CS9100236A2 - Gear turbocompressor - Google Patents

Description

Převodový turbokompresor 1

Oblast techniky

Vynález se týká vícestupňového, přes převody poháněnéhoturbokompresoru, tak zvaného převodového turbokompresoru.

Dosavadní stav techniky

Známý turbokompresor uvedeného typu (Dubbel Taschehbuchfur den Maschinenbau, l4. Vydání, 1981, str. 920-921) má čtyřikompresní stupně, jejichž oběžná kola jsou v párech uspořádánana dvou pastorových hřídelích a poháněna přes centrální hnacíkolo jednostupňového převodu.

Dosažitelná účinnost jednoho kompresního stupně turbokompre-soru závisí na vstupním objemovém toku, otáčkách a dopravní výšce. Při kompresních poměrech mezi výstupním tlakem P a koncovým«Α

tlakem P větším než P /P = 60 je potřeba k docílení vysoké u-E A E činnosti sedm kompresních stupňů a při kompresních poměrech PA/P^větších než 80 nejméně osm kompresních stupňů. Objemový tok seznačně mění od jednoho stupně ke druhému. K zachování optimálníchpoměrů je potřeba vždy po dvou stupních příslušně zvýšit počet o-táček. Potřebné otáčky hnacího hřídele a pastorkového hřídele po-sledního stupně omptimálního kompresoru jsou tak různé, že nutnýpřevod větší než 1:24 nelze realizovat běžnou převodovkou. Pětistupňový a šestistupňový turbokompresor se navrhoval do- sud pro maximální kompresní poměr do PA/?E=40. Přitom má jedno- 2 stupňový převod až tři pastorkové hřídele. Každý pastorkovýhřídel pohání dvě přímo nasazená oběžná kola, která tvoří dvakompresní stupně. U šestistupňového kompresorům a průměrném kom-přesním poměru 1,8 na stupen lze dosáhnout kompresního poměru 34. Silně zatížené stupně s průměrným kompresním pomě-rem 2,0 na stupeň by dávaly celkový kompresní poměr P /P =64.

A E

Takový kompresor by byl jen obtížně regulovatelný a celková u-činnost by byla vzhledem k vysokým Machovým číslům velmi nepří-znivá.

Vyšší kompresní poměry než 60 se dají dosáhnout pouze za-vedením- sedmého nebo osmého kompresního stupně, mají-li být za-chovány nezbytné vlastnosti, jako schopnost regulace a vysokáúčinnost. Nejvyšší účinnosti však dosud ztroskotaly na tom, ženejvyšší uskutečnitelný převod pro turbokompresory je 1:20. Provysoké výkony a pohony čtyřpolovými elektromotory to žnaména maximální otáčky posledního pastorkového hřídele 30000/min. Be-reme-li tyto maximální otáčky za základ, pak pro všechny turbo-kompresory s objemovým výkonem menším než 60000 m /hod. a kom-presním poměrem větším než 60, není uz niozne dosáhnout zadněrovnoměrně optimální účinnosti, protože dopravní vyska jednotli-vých stupňů musí být pro první stupně podstatně vyšší nez pro stupně poslední. První stupně mají proto nejvyšší hustotu ener-gie a jen průměrnou účinnost vzhledem k nezbytné vysokym Macho-vým číslům. Sedmistupňový turbokompresor s objemovým výkonem55000 m^/hod. a kompresním poměrem PÚ4 by například vyža- 3 doval v sedmém stupni 35000 otáček/min. U'kompresoru se sou-časnými převody lze však dosáhnout jen 28000 p;táček/min. Pro-to není celková účinnost optimální. Je sice možné čtvrtý pas-torkový hřídel osadit osmým kompresním stupněm, ale i potomzůstává zásadní problém omezení otáček s uvedenými důsledky.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky odstraňuje vícestupňový převodový tur-bokompresor podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tém, žepřevod je dvoustupňový a obsahuje vložené ozubené kolo, kteréje vytvořeno jako dvojité ozubené kolo a sestává z prvníhoozubeného kola a druhého ozubeného kola, přičemž první ozubenékolo je výlučně v záběru s centrálním hnacím kolem, je jímpoháněno a má větší modul ozubení než druhé ozubené kolo adruhé ozubené kolo s prvním ozubeným kolem tvoří pevně spo-jenou jednotku a má menší modu ozubení než první ozubené ko-lo, přičemž první pastorkové hřídele jsou poháněny pnmo cen-trálním hnacím ozubeným kolem a další pasbřjt^kove hřídele jsouv záběru jen s druhým ozubeným kolem vloženého ozubeného ko-la a mají stejný modul ozubení jako druhé ozubené kolo. otáčky pro vyssi kompresní stupně, aniž by centrálního hnacího ozubeného kola závisel lupracujících pastorků vyšších kompresních Cílem je vytvořit převodový turbokompresor pro vysokékompresní poměry s dobrou účinností a postačující možnostíregulace. * . 'i

Konstrukcí vloženého ozubeného kola vytvořeného jako dvo-jité ozubené kolo s Rozdílným modulem ozubení byl uskutečněnpřevod pro turbokompresory, který kromě přiměřených otáčekpro nízké kompresní stupně současně realizuje i velmi vysoképřitom počet zubůha počtu zubů spo-stupnů. Nízké otáčky s vysokými silami působícími na zuby přitom vyžadují široké zu-by a velký modul, vysoké otáčky s pří- slušně malými tlaky na zuby úzké zuby a jemný modul. Vloženékolo s rozdílnými moduly ozubení umožňuje kombinaci dvou nezá-vislých převodů pro turbokompresory v jednom telese a umožňujezabudování převodů až do 1:40. Tím je možno realizovat optimálníúčinnost i u převodových turbolcompresorů s vysokým kompresnímcož při- poměrem. Celkové zlepšeni účinnosti je vetší nez 5/°»náší významné úspory elektrické energie. Přehled obrázků na výkrese Příklad provedení vynálezu představuje obrázek,zornuje převody vícestupňového turbokompresoru podle který zná-vynálezu. 5 Příklady provedení vynálezu

