PL207968B1

PL207968B1 - Axial force balance disk for centrifugal compressor

Info

Publication number: PL207968B1
Application number: PL365432A
Authority: PL
Inventors: Andrzej Korczak; Włodzimierz A. Marcinkowski; Grzegorz Peczkis
Original assignee: Politechnika Slaska Im Wincent
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2011-02-28
Also published as: PL365432A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest zespół tarczy odciążającej siłę osiową w wirnikowej sprężarce promieniowej.The present invention relates to an axial force relieving plate assembly in a centrifugal radial compressor.

Dotychczas są stosowane w sprężarkach wirnikowych tłoki odciążające. Straty objętościowe są ograniczane uszczelnieniem labiryntowym na ich powierzchni walcowej. Wartość strat objętościowych w typowej sprężarce wynosi ok. 1% i w przypadku sprężania np. palnego gazu wymaga to zastosowania dodatkowej instalacji do jego bezpiecznego odprowadzenia.Until now, unloading pistons have been used in rotary compressors. The volumetric losses are limited by the labyrinth seal on their cylindrical surface. The value of volumetric losses in a typical compressor is approx. 1% and in the case of compressing, for example, flammable gas, it requires the use of an additional installation for its safe discharge.

Zespół tarczy odciążającej według wynalazku charakteryzuje się tym, że kadłub tłoczny sprężarki wraz z kadłubem zespołu odciążenia zamyka przestrzeń odpowietrzaną zaworem, w której jest tarcza osadzona na wale uchwyconym osiowo ł o ż yskiem podpartym sprężyną i która ma przymocowany pierścień tworzący szczelinę poprzeczną z pierścieniem połączonym przez element sprężysty z pierścieniem stałym osadzonym w kadłubie względem którego pierścień jest uszczelniony uszczelką a komora za tarczą jest połączona szczeliną wzdłużną między tuleją dociskającą tarczę i tuleją stałą w kadłubie z komorą dławnicy, połączoną przewodem rurowym ze zbiornikiem, natomiast pompa współpracująca z akumulatorem napędzana silnikiem sterowanym przetwornikiem obrotów tłoczy ciecz przewodem do komory w której ilością cieczy steruje przetwornik połączony z sondą a ponadto spływ z komory do zbiornika jest otwierany zaworem sterowanym przetwornikiem obrotów.The relieving disc assembly according to the invention is characterized in that the compressor's discharge casing with the unloading assembly closes the vented space with a valve, in which the disc is mounted on a shaft held axially with a bearing supported by a spring, and has a ring attached, forming a transverse slot with the ring connected by an elastic element with a fixed ring embedded in the body against which the ring is sealed with a gasket and the chamber behind the disc is connected by a longitudinal gap between the disc pressing sleeve and the fixed bushing in the body with the stuffing box, connected with the tank through a pipe conduit, while the pump cooperating with the battery is driven by a motor controlled by a transducer of rotation, it forces the liquid through the conduit into the chamber in which the amount of liquid is controlled by a transducer connected with a probe, and in addition, the outflow from the chamber to the tank is opened by a valve controlled by the speed transducer.

Tarcza wiruje w komorze częściowo wypełnionej cieczą. Tarcza osadzona na obracającym się wale sprężarki wytwarza też wirujący pierścień cieczy, który w czasie pracy maszyny w zakresie parametrów roboczych zapewnia jej całkowitą szczelność. Komora pod tarczą jest zasilana przez pompę pomocniczą cieczą pod ciśnieniem panującym za ostatnim wirnikiem sprężarki. Wirująca ciecz wypływa poprzez szczelinę poprzeczną między pierścieniami ślizgowym i oporowym do komory na zewnątrz tarczy skąd przez szczelinę wzdłużną do komory dławnicy i na zewnątrz do zbiornika otwartego lub wprost z komory za tarczą zasila przewód wlotowy pompy pomocniczej. Pompa pomocnicza wymusza krążenie cieczy w obiegu ze zbiornikiem otwartym lub bez zbiornika. Ciągły strumień cieczy zapewnia tarcie płynne między pierścieniami ślizgowym i oporowym.The disc rotates in a chamber partially filled with liquid. The disc mounted on the rotating shaft of the compressor also creates a rotating liquid ring, which during the operation of the machine within the operating parameters ensures its complete tightness. The chamber under the disc is fed by the auxiliary pump with liquid at the pressure prevailing downstream of the last compressor rotor. The swirling liquid flows through the transverse gap between the wear and thrust rings into the chamber outside the disk, from where through the longitudinal slot into the stuffing box and out into the open tank or directly from the chamber behind the disk, it supplies the inlet conduit of the auxiliary pump. The auxiliary pump circulates the liquid in a circuit with the tank open or without the tank. A continuous stream of fluid provides fluid friction between the slip and support rings.

