РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР
ROTARY PISTON COMPRESSOR

Изобретение касается области компрессоростроения и может быть использовано в стационарных и транспортных газовых (воздушных) и холодильных установках, кондиционерах и тепловых насосах.
Преимущества роторно-поршневых компрессоров перед поршневыми состоят в отсутствии элементов с возвратно-поступательным движением, что позволяет обеспечить хорошие удельные показатели по массе и габаритам, снижение уровня вибраций и шума.
Известен роторно-поршневой компрессор, содержащий эпитрохоидный корпус с передней и задней боковыми крышками и размещенным в его полости ротором, расположенным на эксцентриковом валу, при этом корпус, боковые крышки и ротор образуют рабочие камеры переменного объема, систему смазки рабочих поверхностей компрессора, содержащую маслобак для содержания смазки, устройство распыления смазки в виде эжектора, сопло которого сообщено трубкой с упомянутым маслобаком, и систему каналов, выполненных в эксцентриковом валу и соединяющих эжектор с рабочими камерами (А.С. СССР №315800, опубл. 01.10.1971, бюл. №29).
Специфика роторно-поршневых компрессоров состоит в том, что из-за недостатка места для размещения эффективных торцевых уплотнений ротора и сложности удаления из него масла, наиболее простым и надежным способом предотвращения его избыточного количества, попадающего в рабочие камеры, является дозирование его подачи.
Недостатки известного роторно-поршневого компрессора:
1. Нет дозирования количества подаваемого масла.
2. Поскольку эжектор соединен постоянно с рабочими камерами и маслобаком, через него при всасывании подсасывается избыточное, неконтролируемое количество масла, которое из-за ранее отмеченной специфики роторно-поршневых компрессоров большей частью выбрасывается в газовых (воздушных) роторно-поршневых компрессорах в атмосферу, ухудшая экологию, увеличивая убыль масла из системы, приводит к усиленному нагарообразованию, особенно в нагнетательном клапане.
3. Дополнительно требуется маслобак, конструктивно не входящий в компрессор, расположенный вне его, как и эжектор с маслопроводами. При низких температурах окружающей среды, доходящих по условиям эксплуатации до минус 55°С, масло настолько загустевает, что без его принудительного подогрева в маслобаке посторонним источником тепла эжектор (да, пожалуй, и другого типа насос) не может его подсосать из маслобака и подать потребителю.
4. Эжектор работает только при наличии определенного перепада давлений, тогда как в эксплуатации он может быть (значительно) ниже, например, при выполнении пескоструйных, покрасочных и др. работ, при которых эжектор не работает.
5. Эжектор выполняется из труб малого наружного диаметра - порядка 8…10 мм, а поскольку они расположены вне компрессора, легко могут быть повреждены (поломаны) при транспортировке и эксплуатации компрессора.
6. Установка эжектора перед передним концом вала исключает (или сильно усложняет) возможность установки на него крыльчатки нагнетающего вентилятора.
Известен также роторно-поршневой компрессор, содержащий эпитрохоидный корпус с передней и задней боковыми крышками и размещенным в его полости ротором, расположенным на эксцентриковом валу, при этом корпус, боковые крышки и ротор образуют рабочие камеры переменного объема, систему смазки рабочих поверхностей компрессора, имеющую картер для содержания смазки, устройство распыления смазки в виде эжектора, сопло которого сообщено трубкой с донной частью картера, систему каналов, соединяющих эжектор с рабочими камерами, и устройство для дозирования подачи смазки в осевое сверление эксцентрикового вала (А.С. СССР №1231263, опубл. 15.05.1986, бюл. №18, прототип).
В этом компрессоре частично устранен первый из перечисленных выше недостатков, а именно, - на входе в радиальное сверление эксцентрикового вала установлен дозатор в виде поворотной заслонки с приводом, снабженным реле времени, что позволяет уменьшить количество подаваемой газомаслянной смеси в вал в период процесса расширения.
