ВИНТОВОЙ КОМПРЕССОР С РЕГУЛЯТОРОМ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
SCREW COMPRESSOR WITH CAPACITY REGULATOR

Изобретение относится к области компрессоростроения, а именно к винтовым компрессорам с золотниковым регулятором производительности, работающим в широком диапазоне производительностей и перепада давления.
Известен винтовой компрессор, содержащий корпус с рабочей камерой и полостями для всасывания и нагнетания газа, ведущий и ведомый роторы, находящиеся в зацеплении и вращающиеся на опорных подшипниках, элементы компенсации осевых сил, состоящие из упорных подшипников, золотник регулятора производительности, вставленный в открытую расточку корпуса, являющегося нижней частью рабочих расточек под винты роторов компрессора (Двухроторные винтовые и прямозубые компрессоры. Теория, расчет и проектирование. И.Г.Хисамеев, В.А.Максимов. Издательство «Фен», Казань, 2000 г. (с.21)).
Известное техническое решение имеет ряд недостатков, а именно: золотник является частью цилиндрических расточек под винты, поэтому на него действуют большие нагрузки от действия газовых сил, что приводит к установке привода золотника большой мощности, что ухудшает массогабаритные показатели машины; кроме того, на поверхностях золотника со стороны рабочих расточек под винты роторов, для обеспечения его движения, необходимо выполнить занижения, т.е. повышенные зазоры, которые являются источником дополнительных утечек газа с нагнетания компрессора на всасывание, что существенно снижает КПД компрессора.
Техническим результатом предложенного изобретения является повышение эффективности регулирования производительности, расширение области применения винтовых компрессоров с золотниковым регулятором производительности, повышение энергетических характеристик, надежности и долговечности винтового компрессора, улучшение массогабаритных показателей.
Технический результат изобретения достигается благодаря тому, что винтовой компрессор содержит корпус с рабочей камерой и полостями всасывания и нагнетания, расположенные в рабочей камере и находящиеся в зацеплении ведущий и ведомый роторы и расположенный в корпусе золотниковый регулятор производительности, при этом корпус выполнен с цилиндрической полостью, в которой размещен золотник регулятора производительности, и с заполненными маслом полостями, расположенными в два ряда соответственно под ведущим и под ведомым роторами, причем заполненные маслом полости сообщены с цилиндрической полостью, изолированы от нее и друг от друга в закрытом положении золотника и соединены с рабочей камерой компрессора щелевыми окнами, расположенными под углами к осям роторов, соответствующим углам наклона винтовой линии соответствующих роторов.
Кроме того, между стенкой цилиндрической полости и золотником могут быть установлены кольцевые уплотнительные элементы, расположенные между заполненными маслом полостями.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен винтовой компрессор; на фиг.2 - сечение А-А, Б-Б на фиг.1; на фиг.3 - сечение В-В на фиг.1 (роторы компрессора не показаны).
Винтовой компрессор содержит корпус, состоящий из камеры 1 всасывания, сопряженного с ней одним своим торцом блока 2 цилиндров, образующих рабочую камеру 18 корпуса, и установленной на противоположном торце блока 2 цилиндров крышки 3. Корпус имеет полости для всасывания и нагнетания газа, образованные в камере 1 для всасывания и в нижней части блока 2 цилиндров соответственно. В рабочей камере 18 расположены находящиеся в зацеплении ведущий и ведомый роторы 4 и 5 соответственно, установленные с возможностью вращения на опорных подшипниках 6, 7 и связанные с элементами компенсации осевых сил, состоящими из упорных подшипников 8.
Винтовой компрессор также содержит расположенный в корпусе золотниковый регулятор производительности, состоящий из золотника 9, размещенного с минимальным зазором в выполненной в корпусе под рабочей камерой 18 цилиндрической полости 19, указателя 10 положения золотника 9 индукционного типа и привода 11 (в данной конструкции - гидропривод с рабочими полостями 12 и 13).
