ТУРБОЭКСПАНДЕР

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.