ОБЪЕМНЫЙ ЛОПАСТНОЙ КОМПРЕССОР ДЛЯ ОБОРУДОВАНИЯ, СОБИРАЮЩЕГО МУСОР
VOLUMETRIC VANE COMPRESSOR FOR GARBAGE COLLECTION EQUIPMENT

Область техники
Изобретение относится к области производства компонентов, предназначенных для создания вакуумного оборудования и/или всасывающих систем для веществ в жидкой, твердой, пылеобразной или вязкой форме и т.д. В частности, изобретение относится к объемному лопастному компрессору, который предпочтительно, но не исключительно, может быть установлен на собирающем оборудовании, которое, например, может представлять собой автоцистерну.
Предшествующий уровень техники
Известно, что в области производства оборудования для уборки и/или сбора мусора применяют вакуумные/компрессорные узлы, выполненные с возможностью получать вакуум в системе сбора, которая может представлять собой, например, резервуар, установленный на грузовике, и/или сжимать воздух в самой системе. Более конкретно, выражение «вакуумный/компрессорный узел» означает систему, образованную рабочей машиной и компонентами, необходимыми для соединения ее с какой-либо системой для указанных выше целей.
Большинство вакуумных/компрессорных узлов предусматривают применение рабочей машины, выполненной с возможностью передавать газ от участка всасывания на выпускной участок рабочей камеры. Более конкретно, рабочая машина имеет режим работы «под давлением» и «вакуумный» режим работы. В режиме работы «под давлением» машина сжимает воздух, поступающий из участка всасывания под атмосферным давлением, и подает на выпускной участок, при этом давление меняется обычно от 1 до 1,5 бар. В «вакуумном» режиме работы машина сжимает воздух, поступающий из участка всасывания (разреженный), и подает на выпускной участок обычно под атмосферным давлением. Максимальная величина вакуума может достичь абсолютных значений из диапазона от 50 до 100 мбар.
Рабочую машину, предназначенную для вакуумного/компрессорного узла, описанного выше, также называют словом «компрессор». В большинстве случаев «компрессор» содержит пару лопастных роторов, расположенных в камере, ограниченной корпусом, который проходит вдоль продольной оси. В осевом направлении камера ограничена первым оголовком и вторым оголовком, которые поддерживают противоположные концы ротора. Один из двух оголовков содержит передающий элемент, приводимый в действие внешним приводом и выполненный с возможностью синхронно вращать два ротора, но несогласованно. Роторы обычно имеют прямые лопасти, т.е. лопасти, которые проходят параллельно оси вращения самого ротора. Пример известного компрессора, имеющего прямые лопасти, раскрыт в патентном документе FR2676255.
На фиг. 1, 2 и 3 приведены схематичные виды, касающиеся работы компрессора известного типа. В дальнейшем, будет рассматриваться «вакуумный» режим работы, но рассуждения касательно фиг. 1 – 3 концептуально применимы также и к режиму работы «под давлением». Газ, подаваемый в камеру 2, сжимают не непосредственно машиной, а посредством обратного потока выпускаемого газа на выпускном участке 4. По существу, газ в условиях на выходе (давление Ps и температура Ts) расширяется в рабочей камере 2, тем самым, сжимая содержащуюся в ней массу. На фиг. 1 показан верхний ротор 10 и его вращение против часовой стрелки. Синхронизированное движение роторов 10, 20 создает в корпусе 7 камеры 2 объёмы всасывания (обозначенные ссылочной позицией 5), содержащие объем воздуха под давлением всасывания (Pb) и при температуре всасывания (Ta) на участке 3 всасывания.
Со ссылкой на фиг. 2, под действием вращения верхнего ротора выпускной участок 4 в данный момент начинает сообщаться с объемом 5 всасывания. Под действием выходного давления (Ps), превышающего давление (Pb) всасывания, выходящий газ расширяется в камере 2, тем самым, сжимая всасываемый воздух до тех пор, пока не будет достигнуто давление (Pa) окружающей среды, учитывая именно «вакуумный» режим работы. Со ссылкой на фиг. 3, на выпускном участке 4 не происходит термодинамических преобразований, рабочий объем сокращается при вращении лопастей ротора, и массу рабочего воздуха, добавляемую к массе воздуха обратного потока, под постоянным давлением и при постоянной температуре (Pa, Ts), вводят в выпускную трубу.
Во время нормальной работы лопастного компрессора температура (Ts) газа в выпускном участке 4 выше, чем температура (Ta) на участке 3 всасывания. Необратимость и объёмные потери увеличивают реальное значение температуры (Ts) на выходе относительно идеального значения, вычисленного в предположении, что прохождение газа в камере происходит в соответствии с обратимым адиабатическим преобразованием. Для того чтобы сдерживать/снижать температуру в конце сжатия, в камеру через отверстия, выполненные в корпусе компрессора, вводят газ.
