КОМПРЕССОР РОТОРНЫЙ

Полезная модель относится машиностроению, а именно к конструкциям компрессоров, которые могут быть использованы для наддува воздухом двигателей внутреннего сгорания для повышения их крутящего момента, а также для подачи различных газов и жидкостей.
Известен компрессор роторный, корпус которого выполнен из трех герметично разделенных корпусных узлов: центрального, компрессорной камеры первой ступени с рабочей полостью и компрессорной камеры второй ступени с рабочей полостью. Компрессорные камеры отделены от центрального корпуса плитами, на которых закреплены опоры, входящие в расточки центрального корпуса. В гнездах опор размещены подшипники, в которых установлены ведущий вал и ведомый вал, кинематически связанные синхронизирующей косозубой передачей с мелким модулем. На концах валов, закреплены ведущие и ведомые роторы. Ведущие роторы имеют зубья и за ними по ходу вращения - профильные пазы. Ведомые роторы имеют впадины с уплотнительными продольными выступами. Поверхности роторов покрыты антифрикционным материалом. Роторы выполнены из металлокерамики или пластмасс. Для регулирования взаимного расположения роторов друг относительно друга и регулирования боковых зазоров, предусмотрено цанговое крепление роторов. С наружных сторон камеры закрываются крышками. В крышках выполнены выпускные окна. На корпусе имеются всасывающие и нагнетательные патрубки.
Компрессор оснащен теплообменником, установленным в магистрали, соединяющей всасывающий и нагнетательный патрубки. Перед теплообменником расположен вентилятор. В качестве привода вращения роторов компрессора использован электродвигатель, соединенный с ведущим валом компрессора.
При работе компрессора атмосферный воздух подается через всасывающий патрубок в рабочие полости компрессорных камер и попадает в полости между зубьями ведущих и ведомых роторов, где происходит его сжатие с последующей подачей на нагнетательный патрубок. Степень сжатия компрессора определяется площадью сечения выпускного окна.
(см. патент РФ №2180053, кл. F04C 18/08, 2002 г.).
В результате анализа известного компрессора необходимо отметить, что он весьма сложен конструктивно, в том числе в части конструкции подшипниковых опор, громоздок. Регулировка профильных и торцевых зазоров в компрессоре производится только при его сборке. Кроме того, в конструкции данного компрессора имеет место контакт роторов друг с другом, что снижает производительность работы компрессора и срок его эксплуатации.
Известен двухроторный компрессор, содержащий корпус с всасывающим и нагнетательным окнами и с торцевыми крышками, в которых размещены подшипниковые узлы, в опорах смонтированы кинематически связанные синхронизирующей зубчатой передачей ведущий и ведомый валы с размещенными на них ведущим и ведомым роторами. Каждый вал с одной стороны оснащен фиксированной опорой, а с другой стороны - плавающей опорой, причем на валах роторов размещены с одной стороны синхронизирующие косозубые шестерни таким образом, что одна из этих шестерен - плавающая, закреплена у плавающей опоры, а другая - зафиксированная, закреплена у фиксированной опоры.
При работе компрессора на вал роторов передается крутящий момент и роторы, синхронно вращаясь благодаря синхронизирующим шестерням, перегоняют воздух от всасывающего окна к нагнетательному.
В процессе работы компрессора происходит нагрев роторов, корпуса и крышек подшипников, причем температура роторов на 30÷40°C выше температуры корпуса и крышек подшипников за счет передачи части тепла от корпуса и крышек подшипников в атмосферу. В результате один ротор своей фиксированной опорой синхронизирующей шестерни расширяется в сторону плавающей опоры, а другой ротор расширяется от своей фиксированной опоры в сторону плавающей опоры и синхронизирующей шестерни. В результате того, что шестерни косозубые, по линии контакта будет выбираться необходимый зазор, тем самым компенсируется профильный зазор.
(см. патент РФ №2307262, кл F02C 18/08, 2007 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известного решения необходимо отметить, что его конструкция позволяет улучшить расходную характеристику двухроторного компрессора вследствие отсутствия необходимости предварительного назначения увеличенных профильных зазоров между роторами. Однако в данной конструкции, для работы компрессора необходимо устанавливать увеличенные боковые зазоры между роторами и крышками корпуса, для обеспечения возможности осевого перемещения ротора. Увеличенный зазор приводит к значительному снижению коэффициента полезного действия компрессора. Установка профильного зазора происходит за счет осевого перемещения и требует установки увеличенных торцевых зазоров, которые не менее важны, чем профильные.
