МИКРОКОМПРЕССОР

Заявляемая полезная модель относится к области компрессорной техники, в частности, касается конструкций компрессоров с эластичными рабочими органами.
Известны компрессоры с эластичными рабочими органами, называемые мембранными или диафрагменными 1, 2, 3. Типичная конструкция мембранного компрессора включает в себя рабочую камеру ( или две и даже более двух камер в зависимости от производительности и практического назначения компрессора), связанную через впускной и выпускной клапаны со всасывающей и нагнетательной магистралями. В одну из стенок рабочей камеры встроена гибкая диафрагма, способная прогибаться как в сторону внутреннего обьема камеры, так и в противоположную сторону. Центральная область диафрагмы армирована жестким диском. Центр последнего механически связан с подвижным элементом приводного механизма, способным совершать возвратно-поступательное движение вдоль оси, проходящей через центр диафрагмы.
Компрессор приводится в действие с помощью привода, в качестве которого могут использоваться электромеханические устройства с преобразованием вращательного движения в возвратнопоступательное 1, 2, 3, электромагнитные приводы возвратнопоступательного движения 4 - 10 или приводные устройства иного принципа действия. Наиболее традиционными являются приводные
МИКРОКОМПРЕССОР
устройства, построенные на основе использования стандартных электродвигателей (электромоторов) в комбинациях с разнообразными преобразователями вращательного движения вала двигателя в возвратно-поступательное движение подвижного элемента привода.
При работе привода его подвижный элемент, связанный с диафрагмой, совершает возвратно-поступательное движение, чем обеспечивается попеременный прогиб диафрагмы в разные стороны от ее нейтрального положения. При прогибе диафрагмы внутрь рабочей камеры часть находящейся в ней рабочей среды (газа или жидкости) вытесняется через выпускной клапан, открывающийся повышающимся в рабочей камере давлением, в нагнетательную магистраль. При прогибе диафрагмы в обратную сторону, давление в рабочей камере снижается, в результате чего открывается впускной клапан, и рабочая среда из внешнего обьема засасывается в рабочую камеру. Далее весь цикл вновь повторяется.
По совокупности конструктивных признаков наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является микрокомпрессор по а.с. СССР N 1694984 1, который принят за прототип.
Микрокомпрессор-прототип содержит корпус с установленным в нем приводом возвратно-поступательного движения, две оппозитно расположенные относительно корпуса рабочие камеры, каждая из которых связана через впускной и выпускной клапаны с соответствующей камерой (магистралью) всасывания и нагнетания. Полости обеих рабочих камер отделены от полости корпуса эластичными диафрагмами, имеющими жесткий (армированный металлом) центр. Оба центра связаны между собой подвижным элементом привода возвратно-поступательного движения. Этот элемент выполнен в виде прямоугольной металлической рамки, две внутренние стороны которой попеременно опираются на внешнюю поверхность шарикоподшипника, неподвижно закрепленного на эксцентрике маховика. Последний установлен на выходном валу редукторной передачи, связанной со стандартным электродвигателем.
Работа микрокомпрессора-прототипа осуществляется следующим образом.