На фиг. 4 – 6 приведены схематичные виды объемного компрессора с впуском газа на корпусе (также называемым «фронтальным впуском») в «вакуумном» режиме работы. При открытии отверстия 8, выполненного в корпусе 7, окружающая среда начинает сообщаться с камерой 2 до открытия выпускного отверстия. Таким образом, сжатие осуществляет не выпускаемый газ не при выпускных температурах, а впускаемый газ при температуре окружающей среды. Со ссылкой на фиг. 4, также в «вакуумном» режиме работы с впуском воздуха во время этапа всасывания синхронное движение роторов 10, 20 ограничивает объем 5 воздуха под давлением (Pb) всасывания и при температуре (Ta) окружающей среды. Со ссылкой на фиг. 5, как только объем 5 воздуха отделен, перемещение соответствующего ротора приводит к открытию впускного отверстия 8 и, таким образом, к вводу воздуха при условиях окружающей среды (Pa, Ta). Этот воздух, находящийся под большим давлением, чем воздух, находящийся в объеме 5, расширяется в рабочей камере 2, тем самым, сжимая воздух в объеме 5 до тех пор, пока не будет достигнуто давление окружающей среды. Со ссылкой на фиг. 6, когда ротор открывает выпускной канал, завершается этап ввода, и массу воздуха, задаваемую суммой всасываемого воздуха и подаваемого воздуха, вводят при атмосферном давлении и температуре Ts, которые ниже, чем те, которых можно достичь в компрессоре без впуска.
Было замечено, что наибольшие недостатки традиционных компрессоров представлены громким шумом. Этот аспект особенно важен, когда компрессоры предназначены для использования на подвижном оборудовании в городских условиях (например, цистерны для откачивания выгребных ям, канализационных коллекторов и т.д.). В компрессорах показанного на фиг. 1 – 3 типа шум возникает в выпускном участке рабочей камеры вследствие колебаний давления из-за расширения выпускаемого газа в рабочей камере при самом низком давлении. Вместо этого в компрессорах с фронтальным впуском (фиг. 4 – 6) шум возникает, главным образом, из пульсаций из-за колебаний скорости потока и звуковых волн, которые создаются во впускных трубах, через которые впускаемый газ попадает в рабочую камеру. Такие пульсации, образующиеся либо в выпускном газе, либо во впускных трубах, отрицательно влияют на долговечность механических компонентов и, следовательно, на надежность компрессора.
Учитывая вышеизложенные соображения, основной задачей изобретения является создание объемного компрессора, который позволяет преодолеть описанные выше недостатки существующего уровня техники. В рамках настоящей задачи первой задачей изобретения является создание объемного компрессора, который имеет более низкий уровень шума, чем известные решения. Другой задачей изобретения является создание объемного компрессора, который позволяет сдерживать и/или значительно уменьшать колебания давления на выпуске и/или пульсации во впускных трубах. Также важно предложить такой объемный компрессор, который будет компактным, надежным и простым в изготовлении по чрезвычайно конкурентным ценам.
Раскрытие изобретения
Объектом настоящего изобретения является объемный компрессор для сбора материалов и/или для чистящего оборудования. Компрессор в соответствии с изобретением содержит рабочую камеру, которая определяет продольную ось. Камера ограничена основным корпусом, который, в свою очередь, ограничивает участок всасывания и участок выпуска первой текучей среды. Компрессор также содержит первый оголовок и второй оголовок, присоединенные с противоположных сторон упомянутого корпуса. Указанные два оголовка ограничивают рабочую камеру вдоль продольной оси с противоположных сторон. Компрессор также содержит по меньшей мере два ротора с лопастями, расположенных в камере и поддерживаемых на противоположных концах посредством оголовков; при этом каждый ротор вращается вокруг оси вращения, по существу, параллельной продольной оси камеры. Компрессор также содержит устройство подачи, которое подает вторую текучую среду в рабочую камеру. Компрессор в соответствии с изобретением характеризуется тем, что лопасти роторов проходят «по спирали» вокруг оси вращения соответствующего ротора, и тем, что каждый из оголовков ограничивает по меньшей мере одно отверстие впуска, сообщающееся с устройством подачи. При этом каждое из отверстий предназначено для впуска упомянутой второй текучей среды, поступающей от упомянутого устройства подачи, в упомянутую рабочую камеру. Каждый из упомянутых оголовков содержит основную часть, которая ограничивает внутренний канал, проходящий между упомянутым, по меньшей мере, одним отверстием впуска и выпуском упомянутого устройства подачи.
Было замечено, что форма лопастей роторов в сочетании со впуском второго газа через оголовки определяет значительное снижение шума и вибраций компрессора, давая преимущества с точки зрения прочности механических компонентов и, таким образом, обеспечивая надежность компрессора. Это приводит к большей универсальности использования компрессора.
Согласно варианту осуществления изобретения для каждого из упомянутых роторов упомянутые лопасти проходят между первым торцевым участком и вторым торцевым участком, угловые положения которых относительно соответствующей оси вращения смещены друг относительно друга на заданный угол.
Согласно варианту осуществления изобретения упомянутое, по меньшей мере, одно отверстие, определенное упомянутым первым оголовком, и упомянутое, по меньшей мере, одно отверстие, определенное упомянутым вторым оголовком, имеют угловое положение, определенное относительно оси вращения соответствующего ротора, взаимно смещенное на угол, соответствующий упомянутому заданному углу.
Согласно варианту осуществления изобретения каждый из упомянутых оголовков определяет первое отверстие и второе отверстие, и в котором для каждого из упомянутых оголовков упомянутое первое отверстие расположено, по существу, зеркально к упомянутому второму отверстию относительно опорной плоскости, параллельной и находящейся на равном расстоянии от упомянутых осей вращения упомянутых роторов.