Техническим результатом настоящей полезной модели является разработка компрессора роторного, обеспечивающего повышение коэффициента полезного действия, а также снижение шумовых характеристик за счет обеспечения ламинарного потока перекачиваемой среды и увеличение срока эксплуатации за счет обеспечения оптимальных условий для смазки в подшипниковых узлах.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в компрессоре роторном, содержащем полый корпус с торцевыми стенками, в которых посредством подшипников смонтированы установленные в корпусе ведущий и ведомый валы, кинематически связанные синхронизирующей зубчатой передачей, а на валах размещены ведущий и ведомый роторы, установленные с торцевыми зазорами относительно стенок, при этом в подшипниках одной из стенок валы установлены фиксировано от осевого перемещения, а в подшипниках другой стенки с - возможностью осевого перемещения относительно подшипников, на корпусе имеются всасывающее и нагнетательное окна, новым является то, что подшипники закрыты крышками, закрепленными на наружной поверхности стенок с образованием полостей между внутренней поверхностью крышки и подшипником, на внутренней поверхности корпуса выполнены выпускные каналы, подведенные к нагнетательному окну, на входе в которое установлена перегородка, причем на торцах роторов выполнены выборки, связанные с торцевыми зазорами, а на валах в области установки на них подшипников - пазы, связанные с выборками и с полостями между подшипниками и крышками.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
- на фиг.1 компрессор роторный, осевой разрез:
- на фиг.2 - место А по фиг.1;
- на фиг.3 - место Б по фиг.1;
- на фиг.4 - разрез В-В по фиг.1.
Компрессор роторный содержит полый корпус 1, по торцам закрытый передней 2 и задней 3 торцевыми стенками. Стенки могут быть сьемными, в виде крышек. Одна из стенок может быть выполнена зацело с корпусом. В торцевых стенках смонтированы ведущий 4 и ведомый 5 валы, на которых установлены соответственно, ведущий 6 и ведомый 7 роторы. Ведущий вал 4 пропущен через стенку 2 и на его конце закреплен шкив 8, имеющий возможность связи с приводом (не показан) вращения ведущего вала 4.
В корпусе имеются всасывающее 9 и нагнетательное 10 окна, к которым подведены закрепленные на корпусе всасывающий 11 и нагнетательный 12 патрубки соответственно.
На концах ведущего 4 и ведомого 5 валов закреплены находящиеся в зацеплении ведущая 13 и ведомая 14 синхронизирующие шестерни, образующие синхронизирующую зубчатую передачу.
Ведущий и ведомый роторы имеют несколько лопастей 15, между лопастями образованы впадины, каждая из которых образует с внутренней поверхностью корпуса 1 и стенками 2 и 3 рабочую полость 16. На внутренней поверхности корпуса 1 имеются постепенно расширяющиеся к нагнетательному окну 10 выпускные каналы 17, которые соединяют рабочие полости 16 между лопастями 15 роторов с нагнетательным окном 10. Благодаря наличию выпускных каналов 17 увеличиваются размеры выпускного окна и перекачивание рабочей среды становится более плавным. Кроме того, увеличивается время выпуска рабочей среды через нагнетательное окно 10, что способствует повышению эффективности работы компрессора и снижению его шумовых характеристик.
Роторы 6 и 7 по своим посадочным на валы отверстиям имеют местные расточки 18, что облегчает изготовление отверстий и монтаж роторов на валы. При сборке компрессора роторы устанавливаются в полости корпуса таким образом, чтобы между их торцами и внутренними поверхностями стенок имелись торцевые зазоры 19.
Ведущий вал 4 смонтирован на подшипниках 20 и 21, установленных, соответственно в стенках 2 и 3.
Ведомый вал 5 смонтирован на подшипниках 22 и 23, установленных, соответственно в стенках 2 и 3.
Подшипники снаружи закрыты крышками 24, 25, 26, 27.
На торцах роторов 6 и 7 в области их центральных отверстий, имеются выборки 28, сообщающиеся с торцевыми зазорами 19.
На наружной поверхности ведущего вала 4, в области размещения подшипников 20 и 21, а также на наружной поверхности ведомого вала в области размещения подшипников 22 и 23 выполнены продольные пазы 29. сообщающиеся с торцевыми зазорами 19.
В крышке 24, закрывающей подшипник 20, установлено уплотнение 30. Подшипник 20 поджат к передней крышке 2 посредством втулки 31, надетой на шейку ведущего вала 4, один торец которой контактирует с торцом шкива 8, а на другом - контактирующим с подшипником 20, выполнены радиальные прорези (позицией не обозначены). Данные прорези соединяют полость, образованную между внутренним торцом крышки 24 и подшипником 20 с продольными пазами 29.
Роторы 6 и 7 установлены в корпусе 1 таким образом, что их выступы имеют с внутренней поверхностью корпуса 1 радиальный зазор 32.
Установленные в задней стенке 3 подшипники 21 и 22 закрыты крышками 25 и 26, прикрепленными к стенке 3. Между внутренними поверхностями крышек и подшипниками образованы полости. В крышках 25 и 26 установлены имеющие опорные конусы 33 манжеты 34. Манжеты 34 установлены обратной стороной к роторам компрессора.