В нижней части блока 2 цилиндров образовано несколько заполненных маслом полостей 14, расположенных в два ряда соответственно под ведущим ротором 4 и под ведомым ротором 5, которые сообщены с цилиндрической полостью 19, изолированы от нее и друг от друга в закрытом положении золотника 9, и соединены с рабочей камерой 18 компрессора щелевыми окнами 15, расположенными под углами, близкими к углам наклона винтовой линии соответствующих роторов 4 и 5. Количество щелевых окон 15 равно количеству изолированных полостей 14. Ширина b щелевых окон 15 выбирается по ширине головки цилиндрического участка профиля зуба ведомого ротора 5 и полого участка профиля зуба ведущего ротора 4. Изолированные полости 14 соединены с полостью Г камеры 1 всасывания с помощью окон 16. В закрытом положении золотника 9 (100%-ная производительность) окна 16 перекрыты телом золотника 9. Плавность регулирования достигается расположением щелевых окон 15 (чем ближе окна 15 друг к другу, тем плавнее регулирование). Для дополнительного уплотнения зазоров между стенкой цилиндрической полости 19 и золотником 9 могут быть установлены уплотнительные элементы 17, расположенные между изолированными полостями 14.
В процессе сжатия повышается давление газа, и возникают газовые силы, действующие на винтовые поверхности роторов 4 и 5 вследствие различного давления газа на отдельные участки винтовой поверхности. Газовые силы раскладываются на радиальные и осевые: радиальные силы направлены перпендикулярно осям роторов 4 и 5, осевые силы - параллельно.
Винтовой компрессор работает следующим образом. Газ через полость всасывания камеры 1 всасывания поступает в рабочую камеру 18, образованную парными полостями ведущего 4 и ведомого 5 роторов, и сжимается за счет уменьшения ее объема. Для охлаждения сжимаемого газа, уплотнения зазоров рабочей камеры и снижения шума в рабочую камеру компрессора в процессе сжатия, через отверстие в корпусе, подается масло, которое заполняет изолированные полости 14 через щелевые окна 15. Благодаря несжимаемости жидкости изолированные полости 14 и щелевые окна 15 не являются источником переноса газа (перетечек) из промежуточной парной полости винтов с более высоким давлением в промежуточную парную полость с низким давлением, а геометрия щелевых окон 15 при вращении роторов 4 и 5 позволяет «верхушкам» зубьев быстро, за доли секунды, проходить этот участок. В общем случае вместо масла может подаваться другая жидкость, например вода. В момент, определенный необходимыми параметрами рабочего процесса, газомасляная смесь через полость нагнетания вытесняется из компрессора.
Регулирование производительности осуществляется в результате перемещения золотника 9 с помощью привода 11, при этом на золотник 9 действует только осевая газовая сила, определяемая площадью торцевого сечения золотника 9 и перепадом давления между нагнетанием и всасыванием компрессора. При 100%-ной производительности золотник 9 примкнут к поверхности Д, при этом перепускные окна 16, соединяющие рабочую камеру 18 (через изолированные полости 14 и щелевые окна 15) с полостью Г камеры 1 всасывания, закрыты телом золотника 9. Для уменьшения производительности золотник 9 двигается в сторону нагнетания, выдвигаясь в камеру нагнетания, при этом масло под давлением подается в полость 12, а из полости 13 сливается в полость Г камеры 1 всасывания компрессора, т.е. регулирование осуществляется последовательным соединением рабочей камеры 18 с полостью Г. Для увеличения производительности золотник 9 двигается в сторону всасывания. В этом случае масло под давлением подается в полость 13, а из полости 12 сливается на всасывание компрессора. При движении золотника 9 часть газа, поступившего в процессе всасывания в рабочую камеру 18, возвращается через открытое окно 16 в полость Г камеры 1 всасывания и далее на всасывание компрессора.
Таким образом, данное техническое решение позволяет повысить КПД компрессора, за счет снижения утечек с нагнетания на всасывание вдоль поверхности золотника, уменьшить габаритные размеры привода золотника и собственно компрессора, расширить область применения винтовых компрессоров как в сторону меньших, так и в сторону больших производительностей и давлений, повысить надежность и долговечность.