Вращение вала электродвигателя через понижающую редукторную передачу сообщается снабженному эксцентриком маховику. При вращении маховика его эксцентрик описывает окружность вокруг выходного вала редукторной передачи. Вместе с ним эту же окружность описывает жестко закрепленный на эксцентрике
и размещенный в рамке шарикоподшипник. Относительные размеры рамки, шарикоподшипника и описываемой им окружности выбраны так, что при движении шарикоподшипника по окружности, начиная с некоторого значения угла поворота маховика, шарикоподшипник приходит в соприкосновение с одной из внутренних сторон рамки (предполагается, что в начальный момент времени эксцентрик маховика находился в равноудаленном от обеих рассматриваемых внутренних сторон рамки положении) и начинает по ней катиться в сторону, совпадающую с направлением вращения маховика. При этом в точке касания шарикоподшипника с внутренней стороной рамки к последней оказывается приложенной сила, направленная вдоль линии закрепления рамки, т.е. вдоль линии соединения центров эластичных диафрагм. Под действием этой силы, которая достигает своего максимального значения при расположении эксцентрика маховика на линии соединения центров обеих диафрагм, последние прогибаются: одна - в сторону внутренней полости рабочей камеры, а другая - в противоположную сторону. Тем самым, реализуются такт нагнетания рабочей среды в одной рабочей камере компрессора и такт всасывания рабочей среды в другой рабочей камере. При дальнейшем движении шарикоподшипника по окружности сила его давления на внутреннюю сторону рамки начинает уменьшаться (после прохождения точки расположения эксцентрика маховика на линии соединения центров диафрагм) и при некотором значении угла поворота маховика шарикоподшипник выходит из соприкосновения с данной внутренней стороной рамки. Обе эластичные диафрагмы при этом под действием возникающих в них упругих сил возвращаются в свое исходное ненапряженное состояние. По мере своего движения по окружности уже при некотором другом значении угла поворота маховика шарикоподшипник приходит в соприкосновение с другой из внутренних сторон рамки и также начинает по ней катиться в сторону, совпадающую с направлением вращения маховика. Аналогично рассмотренному выше возникает сила, вызывающая смещение рамки и прогиб обеих диафрагм теперь уже в другую сторону вдоль линии их соединения. Тем самым реализуются вторые рабочие такты в обеих рабочих камерах компрессора. Далее весь цикл работы повторяется при каждом очередном повороте маховика или, что то же самое, при каждом очередном повороте выходного вала редукторной передачи.
частотой следования рабочих циклов компрессора.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение производительности компрессора при одновременном сокращении его массо-габаритных показателей.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что в компрессоре, содержащем корпус, две оппозитно расположенные относительно корпуса рабочие камеры, связанные через впускные и выпускные клапаны с всасывающими и нагнетательными камерами соответственно, размещенные в корпусе электродвигатель и приводной механизм, выполненный в виде подвижной рамки, установленной на эксцентриковой опоре качения и связывающей жесткие центры двух эластичных диафрагм, отделяющих полости рабочих камер от полости корпуса, согласно предложению эксцентриковая опора качения связана с валом электродвигателя, а опирающиеся на опору качения поверхности внутренних сторон рамки снабжены устойчивыми к истиранию накладками.
Введение новой совокупности признаков приводит к тому, что частота следования рабочих циклов компрессора становится равной частоте оборотов вала электродвигателя. При этом нагрузки на подвижную рамку привода, которые возникают в опоре качения и при высоких скоростях вращения вала электродвигателя близки по своему характеру к ударным, оказываются приложенными к накладкам из износоустойчивого материала, например, из специальных сортов стали. Сама же подвижная рамка может быть выполнена из легких сплавов, что позволяет обеспечить ее малую массу и, тем самым, незначительную величину инерционных потерь, т.е. приемлемые значения КПД привода. Более высокая по сравнению с прототипом частота следования рабочих циклов компрессора определяет увеличение его производительности. Дополнительным преимуществом заявляемого технического решения является уменьшение массогабаритных характеристик компрессора, что определяется отсутствием в его составе редукторной передачи.
В частном случае реализации микрокомпрессора подвижная рамка может быть выполнена открытой с одной из неопирающихся на опору качения сторон, а накладки выполнены огибающими по профилю поперечного сечения опирающихся на опору качения сторон рамки.
при одновременном уменьшении массы самой рамки.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется рисунками, показанными на фиг. 1-2.
На фиг. 1 показан разрез общего вида заявляемого микрокомпрессора.
На фиг. 2 показаны две проекции подвижной рамки с износоустойчивыми накладками, выполненными в соответствии с предлагаемой частной формой реализации микрокомпрессора.
Заявляемый микрокомпрессор содержит корпус 1, две оппозитно расположенные относительно корпуса 1 рабочие камеры 2 и 3, каждая из которых связана через впускной клапан 4 и выпускной клапан 5 с соответствующей камерой 6 всасывания и камерой 7 нагнетания. Полости рабочих камер 2 и 3 отделены от полости корпуса 1 эластичными диафрагмами 8 и 9, жесткие центры 10 и 11 которых связаны между собой подвижной рамкой 12. Рамка 12 опирается на шарикоподшипник 13, укрепленный через эксцентрик 14 на валу 15 электродвигателя 16. Внутренние поверхности двух сторон рамки 12, контактирующие (опирающиеся) с шарикоподшипником 13 снабжены износоустойчивыми накладками 17.
