Конструктивные схемы турбокомпрессоров

Турбокомпрессоры могут быть выполнены по конструктивным схемам, отличающимся взаимным расположением рабочих колес компрессора, турбины и опор ротора (подшипников). Конструкция турбокомпрессора должна обеспечивать работу при следующих условиях: высокая температура отработавших газов (до 1300 К); высокие частоты вращения ротора (до 350 000 об/мин в зависимости от размеров колес); высокие свойства проточной части.

Рассмотрим четыре конструктивные схемы турбокомпрессоров.

1. Бесконсольная схема.

По этой схеме опоры располагают по концам ротора. Схема с внешним расположением подшипников показана на рис. 6.2, и применяется в турбокомпрессорах с осевой турбиной.

Рис. 6.2. Бесконсольная схема турбокомпрессора

Внешнее расположение подшипников обеспечивает хороший доступ к ним, равномерное распределение нагрузки, меньший подвод тепла к подшипникам.

К недостаткам внешнего расположения подшипников можно отнести большие габариты, более толстый и тяжелый вал, худшая соосность подшипников, расположенных в разных корпусах, сложность входного устройства компрессора, затрудненный доступ к проточным частям.

2. Двухконсольная схема.

В двухконсольной схеме подшипники располагаются между рабочими колесами, а рабочие колеса, соответственно, располагаются консольно (рис. 6.3). По такой схеме изготавливают как турбокомпрессоры с радиальной турбиной, так и с осевой.

Рис. 6.3. Двухконсольная схема турбокомпрессора

При внутреннем расположении опор достигаются небольшие габариты и масса и, соответственно, небольшой момент инерции ротора, что способствует повышению приемистости турбокомпрессора. Благоприятные условия для входа воздуха в компрессор повышают КПД. Конструкция турбокомпрессора обеспечивает легкость обслуживания проточных частей.

Недостатками конструкции являются повышенное трение из-за большего диаметра подшипников, более сильный нагрев подшипника из-за близости колеса турбины (требуется более интенсивное охлаждение), замена подшипников требует большого объема работ.

3. Одноконсольная схема.

Одноконсольная схема турбокомпрессора показана на рис. 6.4.

Рис. 6.4. Одноконсольная схема турбокомпрессора

Рабочее колесо компрессора крепится консольно, а турбинный подшипник устанавливается снаружи.

Достоинства схемы: компактность, минимальные потери на входе в компрессор, хорошие условия работы турбинного подшипника и удобство его обслуживания.

Недостатками конструкции являются затрудненный доступ к подшипнику компрессора и сложное обеспечение соосности подшипников.

4. Монороторная схема.

В монороторной схеме рабочие колеса компрессора и радиальной турбины непосредственно соприкасаются друг с другом, а оба подшипника располагаются снаружи колеса компрессора (рис. 6.5).

Рис. 6.5. Монороторная схема турбокомпрессора

Схема позволяет уменьшить диаметр наружного подшипника, обеспечить хороший доступ к подшипникам и их меньший нагрев.

Недостатком конструкции является подогрев наддувочного воздуха вследствие нагрева колеса компрессора от турбины, что снижает ее КПД и увеличивает работу на привод компрессора.