Согласно варианту осуществления изобретения каждый из упомянутых оголовков ограничивает первый внутренний канал, который проходит между упомянутым первым отверстием впуска и первым выпуском упомянутого устройства подачи, и второй внутренний канал, который проходит между упомянутым вторым отверстием впуска и вторым выпуском упомянутого устройства подачи.
Согласно варианту осуществления изобретения для каждого из упомянутых оголовков упомянутый первый внутренний канал имеет конфигурацию, которая зеркальна конфигурации упомянутого второго внутреннего канала относительно упомянутой опорной плоскости.
Согласно варианту осуществления изобретения каждый из упомянутых оголовков содержит:
– основную часть;
– поперечную поверхность, соединенную с упомянутой основной частью, причем упомянутая поперечная поверхность ограничивает упомянутое первое отверстие и упомянутое второе отверстие, и
для каждого из упомянутых оголовков упомянутый первый внутренний канал и упомянутый второй внутренний канал ограничены между упомянутой поперечной поверхностью и упомянутой основной частью.
Согласно варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, один из упомянутых оголовков содержит закрывающий элемент, соединенный с соответствующей основной частью со стороны, противоположной той, к которой присоединена соответствующая поперечная поверхность, причем упомянутый закрывающий элемент ограничивает вмещающий объем для расположения упомянутых роторов и/или дополнительных механических элементов, необходимых для вращения самих роторов.
Согласно варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, для одного из оголовков:
– упомянутый первый внутренний канал проходит между упомянутым первым отверстием и первым отверстием для впуска упомянутой второй текучей среды; и
– упомянутый второй внутренний канал проходит между упомянутым вторым отверстием и вторым отверстием для впуска упомянутой второй текучей среды;
причем упомянутые отверстия для впуска выполнены на одной и той же стороне упомянутой основной части.
Согласно варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, для одного из оголовков каждый из упомянутых внутренних каналов содержит круговой протяженный сектор, который проходит вокруг опорной части упомянутой основной части, поддерживающей конец соответствующего ротора.
Изобретение также относится к оборудованию для всасывания и/или обработки материала в жидкой, твердой, пылеобразной или вязкой форме, содержащему упомянутый объемный компрессор.
Краткое описание чертежей
Дополнительные особенности и преимущества изобретения будут более очевидными из последующего подробного описания, приведенного в виде неограничивающего примера и поясненного чертежами.
На фиг. 1 – 3 приведены схематичные виды, касающиеся работы первого компрессора известного типа;
на фиг. 4 – 6 – схематичные виды, касающиеся работы второго компрессора известного типа;
на фиг. 7 и 8 – лопастной компрессор в соответствии с изобретением, виды в перспективе с разных точек обзора;
на фиг. 9 – компрессор, показанный на фиг. 7, вид в разобранном состоянии;
на фиг. 10 – два лопастных ротора компрессора, показанного на фиг. 8 и 9;
на фиг. 11 и 12 – части компрессора, показанного на фиг. 7 и 8;
на фиг. 13 – компрессор, показанный на фиг. 7 и 8, вид в разрезе;
на фиг. 14 – 17 – схематичные виды, касающиеся работы компрессора в соответствии с изобретением;
на фиг. 18 и 19 – графики, касающиеся работы компрессора в соответствии с изобретением.
Варианты осуществления изобретения
Со ссылкой на фиг. 7 – 17, компрессор 1 в соответствии с изобретением содержит рабочую камеру 50 (в дальнейшем также называемую «рабочей камерой 50»), определяющую продольную ось 101. Камера 50 ограничена основным корпусом 30, первым оголовком 61 и вторым оголовком 62, присоединенными с противоположных сторон к корпусу 30. В частности, первый оголовок 61 и второй оголовок 62 ограничивают камеру 50 в осевом направлении, т.е. ограничивают камеру вдоль продольной оси 101.
В частности, корпус 30 также ограничивает участок 51 всасывания и выпускной участок 52 камеры 50. Участок 51 всасывания и выпускной участок 52 предназначены для всасывания и выпуска первой текучей среды соответственно. В дальнейшем для простоты описания под первой текучей средой будет пониматься газ. Выражение «первый газ» также будет использовано для обозначения первой текучей среды.
Как было указано выше, первый оголовок 61 и второй оголовок 62 ограничивают камеру 50 с противоположных сторон. Два оголовка 61, 62 содержат поперечные поверхности 71, 72, причем слово «поперечный» обозначает поверхность, которая проходит в плоскости, по существу, перпендикулярной продольной оси 101. Расстояние между поперечной поверхностью 71 первого оголовка 61 и поперечной поверхностью 72 второго оголовка 62, по существу, соответствует продольному размеру камеры 50, определяемому вдоль продольной оси 101.
Компрессор 1 содержит рабочее средство для передачи первой текучей среды от участка 51 всасывания до выпускного участка 52. В соответствии с изобретением такое рабочее средство содержит по меньшей мере одну пару роторов 80', 80'' с лопастями 81', 81''. Два ротора 80', 80'' расположены в корпусе 50, и их концы поддерживают оголовки 61, 62 так, чтобы каждый из них мог вращаться вокруг соответствующей оси 108', 108'' вращения, которые, по существу, параллельны продольной оси 101. В показанном на фигурах варианте осуществления роторы 80', 80'' содержат по три лопасти, но в альтернативных вариантах осуществления может иметься большее число лопастей 81', 81''.
