зубчатого сегмента 3, без зазора, с центрированием стянутого с помощью торцовых соединений, центрируется без зазора также вращающийся, цельно соединенный с зубчатым сегментом 3 уплотнительный элемент 13 газонепроницаемого уплотнения 6.
Дополнительные центрирующие элементы, а также жесткие допуски конструктивных элементов здесь также больше не нужны. Также предотвращается обусловленное вращением (центробежной силой) смещение оси вращения вращающегося первого уплотнительного элемента 13, которое приводило бы к эксплуатационному дисбалансу. Стоимость (конструктивных элементов), вес и/или дополнительные шаги монтажа и/или шаги механической обработки тоже, таким образом, благодаря изобретению отсутствуют или, соответственно, больше не нужны.
Хотя изобретение было подробно проиллюстрировано и описано в деталях на предпочтительных примерах осуществления, изобретение не ограничено раскрытыми примерами и специалистом могут быть выведены отсюда другие варианты без выхода из объема охраны изобретения.