Однако этот дозатор усложняет конструкцию и снижает надежность работы компрессора.
Кроме того, он имеет остальные перечисленные выше недостатки.
В основу изобретения поставлена задача создания роторно-поршневого компрессора, в котором за счет изменения места размещения эжектора и коммутации каналов системы смазки, а также введения новых конструктивных элементов, обеспечивается экономичная дозированная подача смазки к трущимся поверхностям компрессора.
Поставленная задача решается тем, что в роторно-поршневом компрессоре, содержащем эпитрохоидный корпус с передней и задней боковыми крышками и размещенным в его полости ротором, расположенном на эксцентриковом валу, при этом корпус, боковые крышки и ротор образуют рабочие камеры переменного объема, систему смазки рабочих поверхностей компрессора, имеющую картер для содержания смазки, устройство распыления смазки в виде эжектора, сопло которого сообщено трубкой с донной частью картера, систему каналов, соединяющих эжектор с рабочими камерами, и устройство для дозирования подачи смазки, согласно изобретению система каналов реализована в виде радиального или наклонного отверстия, выполненного в корпусе в зоне расширения, и соединенного с ним через камеру большего диаметра отверстия, проходящего в осевом направлении через корпус, фланец задней боковой крышки и передний фланец картера, и соединенного с эжектором, а на рабочих поверхностях боковых крышек выполнены радиальные каналы для соединения через кольцевой зазор, образованный между эксцентриковым валом и задней боковой крышкой, полости картера с рабочими камерами в период всасывания, а устройство для дозирования подачи смазки выполнено в виде подпружиненного клапана и разрезного упругого кольца, преимущественно из антифрикционного материала, имеющего зазор заданной дозирующей величины в месте разреза, из которых подпружиненный клапан установлен перед эжектором в упомянутой камере большего диаметра, а разрезное кольцо установлено в кольцевом зазоре между эксцентриковым валом и задней боковой крышкой, причем упругим кольцом перекрыт этот кольцевой зазор и сформирован в месте его разреза зазор заданной дозирующей величины.
Над подпружиненным клапаном выполнен буферный объем.
Разрезное кольцо может быть установлено как в кольцевой канавке, выполненной в отверстии задней боковой крышки, так и в кольцевой канавке, выполненной в теле эксцентрикового вала.
В картере установлено дополнительное средство разбрызгивания смазки, выполненное в виде находящихся в зацеплении ведущей и ведомой шестерен, при этом ведущая шестерня жестко закреплена на эксцентриковом валу, а ось ведомой шестерни неподвижно закреплена в нижней части задней боковой крышки таким образом, что часть этой шестерни расположена ниже нижней отметки уровня смазки.
Выполнение компрессора в соответствии с предложенным изобретением обеспечивает следующие преимущества:
В предложенном компрессоре обеспечивается более точное дозирование количества подаваемого к трущимся частям рабочих камер масла.
При всасывании подсасывается необходимое и контролируемое количество масла. Поэтому сокращается до минимума его выброс в атмосферу, уменьшается нагарообразование. Отпадает необходимость в маслобаке, поскольку картер конструктивно входит в компрессор. При низких температурах окружающей среды осуществляется подогрев масла от задней боковой крышки компрессора. Несмотря на то, что эжектор работает только при наличии определенного перепада давлений, а в эксплуатации он может быть (значительно) ниже, например, при выполнении пескоструйных, покрасочных и др. работ, при которых эжектор не работает, однако и при этом система смазки работает, поскольку масло разбрызгивается дополнительной, дублирующей системой, состоящей из двух находящихся в зацеплении вращающихся шестерен, нижняя из которых - ведомая - постоянно находится в масляной ванне картера.
Так как эжектор помещен в картер, исключается возможность повреждения его трубок при транспортировке и эксплуатации компрессора.