Компрессор 1 в соответствии с изобретением характеризуется тем, что лопасти 81', 81'' двух роторов 80', 80'' проходят «по спирали» вокруг соответствующей оси 108', 108'' вращения. Другими словами, лопасти 81', 81'' каждого ротора 80', 80'' проходят между первым торцевым участком 91 и вторым торцевым участком 92. Более конкретно, каждый из упомянутых торцевых участков 91, 92 определен на плоскости, перпендикулярной соответствующей оси 108', 108'' вращения. Первый участок 91 и второй участок 92 имеют одинаковую структуру/форму, но различное угловое положение относительно соответствующей оси 108', 108'' вращения. Подробнее, первый участок 91 смещен/повернут на угол β (упомянутый угол смещения) относительно второго участка 92, как показано на фиг. 10. На этой фигуре показано два ротора 80', 80'' отдельно от остального компрессора 1. На фиг. 10 профиль второго участка 92 частично показан пунктиром, так как на фигуре его перекрывает первый участок 91. Также, на фиг. 10 ссылочная позиция Р1 указывает на вершину первого участка 91 лопасти 81'. Ссылочная позиция P2 указывает вершину того же участка 92, соответствующую той же лопасти 81'. Как показано на фиг. 10, точка P2 повернута на угол β относительно точки P1. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления угол β смещения выбирают как функцию угла X между лопастями 81', 81''. В случае трехлопастных роторов угол X соответствует 120°, а угол β смещения составляет примерно 60°. В случае четырехлопастных роторов 80', 80'' угол X будет составлять 90°, а угол β смещения будет равен примерно 45°. Стоит отметить, что лопасти 81', 81'' каждого ротора 80', 80'' проходят между первым торцевым участком 91 и вторым торцевым участком 92.
В соответствии с изобретением в первом оголовке 61 и во втором оголовке 62 имеется по меньшей мере одно отверстие 71', 71'', 72', 72'' для впуска второй текучей среды в камеру 50, напр., в виде газа. В дальнейшем, только для простоты описания выражение «второй газ» будет использовано для обозначения второй текучей среды. В частности, для первого оголовка 61 упомянутое, по меньшей мере, одно отверстие определено через поперечную поверхность 71, в то время как для второго оголовка 62 упомянутое, по меньшей мере, одно отверстие определено через упомянутую поперечную поверхность 72.
Второй газ проводят к оголовкам 61, 62 посредством устройства 150 подачи, сообщающегося с внешним источником, предпочтительно находящимся под атмосферным давлением и имеющим температуру окружающей среды. В отличие от известных в существующем уровне техники и описанных ранее решений в сочетании с устройством 150 подачи второго газа два оголовка 61, 62 в действительности образуют «боковой впуск», что, таким образом, отличается от «фронтального впуска», реализованного в традиционных решениях. В соответствии с изобретением, таким образом, на каждом из оголовков 61, 62 обеспечен по меньшей мере один «боковой впуск».
Как более подробно описано далее, было замечено, что боковой впуск второго газа приводит к существенному снижению шума компрессора 1, тем самым, преимущественно расширяя возможности его применения. Более конкретно, боковой впуск и спиральная форма дают синергетический эффект с точки зрения снижения шума. В дополнение к этому, боковой впуск преимущественно допускает непосредственное охлаждение механических частей, задействованных при вращении ротора (зубчатых колес, подшипников и т.д.), которые расположены в оголовках 61, 62 компрессора 1.
На фиг. 7 и 8 представлен компрессор 1 в соответствии с изобретением, виды в перспективе, а на фиг. 9 – сам компрессор, вид в разобранном состоянии. Как показано, каждый из оголовков 61, 62 содержит по меньшей мере одну основную часть 61', 62'. Как показано на фиг. 9, поперечная поверхность 72 второго оголовка 62 соединена с основной частью 62' второго оголовка 62. По существу, поперечная поверхность 72 закрывает с одной стороны основную часть 62'. Аналогично, поперечная поверхность 71 первого оголовка 61 соединена с основной частью 61' самого первого оголовка 61. Таким образом, поперечная поверхность 71 закрывает с одной стороны основную часть 61'.
Для каждого из оголовков 61, 62 соответствующая основная часть 61', 62' ограничена корпусом 161, 162 (показанным на фиг. 9), внутри которого расположены опорные элементы (напр., подшипники), чтобы поддерживать и допускать вращение двух роторов 80', 80''.
В соответствии с другим аспектом изобретения, каждый из двух оголовков 61, 62 содержит по меньшей мере один внутренний канал 65', 65'', 66', 66'', посредством которого упомянутое устройство 150 подачи второго газа сообщается с упомянутым, по меньшей мере одним, отверстием 71', 71'', 72', 72'' впуска на самом оголовке. По существу, по такому внутреннему каналу 65', 65'', 66', 66'' проходит второй газ, поступающий от устройства 150 подачи и предназначенный для камеры 50.
Предпочтительно, упомянутый, по меньшей мере, один внутренний канал 65', 65'', 66', 66'' ограничен между корпусом 161, 162 соответствующего оголовка 61, 62 и соответствующей поперечной поверхностью 71, 72, соединенной с самим корпусом.