Pierścień oporowy może być też połączony warstwą elastomeru z pierścieniem sztywno mocowanym do kadłuba.The thrust ring may also be connected with a layer of elastomer to a ring rigidly attached to the hull.

W innym rozwią zaniu pierś cień ś lizgowy moż e być połączony z tarczą elementami sprężystymi lub przez warstwę elastomeru.In another embodiment, the breast slide may be connected to the disk by elastic elements or by a layer of elastomer.

Wynalazek pozwala na uzyskanie całkowitej szczelności sprężarki wirnikowej przy dowolnie dużym sprężu i przy minimalizacji strat energetycznych.The invention allows for complete tightness of the rotary compressor at any high pressure and minimizing energy losses.

Istota wynalazku charakteryzuje się tym, że podatność pierścienia ślizgowego lub oporowego umożliwia tarcie płynne w szczelinie przy minimalnej jej szerokości a więc też przy małym strumieniu cieczy krążącej. Jest to możliwe dzięki fenomenowi przepływu przez płaskościenną szczelinę poprzeczną o zmiennej szerokości, który przy przepływie odśrodkowym wytwarza pole ciśnienia przeciwdziałające stykaniu się ścianek szczeliny.The essence of the invention is characterized by the fact that the flexibility of the sliding or thrust ring allows fluid friction in the gap with its minimum width, and therefore also with a small circulating fluid stream. This is possible thanks to the phenomenon of flow through a planar-walled transverse slot of varying width, which creates a pressure field in the centrifugal flow that prevents contact between the fracture walls.

Działanie zespołu tarczy odciążającej sprężarki polega na równoważeniu siły osiowej działającej na jej zespół wirujący i na redukcji ciśnienia do ciśnienia otoczenia. Zastosowanie podatnego pierścienia ślizgowego lub oporowego umożliwia zachowanie tarcia płynnego w szczelinie poprzecznej przy minimalizacji strumienia cieczy zaporowej, krążącej w obiegu zamkniętym.The compressor relief disk assembly works by balancing the axial force acting on its rotating assembly and reducing the pressure to ambient pressure. The use of a flexible slip or thrust ring allows the maintenance of fluid friction in the transverse gap while minimizing the flow of barrier fluid circulating in a closed circuit.

Przedmiot wynalazku pokazano w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój podłużny fragmentu sprężarki wirnikowej z zespołem tarczy odciążającej z pierś cieniem oporowym opartym o elementy sprężyste, mają cy szczelinę wzdł u ż ną za tarczą, fig. 2 przedstawia przekrój podłużny fragmentu sprężarki wirnikowej z zespołem tarczy odciążającej z wypływem cieczy z komory tarczy odciążającej bezpośrednio za szczeliną poprzeczną fig. 3 przedstawia czołowy kadłuba zespołu odciążenia, fig. 4 przedstawia przekrój podłużny fragmentu sprężarki wirnikowej z zespołem tarczy odciążającej z pierścieniem oporowym połączonym z pierścieniem stałym warstwą elastomeru, fig. 5 przedstawia przekrój podłużny fragmentu sprężarki wirnikowej z zespołem tarczy odciążającej z pierścieniem ślizgowym połączonym z tarczą przez elementy sprężyste, fig. 6 przedstawia przekrój podłużny fragmentu sprężarki wirnikowej z zespołem tarczy odciążającej z pierścieniem ślizgowym połączonym z tarczą warstwą elastomeru.The subject of the invention is shown in the example in the drawing, in which fig. 1 shows a longitudinal section of a fragment of a rotor compressor with a relieving disc unit with a thrust ring based on elastic elements, having a longitudinal slot behind the disc, fig. 2 shows a longitudinal section of a fragment Fig. 3 shows the front body of the unloader unit, Fig. 4 shows a longitudinal section of a fragment of a rotor compressor with a relieving plate assembly with a stop ring connected to the fixed ring with a layer of elastomer, Fig. 3. 5 shows a longitudinal section of a fragment of a rotary compressor with a relieving plate assembly with a slip ring connected to the disk by elastic elements, fig. 6 shows a longitudinal section of a fragment of a rotary compressor with a relieving plate assembly with a slip ring connected to the disk in a layer of elastomer.

