RU175135U1 - COMPRESSOR AND DETANDER UNIT - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области холодильной техники, а именно к компрессорно-детандерным агрегатам, которые используются в воздушных холодильных установках. Описанный компрессорно-детандерный агрегат имеет корпус, к которому крепятся компрессор и детандер, расположенные на одном валу с электродвигателем. При этом силовая схема корпуса выполнена в виде двух плит, стянутых силовыми колонками. Каждая силовая колонка представляет собой распорную втулку и стяжку.The utility model relates to the field of refrigeration technology, namely to the compressor-expander units that are used in air refrigeration units. The described compressor-expander unit has a housing to which the compressor and the expander are mounted, located on the same shaft as the electric motor. In this case, the power circuit of the housing is made in the form of two plates pulled together by power columns. Each power column is a spacer sleeve and a coupler.

Технический результат заключается в повышении экономичности и снижении трудозатрат при производстве малых партий компрессорно-детандерных агрегатов. 1 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

The technical result consists in increasing efficiency and reducing labor costs in the production of small batches of compressor-expander units. 1 n and 1 z.p. f-ly, 1 ill.

Description

Заявленная полезная модель относится к компрессорно-детандерным агрегатам холодильных установок, а точнее к способу выполнения силовой схемы компрессорно-детандерных агрегатов.The claimed utility model relates to compressor-expander units of refrigeration units, and more specifically to a method of performing a power circuit of compressor-expander units.

Компрессорно-детандерный агрегат холодильной установки - это компрессор и детандер, установленные на одном валу электродвигателя. Такой агрегат может применяться в воздушных холодильных установках, а также в смежных областях.The compressor-expander unit of a refrigeration unit is a compressor and an expander installed on the same motor shaft. Such a unit can be used in air refrigeration units, as well as in related areas.

Воздушная холодильная установка (ВХУ) - это разновидность холодильных установок, в которых в качестве рабочего тела используется воздух. Такие установки относятся к установкам замкнутого цикла. Воздух поступает в компрессор и адиабатно сжимается с повышением температуры. После этого, при помощи охладителей (чаще всего теплообменники с внешней средой или с обратным холодным потоком), сжатый воздух охлаждается и поступает в детандер, где адиабатно расширяется с понижением температуры. Охлажденный воздух поступает к охлаждаемому объекту, взаимодействует с ним и направляется обратно к компрессору.Air refrigeration unit (VHU) is a type of refrigeration unit in which air is used as a working medium. Such settings relate to closed loop installations. Air enters the compressor and adiabatically compresses with increasing temperature. After that, using coolers (most often heat exchangers with the external environment or with a reverse cold flow), the compressed air is cooled and enters the expander, where it adiabatically expands with decreasing temperature. Cooled air enters the cooled object, interacts with it and is sent back to the compressor.

Отличительные особенности ВХУ:Distinctive features of VHU:

1) снижение энергопотребления. Часть энергии сжатого воздуха идет на вращение детандера. Если детандер и компрессор расположены на одном валу, то часть энергии, затрачиваемой на вращение компрессора, компенсируется;1) lower power consumption. Part of the energy of compressed air goes to the rotation of the expander. If the expander and compressor are located on the same shaft, then part of the energy spent on the rotation of the compressor is compensated;

2) экологичность, простота обслуживания. В отличие от применяемых токсичных хладагентов (например распространенные насыщенные алифатические фторсодержащие углеводороды), применяемый в качестве хладагента воздух не токсичен. Это делает ВХУ экологически чистыми холодильными установками;2) environmental friendliness, ease of maintenance. Unlike used toxic refrigerants (for example, common saturated aliphatic fluorinated hydrocarbons), the air used as a refrigerant is not toxic. This makes VHU environmentally friendly refrigeration units;

3) безопасность. Применяемый хладагент не взрыво-, пожароопасен, в отличие от применяемых хладагентов (например аммиак, пропан, бутаны и другие углеводороды). Рабочее давление не превышает 1 бар (изб), это делает ВХУ безопасными для эксплуатации холодильными установками.3) security. The refrigerant used is not explosive, fire hazard, unlike the refrigerants used (for example, ammonia, propane, butanes and other hydrocarbons). The operating pressure does not exceed 1 bar (g), this makes the VHU safe for operation by refrigeration units.

Подобные ВХУ хорошо описаны в уровне техники (патентная заявка JP 2010025438 А, МПК F28D 9/02, F25B 9/00, опубл. 04.02.2010).Such VCUs are well described in the prior art (patent application JP 2010025438 A, IPC F28D 9/02, F25B 9/00, published 04.02.2010).