Первый оголовок 61 предпочтительно содержит закрывающий элемент 63', соединенный с корпусом 161 основной части 61' со стороны, противоположной той, к которой присоединена поперечная поверхность 71. Закрывающий элемент 63' ограничивает вмещающий объем, в котором расположен узел передачи движения (выполненный с возможностью соединения двух роторов 80', 80 '' с двигателем, внешним по отношению к компрессору 1).
Такой передаточный узел выполнен с возможностью синхронно поворачивать два ротора 80', 80'', но в противоположных направлениях. Как показано на фиг. 9, в закрывающем элементе 63' выполнено отверстие 69 для того, чтобы в него мог пройти конец 64 одного из двух роторов 80', 80'', предназначенный для соединения с внешним приводом (не показан).
В соответствии с аналогичным решением, второй оголовок 62 предпочтительно содержит закрывающий элемент 63'', соединенный с корпусом 162 основной части 62' второго оголовка 62 со стороны, противоположной той, к которой присоединена боковая поверхность 72. Также такой закрывающий элемент 63'' ограничивает вмещающий объем, в котором расположены концы роторов 80', 80'' и/или дополнительные механические элементы, необходимые для вращения роторов.
Снова со ссылкой на вид в разобранном состоянии на фиг. 9 для каждого из оголовков 61, 62 к соответствующему корпусу 161, 162 присоединены соединительные элементы 121 для подъема и позиционирования компрессора 1 и/или опорные элементы 122, определяющие плоскость опоры и соединения компрессора к оборудованию. Соединительные элементы 121 и опорные элементы 122, таким образом, присоединены к двум оголовкам 61, 62, а не к корпусу 30, который ограничивает камеру 50. Тем самым, упрощают конструкцию самого корпуса.
На фиг. 11 и 12 представлены два оголовка 61, 62 отдельно от корпуса 30 и от других компонентов компрессора 1, виды спереди. В частности, два оголовка 61, 62 показаны с точки обзора, указанной направлением 111, обозначенным на фиг. 9. На фиг. 11 показан первый оголовок 61 согласно предпочтительному варианту осуществления, для которого поперечная поверхность 71 ограничивает первое круглое отверстие 191', соосное оси 108' вращения первого ротора 80', и второе круглое отверстие 191'', соосное оси 108'' вращения второго ротора 80''. Два круглых отверстия 191', 191'' позволяют расположить концы роторов 80', 80'' в опорах, образованных корпусом 161 основной части 61' первого оголовка 61.
В поперечной поверхности 71 первого оголовка 61 также выполнено два отверстия 71', 71'' для впуска второго газа, которые расположены зеркально относительно опорной плоскости 501, которая, по существу, параллельна осям 108', 108'' вращения роторов 80', 80'' и находится на одинаковом расстоянии от самих осей. Подробнее, поперечная поверхность 71 содержит первое отверстие 71' для впуска второго газа в объем рабочей камеры 50, ограниченный между поперечными поверхностями 71, 72, двумя винтовыми лопастями 81', 81'' первого ротора 80' и корпусом 30. Аналогично, через второе отверстие 71'' второй газ впускают в объем камеры 50, ограниченный между поперечными поверхностями 71, 72, двумя лопастями 81', 81'' второго ротора 80'' и корпусом 30.
Также со ссылкой на фиг. 11, корпус 161 основной части 61' первого оголовка 61, предпочтительно с поперечной поверхностью 71, ограничивает первый внутренний канал 65', который проходит между отверстием 78' для впуска второго газа и первым отверстием 71' впуска. Отверстие 78' для впуска выполнено на участке основной части 61', который предпочтительно выполнен на той же стороне, что и участок 51 всасывания, выполненный на корпусе 30. Корпус 161 основной части 61' первого оголовка 61, также предпочтительно с поперечной поверхностью 71, ограничивает второй внутренний канал 65', который проходит между вторым отверстием 78' для впуска второго газа и вторым отверстием 71' впуска. Второе отверстие 78'' для впуска выполнено на той же стороне основной части 61', на которой выполнено первое отверстие 78' для впуска. Предпочтительно два отверстия 78', 78'' для впуска второго газа расположены зеркально относительно опорной плоскости 510, определенной выше.
На фиг. 11 два канала 65', 65'' внутри основной части 61' проходят зеркально относительно опорной плоскости 501, определенной выше. Как показано, каждый канал 65', 65'' содержит круговой протяженный сектор, который проходит вокруг опорной части 89' упомянутой основной части 61', 62', которая поддерживает конец соответствующего ротора 80, 80'. Такая опорная часть 89' определена корпусом 161 первого оголовка 61. Было замечено, что такая конфигурация каналов 65', 65'' преимущественно способствует охлаждению самой опорной части 89' и самих концов роторов 80, 80', что дает преимущество с точки зрения прочности и надежности. В то же время, поток газа через два рассматриваемых канала 65', 65'' также преимущественно способствует охлаждению механических элементов, расположенных в соответствующем закрывающем элементе 63' первого оголовка 61.