В конструкции компрессора роторы имеют две фиксированные подшипниковые опоры 20 и 23 в крышке передней, в которых валы имеют возможность только вращения, и две плавающие подшипниковые опоры 21 и 22 в стенке задней, в которых валы имеют возможность вращения и осевого перемещения относительно подшипников. Фиксация подшипников 20 и 23 в стенке передней происходит за счет регулировочных шайб 35, 36.
В задней стенке 3 наружные обоймы подшипников 21 и 22 зафиксированы жестко крышками 25 и 26. Внутренние обоймы подшипников 21 и 22 установлены на валах 4 и 5 с возможностью скольжения. Такое выполнение подшипниковых опор позволяет достаточно просто и удобно (так как открыто и доступно) выставить торцевые зазоры 19 при сборке компрессора.
При сборке компрессора, сначала выставляют торцевые зазоры 19, путем установки соответствующих регулировочных шайб 35, 36. Затем на корпус 1 устанавливают заднюю стенку 3 (если она съемная) и устраняют зазоры между подшипниками 21, 22 и крышками 25, 26 за счет регулировочных шайб 37. Далее выставляется профильный зазор 38, который фиксируется синхронизирующими шестернями 13, 14, закрытыми снаружи крышкой 39, прикрепленной сьемно в задней стенке. Между крышкой 39 и стенкой 3 образована полость 40.
Установленная в корпусе 1 перегородка 41 разделяет потоки рабочей среды от роторов 6 и 7, не допуская их перемешивания.
Компрессор роторный работает следующим образом.
Всасывающий патрубок 11 соединяют с каналом подвода перекачиваемой среды (пусть это будет воздух), а нагнетательный патрубок 12 - с линией наддува воздуха. Шкив 8 соединяют, например, посредством ремня с приводом его вращения (например, электродвигателем).
При включении привода вращение с ведущего вала 4 передается через синхронизирующие шестерни 13 и 14 на ведомый вал 5, в результате чего ведущий 6 и ведомый 7 роторы приводятся в синхронное вращение Перекачиваемая среда, поступающая в полость корпуса 1 через всасывающее окно 9, захватывается рабочими лопастями 15 роторов, заполняет рабочие полости 16 и передается в выпускные каналы 17, и далее - в нагнетательное окно 10 к нагнетательному патрубку 12. Рабочая среда, прежде чем попасть в нагнетательный патрубок контактирует с перегородкой 41, что исключает столкновение потоков рабочей среды от роторов 6 и 7 и, тем самым, уменьшает шум работы компрессора.
В процессе работы компрессора в полости его корпуса создается избыточное давление воздуха, которое через торцевые зазоры 19 передается на подшипники валов 4, 5. Для исключения влияния избыточного давления перекачиваемой среды на подшипники, используется противодавление, для удержания смазки в подшипниках 20, 21, 22, 23 валов 4 и 5. Для компенсации избыточного давления воздуха на подшипники при работе компрессора, воздух по торцевым зазорам 19 проходит через выборки 28 и попадает в пазы 29, создавая противодавление в полости между манжетами 34 и подшипниками 22, 23 задней стенки, препятствуя выдавливанию из них смазки. В передней стенке воздух по пазам 29 поступает в зазор между подшипниками 20, 24 и крышками 24 и 27, препятствуя выдавливанию из них смазки. Учитывая, что при работе компрессор может создавать избыточное давление внутри корпуса до 0,7 атмосфер. Давление рабочей среды в корпусе 1 распределяется по всей внутренней поверхности компрессора, в том числе воздействует и на подшипники 20, 21, 22, 23. Происходит постепенное выдувание смазки заложенной в подшипники. При организации противодавления за подшипником, смазка в нем сохраняется. При установке традиционных уплотнений (лабиринтных или манжет) возникают силы трения, снижающие эффективность работы компрессора.
В полость за подшипником 20 воздух попадает через пазы 29 и радиальные прорези втулки 31, создавая, таким образом, противодавление за подшипником 20.
При работе компрессора в полости 40 шестеренной передачи 40 создается избыточное давление, которое воздействует на внутреннюю полость манжеты 34, повышая эффективность ее работы, так как кромка манжеты с возрастанием давления в редукторе с большим усилием прижимается к поверхности вала. Для сохранения геометрической формы манжеты 34 используется опорный конус 33. Давление перекачиваемой среды, передаваемое по пазам 29, выравнивает избыточное давление в полости 40 шестеренной передачи, создавая условия работы манжеты 34 более уравновешенными.
Использование заявленной полезной модели обеспечивает повышение коэффициента полезного действия, а также снижение уровня шума работы компрессора и повышение срока эксплуатации компрессора.