Выполнение детандера и компрессора на одном валу двигателя, при необходимости достижения герметичности, вызывает определенные сложности. Необходимо, при обеспечении высокой герметичности, достичь приемлемого снижения шумов и вибраций и обеспечить высокую прочность конструкции при работе с большой разницей давлений на разных концах агрегата. Таким образом, крайне важным является выполнение силовой схемы корпуса компрессорно-детандерного агрегата.The implementation of the expander and compressor on the same shaft of the engine, if necessary, to achieve tightness, causes certain difficulties. It is necessary, while ensuring high tightness, to achieve an acceptable reduction in noise and vibration and to ensure high structural strength when working with a large pressure difference at different ends of the unit. Thus, it is extremely important to carry out the power circuit of the housing of the compressor-expander unit.

В настоящее время для изготовления корпусов применяются следующие способы и решения.Currently, the following methods and solutions are used for the manufacture of cases.

1. Фрезерование из цельной заготовки. Данный способ имеет следующие недостатки:1. Milling from a single piece. This method has the following disadvantages:

большой расход материала - коэффициент использования материала до 25%, high material consumption - material utilization up to 25%,

значительные трудозатраты, significant labor costs

дорогая оснастка, expensive equipment

изготовление цельного корпуса представляет собой достаточно сложную технологическую задачу, the manufacture of a one-piece casing is a rather complicated technological task,

и как результат - высокая сложность производства изделия, трудность изготовления нескольких изделий разных размеров.and as a result, the high complexity of manufacturing the product, the difficulty of manufacturing several products of different sizes.

2. Литье. Данный способ имеет хорошие показатели только при достаточно массовом производстве изделий:2. Casting. This method has good performance only with sufficiently mass production of products:

длительное время на разработку (перепроектирование изделия под данный способ производства), требование проведения этих работ для каждого типоразмера изделия, a long time for development (redesigning the product for this method of production), the requirement to carry out these works for each size of the product,

дополнительное значительное время на проектирование и производство моделей и оснастки, significant additional time for the design and production of models and accessories,

дополнительное время на согласование моделей и технологии литья с литейным производством, additional time for approval of models and casting technology with foundry,

значительная стоимость оснастки, significant tooling costs,

как итог: для малых партий и мелкосерийного производства способ очень трудозатратный, что приводит к ограничению возможности мелкосерийного производства.as a result: for small batches and small-scale production, the method is very labor-intensive, which leads to a limitation of the possibility of small-scale production.

Из уровня техники известен высокоэффективный способ выполнения силовой схемы корпуса станков в виде стянутых направляющими колонками плит (патент РФ RU № 2200071 С2, МПК В21Н 1/22, В21Н 7/14, опубл. 10.03.2003). Такое выполнение обеспечивает высокую надежность схемы при одновременной простоте и трудозатратах изготовления. Это решение не относится к компрессорно-детандерным агрегатам холодильных машин, однако имеет много общего с заявленной полезной моделью. Также подобные схемы успешно применяются в иных областях техники: патент РФ RU № 2108647 С1 - корпус блока генерации лазерного излучения; патент РФ RU № 2206851 С1 - корпус кожухопластинчатого теплообменника и т.д. Все эти схемы, как уже указывалось, не относятся к схемам корпусов компрессорно-детандерных агрегатов.From the prior art there is known a highly efficient method of performing a power circuit of the machine tool body in the form of plates pulled together by guide columns (RF patent RU No. 2200071 C2, IPC B21H 1/22, B21H 7/14, publ. 10.03.2003). This embodiment provides high reliability of the circuit with simultaneous simplicity and labor costs of manufacturing. This solution does not apply to the compressor-expander units of refrigeration machines, however, it has much in common with the claimed utility model. Also, such schemes are successfully used in other areas of technology: RF patent RU No. 2108647 C1 - laser radiation generation unit body; RF patent RU No. 2206851 C1 - casing of a plate-plate heat exchanger, etc. All these schemes, as already mentioned, do not apply to the schemes of the compressor-expander units.

При этом заявителю неизвестен опыт применения подобных схем при конструировании корпусов компрессорно-детандерных агрегатов ВХУ.At the same time, the applicant is not aware of the experience of using such schemes in the design of bodies of compressor-expander assemblies of VHU.