Vyobrazená převodovka slouží k pohonu vícestupňovéhoturbkokompresoru a obsahuje centrální hnací kolo 2 spojenéá Jjnací hřídelí 1. Hnací ozubené kolo 2 zabírá se dvěma pa-storky, které jsou vždy uspořádány na jednom pastorkovém hří-deli 2, 4. Na koncích pastorkového .hřídele 3 je uspořádánooběžné kolo prvního stupně a oběžné kolo,druhého stupně tur-bokompresoru. Pastorkový hřídel 4 má na koncích oběžné kolotřetího a na obrázku nenakresleného čtvrtého stupně. Všechnaoběžná kola běží v jedné spirálové skříni. Ke hnacímu ozubené-mu kolu 2 je připojeno vložené ozubené kolo 2» Vytvořené jakodvojité ozubené kolo a sestává z prvního ozubeného kola 51 adruhého ozubeného kola £2, která jsou spolu spojena a uspořá-dána na společném hřídeli. První ozubené kolo 51 zabira s hna-cím ozubeným kolem 2, zatím co druhé ozubeňe kolo 5^ zabiras pastorky dalších pastorkových hřídelů 6, 2» Pastorkovéhřídele 6, 7, 8 mají vždy na obou koncích hřídelů oběžné kolo,které rotuje ve spirálové skříni. Přitom k pastorkovému hrxde-li 6 patří pátý a šestý kompresní stupen, k sedmému pastorko-vému hřídeli sedmý a osmý kompresní stupeň a k pastorkovémuhřídeli 8 devátý a desátý kompresní stupen.

Druhé ozubené kolo 52 vloženého ozubeného kola £ má většíprůměr než první ozubené kolo £1 zabírající s hnacím ozubenýmkolem 2, takže tlakové záběry pastorkových hřídelů 6, 2» 8 V;; 6 mohou být větší než ozubeného kola 52. Kromě toho má první ozu-bené kolo 51 v porovnání s druhým ozubeným kolem 52 menší pocel - zubů a větší modul ozubení.

'-i"?-· *íW

Zařazení popsaného vloženého ozubeného kola 5 umožňujerůzností modulů, že první čtyři stupně jsou z technicko-pohon-ř·ného hlediska úplně nezávislé na následujících stupních. Potřebnýpřevod pastorkového hřídele 4 je asi 10,5. Volí-li se pro pasto-rek pastorkového hřídele 4 počet zubů 25, mělo by hnací ozubenékolo 2 263 zubů, z toho vyplývá při modulu 6 průměr 1575 mm &záběrná rychlost zubů 122 m/s. Jak je u známých přsrzodů pro tur-bokompresory běžné, určuje průměr spirálové skříně prvního a dru-hého kompresního stupně vzdálenost pastorkových hřídelů 3 a 4,která bude v tomto případě okolo 1800 mm při průměru hnacího,ozu-beného kola 2 1596 mm a počtu zubů 266.

První ozubené kolo 51 vloženého ozubeného kola 5, které za-bírá s hnacím ozubeným kolem 2, má asi 132 zubů a průměr 79θ mmpři otáčkách 3000/min. U osmistupnového kompresoru má pastorkovýhřídel 2 34730 otáček/min.. Bereme-li za základ počtu kubů pas-torku 4 21 zubů, mělo by druhé ozubené kolo 52 243 zubů. S modu- lem 4 vychází průměr 972 mm a záběrná rychlost zubů 150m/s. Celko-vým moment setrvačnosti zůstává vzhledem k přiměřenému průměrupřijatelný a umožňuje převodovce předraženému elektromotoru bez-problémový start hnacího hřídele.

Claims (2)

1. N X R OKY PATENTOVÍ

   1. Převodový· turbokompresor s integrovanou převodovkou obsahu-jící centrální hnací ozubené kolo, u kterého jsou uspořádánaoběžná kola kompresních stupňů na koncích pastorkových hří-delů, vyznačující se tím, že převod jedvoustupňový a obsahuje vložené· ozubené kolo (5), které jevytvořeno jako dvojité ozubené kolo a sestává z prvního ozu-beného kola (51) a druhého ozubeného kola (52), přičemž prvníozubené kolo (51) je výlučně v záběru s centrálním hnacím ko-lem (2), je jím poháněno a má větší modul ozubení než druhéozubené kolo (52) a druhé ozubené kolo (52) s prvním ozubenýmkolem (51) tvoří pevně spojenou jednotku a má menší modul o-zubení než první ozubené kolo (51), přičemž první pastorkovéhřídele fj. M jsoukpastorkové hřídele (6, 7, 8) jsou v záběrujen s druhým ozubeným kolem (52) vloženého ozubeného kola (5)a mají stejný modul ozubení jako druhé ozubené kolo (52).
2. 2. Převodový turbokompresor podle nároku 1 vyznačujícíse t í m, že první ozubené kolo (5l) vloženého ozubeného ko-la (5) má menší průměr než druhé ozubené kolo (52).