На фиг. 12 на виде спереди представлен второй оголовок 62, поперечная поверхность 72 которого содержит два круглых отверстия 192', 192'', каждое из которых соосно оси 108', 108'' вращения соответствующего ротора 80', 80''. Аналогично, как и для первого оголовка 61, поперечная поверхность 72 второго оголовка 62 также содержит первое отверстие 72' впуска и второе отверстие 72'' впуска, которые расположены зеркально относительно вышеупомянутой опорной плоскости 501.
Также со ссылкой на фиг. 12, корпус 162 основной части 62' второго оголовка 62, предпочтительно со второй поперечной поверхностью 72, ограничивает первый внутренний канал 66', который проходит между первым отверстием 79' для впуска второго газа и первым впускным отверстием 72', определенным поперечной поверхностью 72. Такое первое отверстие 79' для впуска выполнено на участке основной части 62', который предпочтительно выполнен со стороны участка 51 всасывания, выполненного на корпусе 30. Сам корпус 162, предпочтительно со второй поперечной поверхностью 72, также ограничивает второй внутренний канал 66'', который проходит между вторым отверстием 79'' для впуска второго газа и вторым отверстием 71'' впуска в поперечной поверхности 72. Второе отверстие 79'' для впуска выполнено на той же стороне основной части 62'', на которой выполнено первое отверстие 79' для впуска. Два отверстия 79', 79'' для впуска, выполненных на корпусе 162 второго оголовка 62, также предпочтительно расположены зеркально относительно опорной плоскости 510, определенной выше.
Со ссылкой на вид в разобранном состоянии на фиг. 9, стоит отметить, что отверстия 78', 78'' для впуска второго газа, относящиеся к основной части 61' первого оголовка 61, расположены относительно корпуса 30 на той же стороне, на которой расположены отверстия 79', 79'' для впуска того же второго газа относительно основной части 62' второго оголовка 62.
Предпочтительно, также два канала 66', 66'' внутри основной части 62' второго оголовка 62 проходят зеркально относительно опорной плоскости 501, определенной выше для первого оголовка 61. Так же как и для первого оголовка 61 каждый канал 66', 66'' второго оголовка 62 содержит круглый вытянутый сектор, который проходит вокруг опорной части 89'' конца соответствующего ротора 80, 80'. Также в этом случае вторая текучая среда, которая проходит по каналам 66', 66'', преимущественно охлаждает опорную часть 89'' и прилегающие к ней механические детали.
В связи с этим, на виде в разобранном состоянии на фиг. 9 показано устройство 150 подачи второго газа согласно первому предпочтительному варианту осуществления, которое содержит полый изнутри корпус. Этот корпус ограничивает патрубок 151, выполненный с возможностью присоединения, например, через фланец 151', к резервуару, содержащему второй газ. Корпус устройства 150 подачи также содержит первую часть 152, на которой выполнен первый выпуск 152' второго газа, сообщающийся с патрубком 151. Сам корпус устройства 150 подачи также содержит вторую часть 153, на которой выполнен второй выпуск второго газа, также сообщающийся с патрубком 151.
Первая часть 151 соединена с участком основной части 61' первого оголовка 61, в которой выполнены впускные отверстия 78', 78'' внутренних каналов 65', 65'' внутри самой основной части 61''. Таким образом, первый выпуск 152' сообщается с впускными отверстиями 78', 78''. Аналогично, вторая часть 153 соединена с участком основной части 62' второго оголовка 62, в которой выполнены входные отверстия 79', 79'' внутренних каналов 66', 66'' (внутри самого основного участка 62''). Таким образом, второй выпуск 152' устройства 150 подачи сообщается с отверстиями 79', 79'' и, тем самым, с внутренними каналами 66', 66''.
Снова со ссылкой на фиг. 9, стоит отметить, что первая часть 152 соединена с патрубком 151 посредством соединительной части 155, которая, по существу, имеет дугообразную форму. Как показано на фиг. 7, когда устройство 150 подачи соединено с двумя оголовками 61, 62, такая соединительная часть 155 располагается рядом с корпусом 30 компрессора 1, но преимущественно под участком 51 всасывания. Таким образом, компрессор 1 сохраняет очень компактную конфигурацию.
Снова со ссылкой на фиг. 11 и 12, уже упоминавшиеся выше, стоит отметить, что форма первого отверстия 71', ограниченного поперечной поверхностью 71 первого оголовка 61, по существу, соответствует форме первого отверстия 72', определенного поперечной поверхностью 72 второго оголовка 62. Более того, стоит отметить, что угловое положение первого отверстия 71' первого оголовка 61, вычисленное относительно оси вращения 108' первого ротора 80', смещено относительно углового положения первого отверстия 72' второго оголовка 62 на угол, соответствующий углу β между концевыми участками 91, 92 первого ротора 80'. Как показано на виде в разрезе на фиг. 13, посредством этого технического решения во время вращения первого ротора 80' второй газ вводят через отверстия 71' и 72'' в тот же объем камеры 50, ограниченный между двумя поперечными поверхностями 71, 72, двумя лопастями 81', 81'' самого ротора 80', 80'' и корпусом 30.