В качестве формального прототипа заявленной полезной модели (можно выбрать, например, высокоскоростную турбомашину (патент РФ RU № 2206755 С1, МПК F01D 15/00, опубл. 20.06.2003). Описанная турбомашина включает корпус, который выполнен частично из блока подшипников и статорной части турбомашины (такой блок невозможно выполнить иначе, чем описанными методами литья/фрезировки со всеми вытекающими недостатками), а также тонкостенной оболочки.As a formal prototype of the claimed utility model (you can choose, for example, a high-speed turbomachine (RF patent RU No. 2206755 C1, IPC F01D 15/00, publ. 06/20/2003). The described turbomachine includes a housing that is partially made from the bearing block and the stator part turbomachines (such a block cannot be performed otherwise than by the described casting / milling methods with all the ensuing drawbacks), as well as a thin-walled shell.

Задачей настоящей полезной модели является создание компрессорно-детандерного агрегата, схема которого позволяла бы производство в любых сериях без серьезных трудозатрат на переработку и с существенной экономией материала.The objective of this utility model is to create a compressor-expander unit, the scheme of which would allow production in any series without serious labor costs for processing and with significant material savings.

Задача решается адаптацией схемы корпуса, применяемой в станкостроении к компрессорно-детандерным агрегатам.The problem is solved by adapting the housing scheme used in machine tools to compressor-expander units.

Технический результат заключается в снижении трудозатрат в производстве, при одновременно высоком коэффициенте использования материала. Обеспечивается возможность производства как крупных серий, так и организации мелкосерийного производства компрессорно-детандерных агрегатов различных размеров.The technical result is to reduce labor costs in production, while at the same time a high utilization of the material. It is possible to produce both large series and the organization of small-scale production of compressor-expander units of various sizes.

Иначе говоря, технический результат можно сформировать как повышение экономичности и снижение трудозатрат в производстве малых партий компрессорно-детандерных агрегатов.In other words, the technical result can be formed as increasing profitability and reducing labor costs in the production of small batches of compressor-expander units.

Техническая задача решается, а результат достигается тем, что компрессорно-детандерный агрегат, содержащий корпус, к которому крепятся компрессор и детандер, расположенные на одном валу с электродвигателем, выполнен так, что силовая схема корпуса представляет собой силовую плиту компрессора и силовую плиту детандера, стянутые между собой силовыми колонками, состоящими из стяжек и распорных втулок.The technical problem is solved, and the result is achieved in that the compressor-expander unit comprising a housing to which a compressor and an expander are mounted, located on the same shaft as an electric motor, is configured such that the power circuit of the housing is a compressor power plate and an expander power plate between themselves by power columns, consisting of couplers and spacers.

Дополнительно можно отметить, что заявленная схема компрессорно-детандерного агрегата и корпуса компрессорно-детандерного агрегата обеспечивает:Additionally, it can be noted that the claimed scheme of the compressor-expander unit and the housing of the compressor-expander unit provides:

значительное сокращение времени подготовки к производству по сравнению с литьем; a significant reduction in preparation time for production compared to casting;

упрощение конструкции и сокращение времени разработки и изготовления оснастки; simplification of the design and reduction of the time of development and manufacturing of equipment

сокращение сроков изготовления по сравнению с фрезерованием цельного изделия из одной заготовки; shorter production times compared to milling a single product from a single workpiece;

уменьшение трудоемкости изготовления изделия в целом; reducing the complexity of manufacturing the product as a whole;

упрощение технологии изготовления; simplification of manufacturing technology;

упрощение процесса исправления брака (замена только бракованной части корпуса, по сравнению с отбраковкой всего корпуса); simplification of the process of correcting marriage (replacing only the defective part of the hull, compared with the rejection of the entire hull);

повышение коэффициента использования материала (до 90%); increase in material utilization (up to 90%);

Как итог, предлагаемый способ выполнения силовой схемы корпуса компрессорно-детандерного агрегата сокращает и упрощает производство изделий, уменьшает себестоимость изделий в мелкосерийном производстве, при сохранении возможности организации крупносерийного производства.As a result, the proposed method of performing the power circuit of the compressor-expander unit body reduces and simplifies the production of products, reduces the cost of products in small-scale production, while maintaining the possibility of organizing large-scale production.

Вышеописанные черты и преимущества, а также иные, очевидные для специалиста плюсы настоящей полезной модели, а также средства и методы их достижения станут более ясными и понятными на основании дальнейшего описания различных способов и форм реализации заявленной полезной модели со ссылками на фигуры чертежей.The above features and advantages, as well as other advantages of the present utility model that are obvious to the specialist, as well as the means and methods for achieving them, will become more clear and understandable based on the further description of the various methods and forms of implementation of the claimed utility model with reference to the figures of the drawings.

На фиг. 1 представлена схема компрессорно-детандерного агрегата.In FIG. 1 shows a diagram of a compressor-expander unit.