Микрокомпрессор работает следующим образом.
При вращении вала 15 электродвигателя 16 закрепленный на нем эксцентрик 14 описывает огибающую вал 15 окружность. Вместе с ним эту же окружность описывает жестко закрепленный на эксцентрике 14 и размещенный в рамке 12 шарикоподшипник 13. Относительные размеры рамки 12, шарикоподшипника 13 и описываемой им окружности выбраны так, что при движении шарикоподшипника 13 по окружности, начиная с некоторого значения угла поворота вала 15, шарикоподшипник 13 приходит в соприкосновение с установленной на одной из внутренних сторон рамки 12 накладкой 17 (предполагается, что в начальный момент времени эксцентрик 14 находился в равноудаленном от обеих рассматриваемых внутренних сторон рамки 12 положении) и начинает катиться по накладке 17 в сторону, совпадающую с направлением вращения вала 15. При этом в точке касания шарикоподшипника 13 с накладкой 17 к последней и через нее к внутренней стороне рамки 12 оказывается приложенной сила, направленная вдоль линии закрепления рамки 12, т.е. вдоль линии соединения центров 10 и 11 эластичных диафрагм 8 и 9. Под действием этой силы, которая достигает своего максимального значения при расположении эксцентрика 14 на линии соединения центров 10 и 11 диафрагм 8 и 9, последние прогибаются: одна например, в сторону внутренней полости рабочей камеры 2, а другая в противоположную сторону. Тем самым, реализуется такт нагнетания рабочей среды в рабочей камере 2 компрессора и такт всасывания рабочей среды в рабочей камере 3. При дальнейшем движении шарикоподшипника 13 по окружности сила его давления на накладку 17 и, следовательно, на внутреннюю сторону рамки 12 начинает уменьшаться (после прохождения точки расположения эксцентрика 14 на линии соединения центров 10 и 11) и при некотором значении угла поворота вала 15 шарикоподшипник 13 выходит из соприкосновения с накладкой 17 данной внутренней стороны рамки 12. Обе эластичные диафрагмы 8 и 9 при этом под действием возникающих в них упругих сил возвращаются в свое исходное ненапряженное состояние. По мере своего движения по окружности уже при некотором другом значении угла поворота вала 15 шарикоподшипник 13 вновь приходит в соприкосновение с накладкой 17, установленной теперь уже на другой из внутренних сторон рамки 12 и также начинает по ней катиться в сторону, совпадающую с направлением вращения вала 15. Аналогично рассмотренному выше возникает сила приложенная к накладке 17 и через нее - к внутренней стороне рамки 12 и вызывающая смещение рамки 12 и прогиб диафрагм 8 и 9 теперь уже в другую сторону вдоль линии соединения их центров 10 и 11. Тем самым реализуются вторые рабочие такты в рабочих камерах 2 и 3 компрессора. При этом, благодаря выполнению накладок 17 из износоустойчивого материала, прилагаемые к ним в точках соприкосновения с шарикоподшипником 13 силы не будут вызывать остаточных деформаций внутренних сторон рамки 12.
Далее весь цикл работы повторяется при каждом очередном повороте вала 15.
Работа микрокомпрессора в частной форме его реализации не отличается от приведенного выше описания.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1.А.с.СССР, кл. F 04 в 45/04 N 1694984 - ПРОТОТИП.
2.Пат.РФ, кл. F 04 В 45/04 N 2037650.
6.А.с. СССР, кл. F 04 В 35/04 N 1756614.
7.Пат. Японии, кл. F 04 В 45/04 N 4-21073.
8.Заявка Японии, кл. F 04 В 43/04 N 472478.
9.Пат. США, кл. F 04 В 35/04 N 5201641.
10.Заявка Германии, кл. F 04 В 35/04 N 4035866
11.Пат. РФ, кл. F 04 В 43/06 N 2037651.
12.Заявка Германии, кл. F 04 В 43/06 N 4208961.