1
2
2
1
2
Чтобы увидеть различные угловые положения первого отверстия 71' первого оголовка 61 относительно первого отверстия 72' второго оголовка 62, необходимо рассмотреть тот же самый отрезок (обозначенный на фиг. 11 и 12 ссылочной позицией 99) профиля таких отверстий 71', 72'. На фиг. 11 ссылочная позиция α обозначает угол, образованный между первой опорной плоскостью 502, содержащей ось 108' вращения первого ротора 80' и параллельной опорной плоскости 501, и второй опорной плоскостью 503, содержащей ось 108' вращения и проходящей по касательной к отрезку 99 первого отверстия 71' первого оголовка 61. Аналогично, на фиг. 12 угол, обозначенный ссылочной позицией α, задан между первой опорной плоскостью 502 и второй опорной плоскостью 503', содержащей ось 108' вращения и проходящей по касательной к отрезку профиля первого отверстия 72' второго оголовка 62. Такой второй угол α также показан на фиг. 11 вместе со второй опорной плоскостью 503'. Стоит отметить, что сумма углов α и α соответствует углу β смещения.
Также для второго отверстия 71'' первого оголовка 61 угловое положение относительно оси 108'' вращения второго ротора 80'' смещено относительно углового положения 72'' второго оголовка 62 на угол, соответствующий самому углу β смещения. Угол β между двумя вторыми отверстиями 71'', 72'' также показан на фиг. 11.
На фиг. 14 – 17 приведены схематичные виды компрессора 1 в соответствии с изобретением. В частности, на этих фигурах показано два ротора 80', 80'', расположенных в корпусе 50, у каждого из которых имеется по три лопасти. На указанных фигурах показан вид в разрезе камеры 50 в соответствии с плоскостью сечения, которая, по существу, перпендикулярна осям 108', 108'' вращения двух роторов 80', 80''. На фиг. 14 – 17 показана поперечная поверхность 71 первого оголовка 61, а также два отверстия 71', 71'', проходящих через саму поверхность. На фиг. 14 – 17 также схематично показано два канала 65', 65'', через которые второй газ достигает двух отверстий 71', 71'' и, тем самым, рабочей камеры 50.
Со ссылкой на фиг. 14 – 17, в «вакуумном» режиме работы компрессор 1 в соответствии с изобретением работает циклически в три этапа, которые обсуждаются далее со ссылкой на первый ротор 10, который вращается против часовой стрелки вокруг оси 108' вращения. Приведенные далее рассуждения также применимы ко второму ротору 80'', который вращается по часовой стрелке. Более того, приведенные далее рассуждения относятся к вакуумному режиму работы компрессора 1.
Со ссылкой на фиг. 14, во время синхронизированного вращения два ротора 80', 80'' попеременно ограничивают объемы всасывания, обозначенные ссылочной позицией 400, температура (Ta) и давление (Pb) в которых соответствуют условиям участка 51 всасывания. В частности, каждый объем 400 всасывания ограничен корпусом 30, ограничивающим камеру 50, поперечными поверхностями 71, 72 двух оголовков 61, 62 и двумя лопастями 81', 81'' соответствующего ротора 80', 80''. Точка Pr, указанная на фиг. 14 – 17, обозначает вершину первой лопасти 81', которая достигает первого отверстия, заданного выпускным участком 52.
В частности, на фиг. 14 показан момент работы, в который образован вышеупомянутый объем 400 всасывания. В такой момент перемещение ротора 80' определяет открытие первого отверстия 71' впуска первого оголовка 61 и первого отверстия 72' впуска второго оголовка 62. Второй газ поступает в указанный объем 400 через такие отверстия 71', 72' при атмосферном давлении Pa и при температуре Ta окружающей среды. Второй газ расширяется в указанном объеме, потому что выполнено соотношение Pb < Pa, и сжимает уже имеющийся первый газ, увеличивая давление до Pa. На фиг. 15 показан этап впуска второго газа через два отверстия 71', 72', а на фиг. 16 показан момент начала этапа выпуска. Стоит отметить, что в такой момент точка Pr расположена, по существу, на грани, расположенной между рабочей камерой и выпускным участком 52. Стоит отметить, что давление в объеме 400 камеры 50 достигает атмосферного давления Pa до открытия выпускного отверстия, т.е. до состояния, показанного на фиг. 15. Таким образом, этап выпуска, показанный на фиг. 17, всегда происходит при постоянном давлении.
1
2
По сравнению с фронтальным впуском, который характерен для известных технических решений, боковой впуск газа через два оголовка 61, 62 позволяет достичь существенного сдерживания/снижения пульсации в выпускных трубах и в то же время снижения колебаний скорости потока на выпуске. Действительно, заполнение объема 400 камеры 50 происходит постепенно во время вращения привода, как показано на графике на фиг. 18. В частности, на фиг. 18 показана кривая, относящаяся к заполнению камеры 50 под действием бокового впуска при максимальном вакууме (95%) и номинальной скорости вращения роторов. На графике на фиг. 18 показано давление P [мбар], достигнутое в объеме 400, по оси ординат, а по оси абсцисс – угол υ [град] открытия впуска, то есть, угловую разницу между опорным угловым положением, соответствующим началу впуска, и реальным угловым положением. В связи с этим, на фиг. 14 показано начальное состояние, в котором угол υ открытия равен нулю (υ =0°), а на фиг. 15 и 16 показаны другие углы открытия (υ = υ, υ = υ). На фиг. 18 показано, что впуск второго газа распределен по дуге, составляющей существенный угол, приблизительно 70°, являясь, тем самым, преимущественно «постепенной», в отличие от фронтального впуска, который, в действительности, представляет собой почти мгновенное явление, т.е. сокращен до поворота ротора на несколько градусов, что является источником шума.