Заявленный компрессорно-детандерный агрегат содержит компрессор 1, детандер 2, вал 3, электродвигатель 4. Компрессор 1 и детандер 2 крепятся к корпусу и расположены на одном валу 3 с электродвигателем 4. Силовая схема корпуса компрессорно-детандерного агрегата конструктивно выполнена в виде плиты компрессора 5, плиты детандера 6, стянутых между собой при помощи 4-х силовых колонок. Колонки состоят из стяжек 8 и распорных втулок 7 для обеспечения точного размера между плитами и обеспечения их параллельности. Распорные втулки 7 по торцам обрабатываются с одной установки, что обеспечивает их высокую точность и технологическую простоту изготовления. Конструкция корпуса компрессорно-детандерного агрегата, выполненная по данной схеме, обеспечивает корпусу максимальную жесткость при минимальных затратах на его изготовление. Так для специалиста будет очевидным возможность легкого изготовления плит 5 и 6 совершенно различных размеров и форм для адаптации под конкретные, мелкосерийные модели компрессорно-детандерных агрегатов ВХУ специализированного назначения.The claimed compressor-expander unit contains a compressor 1, expander 2, shaft 3, an electric motor 4. The compressor 1 and expander 2 are attached to the housing and are located on the same shaft 3 with an electric motor 4. The power circuit of the compressor-expander unit casing is structurally made in the form of a compressor plate 5 , expander plates 6, pulled together by means of 4 power columns. The columns consist of screeds 8 and spacer sleeves 7 to ensure accurate size between the plates and ensure their parallelism. Spacer sleeves 7 at the ends are processed from one installation, which ensures their high accuracy and technological simplicity of manufacture. The design of the casing of the compressor-expander unit, made according to this scheme, provides the casing with maximum rigidity at the minimum cost of its manufacture. So for a specialist it will be obvious the possibility of easily manufacturing plates 5 and 6 of completely different sizes and shapes for adaptation to specific, small-scale models of compressor-expander units of specialized industrial-type vacuum equipment.

Из уровня техники известно большое число различных, экономичных и нетрудозатратных способов выполнения как описанных силовых плит, так и силовых колонок. Предпочтительно плиты изготавливаются токарно-фрезерной обработкой, распорные втулки - точением с последующим сверлением и совместной обработкой торцов, стяжки изготавливаются токарной обработкой. Для специалиста, на основании известных из уровня техники способов будет очевидно существенное упрощение производства заявленного корпуса компрессорно-детандерного агрегата.The prior art there are a large number of different, economical and cost-effective ways to perform as described power plates and power columns. Preferably, the plates are made by turning and milling, the spacer sleeves by turning, followed by drilling and joint processing of the ends, the couplers are made by turning. For a specialist, on the basis of methods known from the prior art, it will be obvious a significant simplification of the production of the claimed housing of the compressor-expander unit.

Предложенная силовая схема корпуса была реализована при производстве компрессорно-детандерного агрегата, состоящего из компрессора, детандера и приводного двигателя, собранных на одном валу. Установленная мощность двигателя в рабочей точке составляла 20 кВт, подача воздуха на компрессоре и детандере 0,3 кг/с. Проведенные испытания компрессорно-детандерного агрегата показали, что все параметры соответствуют расчетным значениям. Ресурсные испытания показали нормальную работоспособность корпуса, выполненного по описанной выше схеме.The proposed power circuit of the housing was implemented in the production of a compressor-expander unit consisting of a compressor, an expander and a drive motor assembled on one shaft. The installed engine power at the operating point was 20 kW, the air supply at the compressor and expander was 0.3 kg / s. The tests of the compressor-expander unit showed that all parameters correspond to the calculated values. Resource tests showed the normal performance of the case, made according to the scheme described above.

Claims (2)

1. Компрессорно-детандерный агрегат, содержащий корпус, к которому крепятся компрессор и детандер, расположенные на одном валу с электродвигателем, выполненный так, что силовая схема корпуса представляет собой силовую плиту компрессора и силовую плиту детандера, стянутые между собой силовыми колонками, состоящими из стяжек и распорных втулок.1. Compressor-expander unit containing a housing to which a compressor and an expander are mounted, located on the same shaft as an electric motor, made so that the power circuit of the housing is a compressor power plate and an expander power plate pulled together by power columns consisting of couplers and spacers. 2. Компрессорно-детандерный агрегат по п. 1, отличающийся тем, что силовая схема корпуса выполнена в виде разборного модуля.2. Compressor-expander unit according to claim 1, characterized in that the power circuit of the housing is made in the form of a collapsible module.

Images