КОМПРЕССОР С УРАВНОВЕШЕННЫМ МЕХАНИЗМОМ ПРИВОДА

6
Известен компрессор с уравновешенным механизмом привода, содержащий, по крайней мере, один цилиндр с нагнетательными и всасывающими клапанами, поршень с направляющим приводным кривошипно-ползунным механизмом, имеющим пластину с двумя параллельными пазами, в каждом из которых установлены, приводные эксцентрики с противовесами и ведущими пальцами, находящиеся в противофазе друг относительно друга (RU №2098662, М. кл. F04В 25/00, 35/00. 1997, фиг.4).
6
Известен также компрессор с уравновешенным механизмом привода, содержащий, по крайней мере, один цилиндр с нагнетательными и всасывающими клапанами, поршень с направляющим приводным кривошипно-ползунным механизмом, имеющим пластину с двумя параллельными пазами, в каждом из которых установлены, приводные эксцентрики с противовесами и ведущими пальцами, находящиеся в противофазе друг относительно друга, причем продольные оси обоих параллельных пазов находятся на одной линии, перпендикулярной оси цилиндра, а линия, соединяющая оси приводных валов и перпендикулярная этим осям, параллельна продольным осям пазов (RU №2296241,. М. кл. F04В 25/00, 35/00, 2007).
Недостатком известных конструкций является наличие существенных боковых сил на поршне при реальных технологических отклонениях, возникающих при изготовлении и сборке механизма привода компрессора. Эти боковые силы приводят к отклонению поршня от концентричного положения в цилиндре и вибрациям, что повышает утечки, ухудшает экономичность и экологические свойства компрессора.
Задачей изобретения является повышение экономичности компрессора и снижение его вибрации.
Указанная задача решается тем, что в известном компрессоре пластина с двумя параллельными пазами выполнена в виде кулисы с разомкнутыми по краям плечами, причем плечи кулисы выполнены упругими.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображена схема двухцилиндрового оппозитного компрессора, на фиг.2 - схема такого же компрессора с действующими усилиями и упругими прогибами концов кулисы, на фиг.3 - схема компрессора с жесткой кулисой, имеющей замкнутые плечи и неравные по длине кривошипы, и действующие силы.
Компрессор (фиг.1) состоит из цилиндров 1, в которых размещены поршни 2, соединенные штоками 3 с кулисой 4, имеющей пазы 5, контактирующие с эксцентричными ведущими пальцами 6 приводных валов 7. В клапанной плите 8 расположены всасывающие 9 и нагнетательные 10 самодействующие клапаны. Тело поршней 2 снабжено газостатическим подвесом (на рисунке условно не показан), в результате чего при нормальной работе компрессора поршни 2 не касаются стенок цилиндров 1.
Кулиса 4 с пазами 5 и эксцентричные ведущие пальцы приводных валов 7 в совокупности образуют кривошипно-ползунный механизм, преобразующий вращательное движение приводных валов 7 в возвратно-поступательное движение поршней 2.
Компрессор работает следующим образом. При вращении приводных валов 7 вращение ведущих пальцев 6 через пазы 5 кулисы 4 воздействуют на кулису 4 и заставляют ее совершать возвратно-поступательное движение, которое передается через штоки 3 поршням 2. Поршни 2 при этом также двигаются возвратно-поступательно, изменяя при этом объем цилиндров 2, заключенный между торцами поршней и клапанной плитой 8. При увеличении этого объема происходит всасывание газа через клапаны 9, а при уменьшении - сжатие газа и нагнетание его потребителю через клапаны 10. Силы инерции от неравномерного возвратно-поступательного движения блока поршней 2 со штоками 3 и кулисой 4 гасятся установленными на приводных валах 7 противовесами (на рисунке условно не показаны).
