РОТАЦИОННЫЙ КОМПРЕССОР

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно, к поршневым ротативным машинам объемного вытеснения для производства сжатого газа.
Из уровня техники известен компрессор, содержащий кольцевой блок цилиндров, размещенные в цилиндрах поршни, эксцентрик, обеспечивающий взаимное возвратно-поступательное движение поршней и цилиндров, и систему подачи и отвода газа из полостей, образованных между цилиндрами и поршнями (см. патент GB 1062063, кл. F04B 1/14, опубл. 15.03.1967). Недостатками известного устройства являются сложность конструкции, невысокий КПД и недостаточная долговечность.
Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в повышении надежности работы компрессора. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в ротационном компрессоре, содержащий кольцевой блок цилиндров, размещенные в цилиндрах поршни, эксцентрик, обеспечивающий взаимное возвратно-поступательное движение поршней и цилиндров, и систему подачи и отвода газа из полостей, образованных между цилиндрами и поршнями, поршни образуют единый блок, связанный с кольцевым блоком цилиндров муфтой, обеспечивающей их вращение с одинаковой угловой скоростью, поршни выполнены в виде полых стаканов и размещены своими открытыми торцами внутрь цилиндров с гарантированным зазором между боковыми поверхностями поршней и цилиндров, причем указанные цилиндры частично заполнены жидкостью, а система подачи и отвода газа содержит впускные окна, выполненные в стенках поршней, и самодействующие беспружинные дисковые или кольцевые выпускные клапаны в днищах поршней, запорные пластины которых прижимаются к своим седлам центробежной силой. Впускные окна предпочтительно выполнены с возможностью открытия в момент, когда внутренние полости поршней свободны от жидкости на 20-50%. Эксцентрик предпочтительно установлен вращающимся вокруг оси, совпадающей с осью вращения вала, на котором закреплены цилиндры, и снабжен противовесом. Цилиндры кольцевого блока предпочтительно образованы радиальными перегородками, выполненными на внутренней поверхности цилиндрической обечайки.
На фиг. 1 представлено поперечное сечение предлагаемого компрессора;
на фиг. 2 - разрез A-A по фиг. 1.
Предлагаемый ротационный компрессор состоит из неподвижного кронштейна 1 с установленными на нем в подшипниках 2 и 3 эксцентрика 4, выполненного совместно со шкивом 5, и внутреннего блока поршней 6, выполненного заодно со снабженным шкивом валом 7. На эксцентрике 4 в подшипниках 8 установлен наружный кольцевой блок цилиндров 9. Наружный блок цилиндров 9 и внутренний блок поршней 6 связаны между собой цевочной муфтой 11, обеспечивающей их вращение с одинаковой угловой скоростью. Оси вращения блоков 6 и 9 параллельны, но смещены друг относительно друга на величину эксцентриситета «e». Внутренний блок поршней 6 снабжен четырьмя поршнями 12, представляющими собой полые стаканы, обращенные открытыми торцами от оси вращения, внутрь цилиндров. Наружный блок цилиндров 9 разделен радиальными перегородками, выполненными на внутренней поверхности цилиндрической обечайки, на четыре цилиндра 13, заполненных жидкостью 10.
Компрессор снабжен системой подачи и отвода газа из полостей, образованных между цилиндрами 13 и входящими в них с гарантированным зазором между боковыми поверхностями поршнями 12. Каждый из поршней 12 в днище снабжен выпускным клапаном 14, соединенным с внутренней полостью 15 блока 6, из которой через уплотнительное устройство 16 сжатый воздух отводится потребителю. В стенках каждого из поршней 12 выполнены впускные окна 17. Между днищами поршней 12 и свободной поверхностью жидкости 10 образуются замкнутые полости 18, циклически изменяющие свой объем по мере вращения блока цилиндров 9 совместно с блоком поршней 6. Эксцентрик 4 снабжен противовесом 19, служащим для уравновешивания центра масс наружного корпуса 9, сдвинутого на эксцентриситет «e».
Предлагаемый компрессор работает следующим образом.
От приводного двигателя через ременные передачи (на чертеже не показаны) и шкивы 5 и 7 внутренний блок поршней 6 и эксцентрик 4 приводятся во вращение в одну сторону, при этом угловая скорость вращения эксцентрика 4 меньше, чем у блока 6. Посредством цевочной муфты 11 наружный блок цилиндров 9 также приводится во вращение от блока 6. При совместном вращении блоков 9 и 6 благодаря эксцентрику 4 поршни 12 периодически погружаются в жидкость 10, находящуюся в цилиндрах 13, и выходят из нее, совершая возвратно-поступательное движение с частотой, равной разнице частот вращения блока 6 и эксцентрика 4. Соответственно, периодически изменяется объем замкнутых полостей 18.
При увеличении объема какой-либо из полости 18 (см. левое положение на фиг. 1) в ней создается разрежение до тех пор, пока впускное окно 17 поршня 12 не соединится с атмосферой. При этом геометрические размеры и расположение окна 17 подобраны таким образом, чтобы в момент соединения полости 18 с атмосферой объем полости 18 составлял 20-50% от ее полного объема. Поскольку в полостях 18 до их соединения с атмосферой создается разрежение, то это снижает КПД работы компрессора, однако при этом компрессор избавлен от впускных клапанов, что существенно упрощает его конструкцию и повышает надежность работы. При дальнейшем вращении блоков 6 и 9 поршень 12 начинает входить в жидкость 10, и после разобщения полости 18 с атмосферой в ней происходит сжатие воздуха и его выхлоп через клапан 14 во внутреннюю полость 15 блока 6. Откуда через уплотнительное устройство 16 сжатый воздух отводится потребителю. Таким образом, происходит циклическое всасывание атмосферного воздуха, его сжатие и вытеснение в полость высокого давления в каждом из четырех поршней 12.
При работе компрессора за счет теплоотдачи от сжатого и нагретого газа происходит нагрев жидкости 10. Подкачивающий насос (на чертеже не показан) постоянно или периодически добавляет новую холодную жидкость 10 в цилиндры 13, а излишки нагретой жидкости 10 удаляются. Степень сжатия газа в компрессоре пропорциональна величине центростремительного ускорения, разности высот «H» жидкости 10 в поршнях 12 и цилиндрах 13 и плотности жидкости 10, поэтому целесообразно раскручивать блок цилиндров 9 до высоких оборотов. Однако высокая частота вращения блока 9 ведет к высокой частоте срабатывания клапанов 14, что отрицательно сказывается на их долговечности. Применение вращающегося эксцентрика 4 ведет к уменьшению частоты срабатывания клапанов 14, что повышает их долговечность, при этом степень сжатия газа не уменьшается, поскольку блок 9 по-прежнему имеет высокую частоту вращения. Разделение наружного блока цилиндров 9 радиальными перегородками на отдельные, не сообщающиеся между собой полости цилиндров 13, в каждой из которых размещен один из поршней 12 блока 6, позволяет увеличить разность высот «H» жидкости 10 в поршнях 12 и полостях 13 за счет вытеснения части жидкости 10 при полном погружении в нее поршня 12, что увеличивает степень сжатия газа в компрессоре. Выполнение нагнетательных клапанов 14 в виде кольцевых или дисковых беспружинных клапанов, в которых запорная пластина прижимается к седлу центробежной силой, позволяет упростить конструкцию клапанов и повысить надежность и долговечность их работы.
Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет значительно повысить надежность и долговечность ротационного компрессора.