ТУРБОАГРЕГАТ
TURBINE AGGREGATE

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к турборасширительным агрегатам холодильной и криогенной техники, выполненным в безмасляном исполнении.
Известны конструкции агрегатов [Пластинин П.И. Поршневые компрессоры. В 2 т. Т. 2. Основы проектирования. Конструкции. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 2008. - 711 с. (стр.114 (рис.2.4.4.), 116 (рис.2.4.8.), 542 (лист А.1.19)], содержащие вал, подшипники, масляный насос, маслопроводы и маслосборник, причем в валу выполнены каналы, по которым масло от маслосборника по маслопроводам насосом подается в зазоры, образованные валом и подшипниками. Такая конструкция агрегата, за счет выполненных в валу сообщающихся каналов, позволяет организовать подачу масла в зазоры, образованные валом и подшипниками, что, в том числе, обеспечивает интенсивное охлаждение трущихся поверхностей подшипников, поддержание требуемой температуры в зоне трения и, соответственно, повышение ресурса агрегата.
Недостатком такой конструкции агрегата является ее сложность из-за большого количества конструктивных элементов системы смазки и, соответственно, увеличение массогабаритных характеристик агрегата.
6
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является турбоагрегат [Пат. 2303142 РФ, МКИ F04D 29/58, F01D 15/08, F25В 11/00. Турбокомпрессор-детандер], содержащий корпус с установленным внутри него на подшипниках валом с закрепленными на его концах рабочими колесами компрессора и турбины-детандера, при этом подшипники выполнены с консистентной смазкой, а полость подшипникового узла трения сообщена с атмосферой и с выходом турбины-детандера для охлаждения подшипника частью потока охлажденного воздуха.
В указанной конструкции агрегата за счет исполнения подшипников с консистентной смазкой и охлаждения их поверхностей частью потока рабочего газа, охлажденного в расширительном колесе агрегата, путем продувки полости, образованной поверхностями корпуса, вала и подшипников агрегата, исключено большое количество конструктивных элементов, присущих системе смазки маслом (жидкостью), что позволило снизить массогабаритные характеристики агрегата.
Недостатками прототипа являются: усложнение конструкции и увеличение массогабаритных характеристик агрегата за счет применения подшипников, смазываемых консистентной смазкой, и введения полости и коммуникаций, связывающих выход турбины с полостью для охлаждения трущихся поверхностей подшипников.
Технической задачей данного изобретения является упрощение конструкции и снижение массогабаритных характеристик агрегата за счет использования компактных подшипников скольжения, а также оригинальной системы подвода охлаждающей среды к их трущимся поверхностям.
Данный технический результат достигается тем, что подшипники турбоагрегата выполнены несмазываемыми из полимерных композиционных материалов, а в расширительном рабочем колесе и в валу выполнены каналы, при этом выполненные каналы сообщают проточную часть расширительного рабочего колеса с зазорами, образованными валом и подшипниками.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен продольный разрез турбоагрегата с системой каналов, сообщающих проточную часть расширительного колеса с зазорами, образованными валом и подшипниками.
Турбоагрегат (фиг.1) включает корпус 1 с установленным внутри него на несмазываемых полимерных подшипниках 2 валом 3, с закрепленным на нем, по крайней мере, одним расширительным колесом 4. В расширительном колесе 4 и в валу 3 выполнены каналы 5, сообщающие проточную часть расширительного рабочего колеса 4 с зазорами, образованными валом 3 и подшипниками 2.
Заявляемый турбоагрегат работает следующим образом. Рабочий чистый газ, проходя через корпусные элементы 1 и расширительное колесо 4 турбоагрегата, вращает вал 3 с установленным на нем рабочим колесом 4 и охлаждается. При вращении вала под действием нагрузки, в результате сил трения, на опорных поверхностях несмазываемых подшипников 2 выделяется тепло. Часть потока охлажденного рабочего газа в расширительном колесе 4 турбоагрегата через выполненные в нем и в валу каналы 5 направляется в зазоры, образованные валом 3 и подшипниками 2. Движение газа из межлопаточных каналов расширительного колеса 4 в зазоры, образованные валом 3 и подшипниками 2, по каналам, выполненным в валу 3 и расширительном колесе 4, осуществляется за счет перепада давлений между соответствующими полостями. Размер и расположение сообщающихся каналов 5 в расширительном колесе 4 и в валу 3 определяется режимами работы и исполнением агрегата, а также величиной выделившегося в подшипниках 2 тепла в результате механического трения с валом 3. Рабочий газ из зазоров, образованных подшипниками 2 и валом 3, может отводиться в окружающую среду (например, если газ - воздух) либо в систему отбора газа после расширительного колеса 4 турбоагрегата.
Таким образом, данное техническое решение позволяет снизить массогабаритные характеристики турбоагрегата и упростить его конструкцию.