K1
K2
K1
K2
1
2
ПР1
ПР2
ПР1
ПР2
При идеально точном изготовлении и монтаже компрессора радиусы r и r ведущих пальцев равны между собой (r=r), и одинаковы расстояния от осей приводных валов 7 до оси блока поршней 2 (B=B), см. фиг.2. В этом случае силы со стороны привода F и F, действующие на блок поршней 2, также равны между собой (F=F), отсутствуют боковые и перекашивающие усилия со стороны механизма привода на поршни, поршни двигаются в цилиндрах практически концентрично, утечки минимальны, расход газа на центрирование поршней минимален, экономичность максимальна, вибрации отсутствуют.
K1
K2
1
2
ПР1
ПР2
ПР1
ПР1
ПР2
БОК
БОК
1
2
В реальном компрессоре (фиг.2 и 3) всегда существуют неравенства вида r≠r и B≠B, что связано с неточностью изготовления и монтажа. При этом если концы кулисы замкнуты (как это имеет место в известной конструкции, фиг.3), кулиса обладает большой жесткостью, и один из пальцев 6 с большим радиусом (например, верхний, см. фиг.3.) при повороте обоих ведущих валов 7 на один и тот же угол α оказывается в роли ведущего и работает с максимальным усилием F, практически преодолевающим полное усилие со стороны поршней, а второй (соответственно, нижний, фиг.3) оказывается в роли ведомого (кулиса опирается на него) и тормозит движение поршней, воздействуя на кулису с силой F, направленной противоположно - F. В этом случае возникают большие перекашивающие усилия - одна сила F, передаваемая более длинным кривошипом, действует в одну сторону, а другая F, передаваемая более коротким кривошипом - в другую сторону, из-за чего на кулисе возникает крутящий момент, опрокидывающий блок поршней и вызывающий уравновешивающие боковые реакции поршней (F) в результате чего поршни с большим усилием прижимаются к зеркалу цилиндра, и для компенсации этого усилия требуется большой расход газа на центрирование поршней, что снижает экономичность компрессора. Но и при достаточном расходе газа на центрирование, под действием значительных боковых сил F возникает эксцентричное положение поршней в цилиндрах с большим эксцентриситетом, что увеличивает утечки сжимаемого газа и дополнительно снижает экономичность компрессора. Этот крутящий момент на кулисе имеет знакопеременную величину, т.к. в связи с вращением приводных- валов он направлен то в одну, то в другую сторону, в связи с чем возникает неравномерность и пульсация нагрузки, которая вызывает вибрацию компрессора. Аналогично влияние и неравенства B≠B.
1
2
ПР1
ПР2
ПР1
ПР2
ПР1
ПР2
1
2
В том случае, когда кулиса выполнена разомкнутой, как это и показано на фиг.2, ее концы прогибаются на величины Z и Z под действием нагрузок соответственно F и F, что способствует выравниванию этих нагрузок. Так, например, как это показано на фиг.2, палец 6 с большим радиусом (верхний по рисунку) имеет возможность сильнее воздействовать на конец кулисы, и она прогибается до тех пор, пока не вступит в работу более короткий палец 6 (нижний по рисунку), воздействующий на нижний конец кулисы. Таким образом, при разомкнутых гибких концах кулисы в сторону движения поршней одновременно работают оба пальца 6, и, причем в одном направлении, что приводит к выравниванию величины сил F и F, в результате чего начинает соблюдаться условие F≈F, перекашивающие усилия становятся существенно меньше, чем при жесткой кулисе с замкнутыми концами. Аналогичные процессы происходят и в случае существования неравенства B≠B.
ПР1
ПР2
Выравнивание нагрузок F и F приводит к существенному снижению перекашивающих нагрузок за счет обеспечения практически одинакового действия обоих пальцев 6 на кулису 4, что обеспечивает снижение расхода газа, необходимого для центрирования поршней,, и более концентричное положение поршней в цилиндрах и соответственно минимальные утечки (максимальную экономичность компрессора), так и отсутствие значительной периодической вынуждающей боковой силы, приводящей к возникновению вибрации компрессора.
Таким образом, выполнение пластины с двумя параллельными пазами в виде кулисы с разомкнутыми по краям упругими плечами позволяет повысить экономичность компрессора и снизить его вибрацию.