CZ307002B6 - Křídlový expandér - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká rotačního křídlového expandéru pro expanzi pracovního média, zejména pro využívání energie odpadních plynů z energetických strojů jako jsou kogenerační jednotky, dieselové motory, dále z průmyslové činnosti, v potravinářství, v chemických závodech nebo při použití jiných nízkopotenciálních zdrojů energie.

Dosavadní stav techniky

Jsou rozlišovány dva hlavní typy expandérů - rychlostní a objemové. Rotační expandéry jsou jednostupňové fungující vícekomorové objemové expandéry, které vycházejí z konstrukce rotačních kompresorů. Patří mezi ně také křídlový expandér, který pracuje na stejném principu jako křídlový kompresor. Ten má válcový rotor s hlubokými zářezy pro křídla - lamely, a je výstředně uložený v statoru. Při dostatečné rychlosti otáčení vyvolává odstředivá síla posun křídel ke stěně statoru. Prostor mezi statorem a rotorem je rozdělen křídly - lamely, na komůrky, jejichž objem se během otáčky mění. Od polohy téměř dotyku rotoru a statoru až do protilehlé polohy se objem v komůrkách zvětšuje, plyn se nasává. Po přejetí křídla přes hranu sání se plynule plyn zmenšuje a tlak začíná stoupat. Komprese končí momentem projetí křídla přes výtlačnou hranu a obsah komůrky se spojí s plynem ve výtlačném prostoru. Nevýhodou těchto konstrukcí jsou ztráty způsobené hlavně netěsností mezi lamelami a statorem, které u současných zařízení utěsňuje vrstva oleje. Zároveň je proto nutné lamely opracovat s vysokou přesností k zajištění co nejmenší vůle v tomto prostoru, aby byl zachován minimální únik pracovní kapaliny mezi komůrkami. Dalším problémem je výskyt větších ohybových napětí na lopatkách způsobených rotačním pohybem, které mohou expanzní zařízení poškodit.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny křídlovým expandérem obsahujícím rotor a stator, mezi kterými jsou umístěny lamely, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že k čelu rotoru je připojen těsnicí člen opatřený drážkami pro umístění lamel, přičemž mezi čelem statoru a těsnicím členem je třecí plocha.

Těsnicí člen je k čelu rotoru s výhodou připojen pomocí šroubů se zápustnou hlavou a vnější konstrukce expandéru je zajištěna imbusovým šroubem s pružnou podložkou. Hřídel rotoru je ve výhodném provedení vsazen do radiálních ložisek a je utěsněn dvojicí gufer zajištěných pojistným kroužkem.

Prostor mezi těsnicím členem a vnější konstrukcí expandéru je ve výhodném provedení zaplavitelný olejem.

Podstata prezentovaného vynálezu spočívá ve využití těsnicího členu tzv. čela, které je pomocí šroubu se zápustnou hlavou připevněné na rotoru na obou bočních stranách. Vnitřní část čela se dotýká statoru, kde nastává třecí styk, proto je povrchová plocha součásti přiměřeně obrobena. Mezi čelem a statorem je montážní vůle, aby byla zajištěna smontovatelnost. Těsnicí člen je dále opatřen dírou, přes kterou je nasazeno na hřídel rotoru. Lamely expandéru se při montáži sázejí do drážek v těle těsnicího členu, přičemž je zajištěna hlavní funkce této součásti, a tedy utěsnění. Týká se to zajištění utěsnění komor mezi jednotlivými lamelami, a to ve dvou směrech proudění pracovní kapaliny - v radiálním směru a ve směru tangenciálním. Kromě tohoto faktu je vsazení lamel do drážek v těsnicím členu výhodné i z hlediska ohybového napětí, které vzniká při rotačním pohybu expandéru a působí na lopatky. Prostor mezi stranou těsnicího členu, která se nedo-1 CZ 307002 B6 týká rotoru, a vnější konstrukce expandéru je možné zaplavit olejem. Lamely můžou být ocelové, případně z odolného plastu nebo jiného materiálu s vhodnými vlastnostmi.

Objasnění výkresu

Technické řešení expandéru s těsnicím členem je naznačeno na bočném pohledu na obr. 1 v přiloženém výkresu, kde je znázorněn příklad funkčního použití těsnicího členu připevněných k rotoru a s třecí plochou na styku se statorem.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1

Křídlový expandér s hlavními částmi rotorem 1 a statorem 2 pracuje na principu stlačování pracovní látky v komůrce pomocí lamel 3 při maximálním využití kinetické energie, který pomocí hřídele 4 převádí na jiné formy, zejména elektrickou energii.

Těsnicí člen 5 je upevněn na konstrukci rotoru 1 pomocí šroubů se zápustnou hlavou 6 a do drážek těsnicího členu 7 jsou vsazeny lamely. Vnější konstrukce expandéru 8 je zajištěna imbusovým šroubem 9 s pružnou podložkou 10. Těsnění zajišťuje dvojice gufer 11 zajištěných pojistným kroužkem 12. Hřídel je vsazen do radiálních ložisek 13.

Průmyslová využitelnost

Zařízení je využitelné všude tam, kde se produkuje odpadní teplo, které se konvenčními způsoby dále nedá zhodnocovat, dále tam, kde je možnost využívat geotermální teplo s nižšími parametry, solární termální teplo a jiné nizkopotencíálni zdroje.

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Křídlový expandér obsahujícího rotor (1) a stator (2), mezi kterými jsou umístěny lamely (3), vyznačující se tím, žek čelu rotoru (1) je připojen těsnicí člen (5) opatřený drážkami (7) pro umístění lamel (3), přičemž mezi čelem statoru (2) a těsnicím členem (5) je třecí plocha.
2. 2. Křídlový expandér podle nároku 1, vyznačující se tím, že těsnicí člen (5) je k čelu rotoru (1) připojen pomocí šroubů (6) se zápustnou hlavou; že vnější konstrukce (8) expandéru je zajištěna imbusovým šroubem (9) s pružnou podložkou (10); a že hřídel (4) rotoru (1) je vsazen do radiálních ložisek (13) a je utěsněn dvojicí gufer (11) zajištěných pojistným kroužkem (12).
3. 3. Křídlový expandér podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že prostor mezi těsnicím členem (5) a vnější konstrukcí expandéru (8) je zaplavitelný olejem.