1
2
Опять, на фиг. 18, стоит отметить, что максимальное давление (Pa) достигается при значении υ (состояние на фиг. 15), которое меньше, чем угол υ (состояние на фиг. 16), характерного для начального состояния выпуска. Это означает, что выпуск через выпускной участок 52 всегда происходит при постоянном значении давления Pa. Следовательно, этап выпуска (фиг. 17) происходит без резкого выравнивания давления, присущего традиционным компрессорам без впуска или с фронтальным впуском. В конечном итоге достигается снижение шума при выпуске.
1
2
1
2
В дополнение к этому, было установлено, что боковой впуск в сочетании с проходящими по спирали лопастями роторов позволяет получить такую скорость потока в выпуске, которая является преимущественно постоянной, как видно из диаграммы на фиг. 19. В частности, на такой диаграмме показана первая кривая давления, обозначенная ссылочной позицией C, которая показывает скорость потока Q [л/мин] в выпуске в зависимости от угла поворота γ [град] роторов 80', 80'' для компрессора традиционного типа с прямыми лопастями и фронтальным впуском. А кривая C показывает скорость потока в зависимости от угла поворота γ роторов 80', 80'' для компрессора 1 в соответствии с изобретением, то есть с боковым впуском и проходящими по спирали лопастями. Снижение колебаний скорости потока, которое может быть получено с помощью технических решений, описанных выше, становится очевидным, если сравнить две кривые C и C.
Компрессор в соответствии с изобретением решает поставленные задачи и достигает поставленных целей. В частности, по сравнению с известными решениями боковой впуск в сочетании с проходящими по спирали лопастями роторов позволяет получить преимущественное снижение шума, что подтверждается данными, приведенными в таблицах 1 и 2, приведенных далее. В частности, было проведено сравнение трех различных компрессоров при постоянном числе оборотов в минуту [об/мин] и, следовательно, при постоянной скорости потока. Действительно, три сравниваемых компрессора имеют одинаковое смещение. Первый рассмотренный компрессор (третий столбец в таблицах 1 и 2) относится к традиционному типу с впуском на корпусе и роторами с прямолинейными лопастями. Второй рассмотренный компрессор (четвертый слева столбец в таблицах) имеет боковой впуск в соответствии с принципами изобретения с роторами с прямыми лопастями.
Таблица 1 относится к «вакуумной» работе трех рассмотренных компрессоров с процентом вакуума [Vac], равным 80 (то есть с относительным давлением всасывания около 202 мбар). Таблица 2 относится к работе без вакуума и при давлении, равном нулю. Впуск в таких условиях не осуществляют.
В таблицах 1 и 2 показана мощность звука (LwA), выраженная в децибелах [дБ], измеренная при изменении скорости вращения для каждого из рассмотренных компрессоров. Такая звуковая мощность представляет собой индекс шума компрессора, обусловленный перемещением механических частей, пульсациями в трубах впуска и/или изменениями давления, которые генерируются в выпуске.
В таблице 1 показано, что компрессор в соответствии с изобретением (боковой впуск и роторы со спиральными лопастями) позволяет снизить шум, по меньшей мере, на 16% с точки зрения децибел [дБ] при 2300 оборотах в минуту [об/мин] и даже на 21% при 3100 оборотах в минуту [об/мин] по сравнению с компрессором традиционного типа (впуск на корпусе и роторы и прямыми лопастями).
Таблица 1
Оборотов в минуту[об/мин]
Вакуум [%]
Впуск на корпусеLwA [дБ]
Боковой впускLwA [дБ]
Боковой впускLwA [дБ]
Прямыелопасти
Прямые лопасти
Спиральные лопасти
2300
80
107
94
89
2500
80
112
92
90
2700
80
117
97
95
3100
80
122
98
96
Таблица 2
Оборотов в минуту[об/мин]
Вакуум [%]
Впуск на корпусеLwA [дБ]
Боковой впускLwA [дБ]
Боковой впускLwA [дБ]
Прямыелопасти
Прямые лопасти
Спиральные лопасти
2300
0
90
90
86
2500
0
92
92
88
2700
0
96
96
91
3100
0
98
98
93
Снова со ссылкой на Таблицу 1, при сравнении данных, относящихся ко второму компрессору (боковой впуск и прямые лопасти), и данных, относящихся к компрессору в соответствии с изобретением, очевиден синергетический эффект с точки зрения снижения шума, получаемый от применения бокового впуска и спиральных роторов.
В таблице 2 можно отметить, что при отсутствии впуска (работа под давлением, даже если нулевым) использование роторов со спиральными лопастями позволяет уменьшить шум примерно на 4,4% при скорости вращения 2300 об/мин и около 5,1% при скорости вращения около 3100 об/мин по сравнению с компрессором с ротором с прямыми лопастями.
Из вышесказанного сочетание технических решений, указанных выше, позволяет расширить диапазон применения компрессора как с точки зрения достигаемого процента вакуума, так и с точки зрения оптимальной рабочей скорости, максимальной скорости и, следовательно, максимальной скорости потока. Таким образом, компрессор в соответствии с изобретением позволяет уменьшить шум и вибрации, что приводит к соответствующему уменьшению акустического загрязнения и большей долговечности механических компонентов.