PL 207 968 B1PL 207 968 B1

Przedstawiony na fig. 1 kadłub tłoczny 9 sprężarki wraz z kadłubem 10 zespołu odciążenia zamyka przestrzeń odpowietrzaną zaworem 23 w której jest tarcza 1 osadzona na wale 2 uchwyconym osiowo łożyskiem 3 podpartym sprężyną 4 i która ma przymocowany pierścień 5 tworzący szczelinę poprzeczną z pierścieniem 6 połączonym przez element sprężysty 7 z pierścieniem stałym 8 osadzonym w kadłubie 9 względem którego pierścień 6 jest uszczelniony uszczelką 27, a komora 11 za tarczą 1 jest połączona szczeliną wzdłużną między tuleją 12 dociskającą tarczę 1 i tuleją stałą 13 w kadłubie 10 z komorą 14 dławnicy, połączoną przewodem rurowym 15 ze zbiornikiem 16, natomiast pompa 18 współpracująca z akumulatorem 21 napędzana silnikiem 19 sterowanym przetwornikiem obrotów 20 tłoczy ciecz przewodem 17 do komory 22 w której ilością cieczy steruje przetwornik 24 połączony z sondą 25 a ponadto spływ z komory 11 do zbiornika 16 jest otwierany zaworem 26 sterowanym przetwornikiem obrotów 20.The pressure hull 9 of the compressor shown in Fig. 1 together with the body 10 of the unloading assembly closes the vented space with the valve 23, in which there is a disc 1 mounted on a shaft 2, axially supported by a bearing 3 supported by a spring 4, and with a ring 5 attached to it forming a transverse gap with the ring 6 connected by an elastic element 7 with a fixed ring 8 embedded in the body 9 against which the ring 6 is sealed with a gasket 27, and the chamber 11 behind the disk 1 is connected by a longitudinal gap between the sleeve 12 pressing the disk 1 and the fixed sleeve 13 in the body 10 with the chamber 14 of the gland, connected by a cable tubular 15 with the tank 16, while the pump 18 cooperating with the accumulator 21, driven by the motor 19 controlled by the rotation transducer 20, forces the liquid through the conduit 17 to the chamber 22, in which the amount of liquid is controlled by the converter 24 connected to the probe 25 and, moreover, the flow from the chamber 11 to the tank 16 is opened by a valve 26 with controlled rotation converter 20.

Przedstawiony na rysunku fig. 2 kadłub tłoczny 9 sprężarki tworzy wraz z kadłubem 10 zespołu odciążenia komorę odpowietrzaną zaworem 23, w której wiruje tarcza 1 osadzona na wale 2 uchwyconym osiowo łożyskiem 3 opartym o sprężynę 40 i która ma przymocowany pierścień ślizgowy 5, tworzący szczelinę poprzeczną z pierścieniem oporowym 6, połączonym przez elementy sprężyste 7 z pierścieniem stałym 8, który jest osadzony w kadłubie 9 a pierścień 6 jest uszczelniony względem kadłuba 9 uszczelką 27, natomiast komora 11 za tarczą 1 jest połączona przewodem 17 z pompą 18 i akumulatorem hydraulicznym 21, tłoczących ciecz do komory 22, której wydajność jest regulowana zaworem upustowym 24, sterowanym czujnikami poziomu cieczy 25, a wlot pompy 18 jest połączony z wypływem kadłuba 10 zespołu odciążenia.The pressure hull 9 of the compressor, shown in Fig. 2, together with the body 10 of the unloading unit, forms a chamber vented by the valve 23, in which the disc 1 rotates, mounted on the shaft 2 with an axially supported bearing 3 supported by the spring 40, and which has a sliding ring 5 attached, forming a transverse slot. with a stop ring 6 connected by elastic elements 7 to a fixed ring 8 which is embedded in the body 9 and the ring 6 is sealed against the body 9 by a gasket 27, while the chamber 11 behind the disc 1 is connected by a conduit 17 to a pump 18 and a hydraulic accumulator 21, forcing liquid into chamber 22, the capacity of which is regulated by a bleed valve 24 controlled by liquid level sensors 25, and the inlet of pump 18 is connected to the discharge of the body 10 of the relief assembly.