Изобретение поясняется чертежами, на которых представлены:
фиг.1 - продольный разрез компрессора,
фиг.2 - поперечный вид компрессора со снятой передней крышкой,
фиг.3 и фиг.4 - фрагменты системы смазки,
фиг.5 и фиг.6 - варианты расположения дозирующих колец.
Роторно-поршневой компрессор (далее компрессор) состоит из эпитрохоидного корпуса 1, закрытого с торцов передней 2 и задней 3 боковыми
крышками, эксцентрикового вала 4, на эксцентриковой части которого установлен ротор 5. К торцу задней боковой крышки 3 прикреплен картер 6, закрытый с заднего торца крышкой картера 7. Нижняя часть картера заполнена маслом (фиг.1), сапуна в картере нет.
Эпитрохоидный корпус 1, боковые крышки 2, 3 и ротор 5 образуют рабочие камеры 8 и 9 переменного объема. На фиг.2 ротор 5 изображен в двух положениях: сплошной линией, когда объем камеры 8 минимальный (вредный), камеры 9 - максимальный (полный), а пунктирной линией - в промежуточном положении, когда начинает открываться впускное окно 10.
Нагнетательный клапан 11 установлен в выпускном (нагнетательном) колодце корпуса 1. В роторе 5 установлены радиальные 12 и торцевые 13 уплотнительные планки, поджимаемые к рабочим поверхностям экспандерами и обеспечивающие герметизацию рабочих камер 8 и 9.
Система смазки (фиг.2, 3 и 4) компрессора реализована в виде наклонного или радиального отверстия 14, выполненного в рабочей поверхности эпитрохоидного корпуса 1 в зоне процесса расширения и соединенного с ним осевого отверстия 15, насквозь проходящего через эпитрохоидный корпус 1, фланец задней боковой крышки 3 и передний фланец картера 6, к которому соосно подключен эжектор, состоящий из сопла 16 и трубки 17 (фиг.1, 3, 4), при этом к радиальному 14 или осевому 15 отверстиям в эпитрохоидном корпусе выполнена соосно или перпендикулярно соединенная с ними цилиндрическая камера 18 большего, чем подходящие отверстия 14 и 15 диаметра, закрытая с торца при осевом расположении камеры передней боковой крышкой 2 (фиг.3), при радиальном расположении - заглушкой 19 (фиг.4). В цилиндрической камере 18 установлен самодействующий клапан 20 в виде поршня (фиг 3, 4) или шарика, на фигурах не показанного. К цилиндрической камере 18 присоединен дополнительный буферный объем 21, а над поршнем (шариком) установлена пружина 22; на рабочих поверхностях боковых крышек 2 и 3 выполнены радиальные каналы 23 (фиг.2), соединяющие через кольцевой зазор между эксцентриковым валом 4 и задней боковой крышкой 3 полость картера 6 с рабочими камерами 8 и 9 в период процесса всасывания.
Размещение эжектора внутри картера 6 вблизи задней боковой крышки 3 улучшает условия его работы при низких температурах, поскольку при работе компрессора крышка 3 подогревается, подогревая и расположенное вблизи нее масло, снижая его вязкость. Эжектор внутри картера предохранен от поломки В месте прохождения эксцентрикового вала 4 в отверстии задней боковой крышки 3 в ней или в эксцентриковом валу выполнены кольцевые канавки для установки преимущественно из антифрикционного материала разрезных колец 24 (фиг.5) или 25 (фиг.6), которые прижимаются к эксцентриковому валу 4 (фиг.5) или к отверстию задней боковой крышки 3 (фиг.6) силой собственной упругости и в месте разреза имеют зазор заданной величины, который дозирует количество поступающей на смазку трущихся деталей рабочих камер газомасляной смеси.
