ТРЕХСТУПЕНЧАТАЯ КОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА
TRIPLE-STAGE COMPRESSOR PLANT

Изобретение относится к компрессоростроению и может быть использовано для установок, работающих с переменным давлением нагнетания, например, при работе на сеть с резко и значительно изменяющимся расходом. Оно может найти применение на подавляющем большинстве предприятий горной, металлургической, машиностроительной, пищевой, деревообрабатывающей и других отраслей промышленности, а также в строительстве и на железнодорожном транспорте.
Известна компрессорная установка, состоящая из компрессоров первой и второй ступеней, которые приводятся в движение от ротора и контрротора (вращающегося статора). (SU 282574, 28.09.1970.)
Скорости вращения валов компрессоров зависят от скоростей вращения ротора и контрротора соответственно и перераспределяются между собой в зависимости от соотношения выходных давлений компрессоров. При этом при увеличении выходного давления компрессора второй ступени скорость вращения контрротора и, соответственно, вала компрессора второй ступени уменьшается, что ведет к увеличению скорости вращения ротора, а следовательно, и к увеличению скорости вращения вала компрессора первой ступени. Так как производительность установки в целом определяется производительностью компрессора первой ступени, то в результате при увеличении давления в сети, на которую работает данная компрессорная установка, производительность ее увеличивается.
Известна также компрессорная установка, состоящая из компрессоров первой и второй ступеней, которые приводятся в движение от валов двигателей постоянного тока, соединенных по схеме электрического дифференциала (SU 282575A, 30.11.1971).
Работает она аналогично. В данной установке скорости вращения валов компрессоров зависят от скоростей вращения соответствующих валов двигателей постоянного тока и перераспределяются между собой в зависимости от соотношения выходных давлений компрессоров. При этом при увеличении выходного давления компрессора второй ступени скорость вращения вала соответствующего электродвигателя и, следовательно, вала компрессора второй ступени уменьшается, что ведет к увеличению скорости вращения вала другого электродвигателя, а следовательно, и к увеличению скорости вращения вала компрессора первой ступени. В результате при увеличении давления в сети, на которую работает данная компрессорная установка, производительность ее увеличивается.
За прототип выбрана компрессорная установка, содержащая компрессоры первой и второй ступеней, приводной двигатель и дифференциальный механизм (SU 282576 А, 30.11.1971).
Принцип работы данной установки также аналогичен двум вышеуказанным установкам. При повышении давления нагнетания происходит уменьшение скорости вращения вала компрессора второй ступени и увеличение скорости вращения вала компрессора первой ступени, что ведет к повышению производительности компрессорной установки в целом.
Недостатками прототипа являются наличие всего двух ступеней компригирования; малый диапазон автоматического регулирования производительности компрессорной установки в целом.
Задачей данного изобретения является повышение количества ступеней компригирования компрессорной установки до трех и увеличение диапазона автоматического регулирования производительности компрессорной установки в целом.
Указанная задача и технический результат достигаются тем, что трехступенчатая компрессорная установка, содержащая компрессоры первой и второй ступеней, приводной двигатель и дифференциальный механизм, согласно изобретению снабжена дополнительным дифференциальным механизмом, входной вал которого связан с одним из выходных валов первого дифференциального механизма, не связанным с компрессором первой ступени, а выходные валы дополнительного дифференциального механизма связаны с компрессорами второй и третьей ступеней соответственно.
Такая конструкция компрессорной установки позволяет повысить количество ступеней компригирования до трех; а также достичь общего увеличения диапазона автоматического регулирования производительности компрессорной установки в целом.
На фиг.1 изображена принципиальная схема компрессорной установки, принятой за прототип.
Установка содержит компрессоры 1 и 2 соответственно первой и второй ступеней и промежуточный холодильник 3. Компрессоры приводятся двигателем 4 с дифференциальным механизмом 5, выходные валы 6 и 7 которого соединены с компрессорами 1 и 2.
х
2
2
1
2
Работает установка следующим образом. Воздух при давлении всасывания поступает в компрессор 1, где сжимается до давления Р, затем поступает в холодильник 3, а оттуда - в компрессор 2, где сжимается до давления нагнетания Р. Скорости вращения валов компрессоров зависят от скоростей вращения валов дифференциала и перераспределяются между собой в зависимости от соотношения Р и Р так, что при увеличении Рскорость вращения вала 7 дифференциала и вала компрессора 2 уменьшается, а скорость вращения вала 6 дифференциала и вала компрессора 1 увеличивается. Следовательно, увеличивается производительность установки, так как производительность определяется числом оборотов компрессора первой ступени.
На фиг.2 приведена принципиальная схема предлагаемой компрессорной установки.
Установка содержит компрессоры 1, 2 и 3 соответственно первой, второй и третьей ступеней и промежуточный холодильник 4 и 5. Компрессоры приводятся двигателем 6 посредством двух последовательно соединенных дифференциальных механизмов 7 и 8. При этом входной вал 9 дифференциала 7 соединен с приводным двигателем 6, его выходной вал 10 соединен с компрессором 1, а выходной вал 11 соединен со входным валом 12 дифференциала 8. Выходные валы 13 и 14 дифференциала 8, в свою очередь, соединены с компрессорами 2 и 3.
Установка работает следующим образом.
1
x1
2
х2
Воздух при давлении всасывания Р поступает в компрессор 1, где сжимается до давления P, затем поступает в холодильник 4, а оттуда - в компрессор 2, где сжимается до давления нагнетания Р. Далее он поступает в холодильник 5, из которого под давлением Р поступает в компрессор 3.
3
2
1
Скорости вращения валов компрессоров зависят от скоростей вращения валов дифференциала и перераспределяются между собой в зависимости от соотношения Р, P и P следующим образом.
3
При увеличении Р скорость вращения вала компрессора 3 и вала 14 дифференциала 8 уменьшается, а скорость вращения вала 13 дифференциала 8 и вала компрессора 2 увеличивается. При незначительном снижении скорости вращения вала компрессора 3 и вала 14 дифференциала 8 скорость вращения вала 12 дифференциала 8 остается неизменной и происходит автоматическое перераспределение скоростей вращения валов 14 и 13 дифференциала 8, а следовательно, и скоростей вращения валов компрессоров 3 и 2. В этом случае скорость вращения вала компрессора 3 уменьшается, а скорость вращения вала компрессора 2 увеличивается. Отсюда увеличится производительность установки за счет перераспределения производительностей компрессоров 3 и 2.
Если за счет значительного снижения скорости вращения вала компрессора 3 и вала 14 дифференциала 8 будет снижаться и скорость вращения вала 12 дифференциала 8, то скорость вращения вала 11 дифференциала 7 будет также снижаться. Это приведет к тому, что скорость вращения вала 10 дифференциала 7 и вала компрессора 1 будет увеличиваться. В этом случае будет увеличиваться производительность установки за счет перераспределения производительностей компрессоров 2 и 1.
В обоих случаях при увеличении давления на выходе установки ее общая производительность будет увеличиваться.
Преимуществами предлагаемого устройства являются более широкие технологические возможности; повышение количества ступеней компригирования компрессорной установки до трех; увеличение диапазона автоматического регулирования производительности компрессорной установки в целом.
Такие установки способны более точно отслеживать колебания расхода без изменения скорости вращения приводного двигателя. Они уменьшают до минимума потребление энергии за счет того, что полностью прекращают потреблять энергию во время разгрузки, а также обеспечивают плавное регулирование производительности в широком диапазоне и снижение числа пусков.