Przedstawiony na rys. fig. 3 kadłub odciążenia, posiada zamkniętą komorę 29, do której spływa ciecz z zespołu odciążenia w chwili zatrzymania sprężarki.The unloading frame shown in Fig. 3 has a closed chamber 29 into which the liquid flows from the unloading assembly when the compressor is stopped.

Przedstawiony na rysunku fig. 4 zespół tarczy odciążającej, posiada podatny pierścień oporowy 6, połączony z pierścieniem stałym 8 przez warstwę elastomeru 28.The relief disc assembly shown in FIG. 4 has a flexible stop ring 6 connected to the stationary ring 8 by an elastomer layer 28.

Przedstawiony na rysunku fig. 5 zespół tarczy odciążającej, posiada podatny pierścień ślizgowy 5, połączony z tarczą odciążającą 1 przez elementy sprężyste 7 i uszczelniony względem tarczy 1 uszczelką 27.The relief disk unit shown in FIG. 5 has a flexible slip ring 5 connected to the relief disk 1 by elastic elements 7 and sealed against the disk 1 by a seal 27.

Przedstawiony na rysunku fig. 6 zespół tarczy odciążającej, posiada podatny pierścień ślizgowy 5, połączony z tarczą odciążającą 1 przez warstwę elastomeru 22.The relief disk assembly shown in FIG. 6 has a flexible slip ring 5 connected to the relief disk 1 through an elastomer layer 22.

Claims

1.A set of an axial force relieving disk in a rotary radial compressor, characterized in that the compressor's discharge casing (9) together with the unloading housing (10) closes the vented space with a valve (23) in which the disk (1) is mounted on the shaft (2) an axially gripped bearing (3) supported by a spring (4) and which has a ring (5) attached, forming a transverse slot with a ring (6) connected by an elastic element (7) with a fixed ring (8) embedded in the body (9) against which the ring ( 6) is sealed with a gasket (27), and the chamber (11) behind the disk (1) is connected by a longitudinal gap between the sleeve (12) pressing the disk (1) and the fixed sleeve (13) in the body (10) with the stuffing box chamber (14) connected by a pipe (15) to the tank (16), while the pump (18) cooperating with the accumulator (21) driven by a motor (19) controlled by a rotation transducer (20) forces the liquid through the line (17) to the chamber (22) in which the amount of liquid is it controls the transducer (24) connected to the probes (25) and, moreover, the flow from the chamber (11) to the reservoir (16) is opened by a valve (26) controlled by a rotation transducer (20).

2. An axial force relieving plate assembly in a centrifugal radial compressor, characterized in that in the space formed between the pressure casing (9) and the unloading casing (10), there is a plate (1) with a ring (5) attached to the shaft ( 2) an axially gripped bearing (3) supported by a spring (4), and the ring (5) forms a transverse gap with the thrust ring (6), connected by elastic elements (7) with the fixed ring (8), which is embedded in the body (9) ) the ring (6) is sealed against the body (9) with a seal (27), while the chamber (22) under the disc is connected by a pipe (17) with a pump (18) cooperating with a hydraulic accumulator (21) and the pump inlet (18) ) is connected to the outflow of the body (10) of the relief assembly.

A relieving plate assembly according to claim 1, A method as claimed in claim 1 or 2, characterized in that the flexible abutment ring (6) is connected to the fixed ring (8) with an elastomer layer (28).

PL 207 968 B1

4. A relieving plate assembly as claimed in claim 1, A method as claimed in claim 1 or 2, characterized in that it has a flexible sliding ring (5) connected to the relieving disc (1) by elastic elements (7) and sealed against the disc (1) by a seal (27).

5. A relieving plate assembly as claimed in claim 1, A device as claimed in claim 1, characterized in that it has a flexible slip ring (5) connected to the relieving disc (1) through an elastomer layer (28).