Компрессор дополнительно содержит внутри картера жестко закрепленную на эксцентриковом валу 4 ведущую шестерню 26 и находящуюся с ней в постоянном зацеплении ведомую шестерню 27 (фиг.1), установленную на оси 28, которая неподвижно закреплена в приливе нижней части задней боковой крышки 3 таким образом, чтобы нижняя часть ведомой шестерни постоянно находилась в масле не зависимо от его уровня. Указанная шестеренная пара является дополнительным дублирующим средством разбрызгивания смазки.
Компрессор работает следующим образом. Эксцентриковый вал 4 приводится во вращение от вала двигателя (условно не показано). От эксцентрикового вала вращение передается ротору 5, который совершает планетарное движение, вращаясь с валом и проворачиваясь относительно него. При вращении ротора объем рабочих камер 8 и 9 циклически изменяется от минимального до максимального, за счет чего осуществляется рабочий процесс. На фиг.1 и 2 сплошными линиями ротор 5 изображен в исходном положении, когда в рабочей камере 8 закончился процесс нагнетания, в рабочей камере 9 закончился процесс всасывания, идет инерционное дозаполнение. На фиг.2 пунктирными линиями ротор 5 изображен в промежуточном положении, когда в рабочей камере 8 закончился (или близок к окончанию) процесс расширения и радиальной планкой 12 начинает открываться впускное окно 10, начиная процесс всасывания. Газ засасывается через впускное окно 10. В рабочей камере 9 протекает процесс сжатия, при достижении давления нагнетания открывается нагнетательный клапан 11 и сжатый газ выталкивается из нее. После прихода ротора 5 в исходное положение рабочие камеры 8 и 9 поменялись местами, далее цикл повторяется.
Смазка компрессора осуществляется газомасляной смесью. При прохождении радиальной уплотнительной планкой 12 радиального отверстия 14 (фиг.3, 4) газ, имеющий повышенное давление, выталкивается в него, отжимает пружину 22 и, как показано на рис.3 и 4, перемещает поршень (шарик) 20 в крайнее левое положение (фиг. 3) или крайнее верхнее положение (фиг. 4), открывая проход газовому потоку в осевое отверстие 15, сопло 16 эжектора и создавая в его меньшем по площади сечении разрежение, за счет которого по трубке 17 масло подсасывается из картера 6 и выбрасывается соплом 16 в картер в виде мелкораспыленной газомасляной смеси, заполняющей картер. Поскольку с картером через кольцевой зазор между задней боковой крышкой 3 и эксцентриковым валом 4, а также радиальными каналами 23 соединяются рабочие камеры 8 и 9, в период протекания в них процесса всасывания газомасляная смесь засасывается в них. Для дозирования количества поступающей на смазку газомасляной смеси в кольцевом зазоре установлены в задней боковой крышке 3 (фиг. 5) или в эксцентриковом вале 4 (фиг. 6) упругие разрезные кольца 24 или 25, имеющие зазор заданной (дозирующей) величины Но с рабочими камерами 8 и 9 в период процесса всасывания связано и сопло 16 эжектора, через которое газомасляная смесь может подсасываться в рабочие камеры. Чтобы блокировать ее поступление или ограничить необходимым количеством для смазки рабочей поверхности эпитрохоидного корпуса 1, установлены поршень (шарик) 20, которые под действием разрежения в рабочих камерах 8 или 9 и усилия пружины 22 садятся на свои седла, полностью или частично перекрывая проход для подсоса газомасляной смеси. Таким образом, удается избежать повышенного расхода масла, нагарообразования, выброса в атмосферу, улучшения экологии. Отсутствие сапуна также способствует этому. Дополнительный буферный объем 21 ослабляет действие насосных ходов и облегчает перемещение поршня (шарика) 20.
Для обеспечения надежной, бесперебойной работы компрессора применена и дублирующая система смазки. При большой вязкости масла и работе компрессора на пониженных режимах, когда давление газа в процессе расширения недостаточное и эжектор работать не может, масло в картере 6 будет разбрызгиваться погруженной в него ведомой шестерней 27, приводимой во вращение ведущей шестерней 26.