РОТОРНЫЙ КОМПРЕССОР

Полезная модель относится к компрессоростроению и может быть использована в воздушных, газовых и холодильных установках, а также в качестве вакуум-компрессоров.
Роторные компрессоры принадлежат к группе машин объемного сжатия.
Известен роторный компрессор, содержащий корпус с передней и задней торцевыми крышками и впускным и выпускным каналами, соосно установленный в корпусе с возможностью вращения подвижный ротор, в котором размещен плавающий поршень двухстороннего действия с двумя боковыми пазами прямоугольного сечения, а также размещенные на одной оси вращения в передней и задней торцевых крышках и установленные эксцентрично относительно продольной оси корпуса опорные валы, снабженные плоскостями сопряжения с пазами, причем пазы выполнены с глубиной не менее длины сопрягаемых с пазами опорных валов (Патент RU 2253754 C1, 17.11.2003). Поршень и ротор образуют подвижную рабочую камеру, объем которой при вращении поршня и ротора изменяется от максимального до минимального значения, благодаря чему поступающая через впускной канал рабочая среда сжимается, после чего отводится через выпускной канал.
Недостатками компрессора являются неравномерная (пульсирующая) подача рабочей среды, а также динамическая неуравновешенность конструкции.
Известен также выбранный в качестве прототипа роторный компрессор по патенту RU 2115829 C1, 29.05.1997. Компрессор содержит охлаждаемый цилиндрический корпус с патрубками ввода сжимаемого газа и вывода сжатого газа, вал, установленный в корпусе эксцентрично относительно его продольной оси, связанные с валом вращающиеся поршни, образующие между собой камеры переменного объема, цилиндрическую втулку, соосно установленную в корпусе с образованием между ними кольцеобразной полости, в которой размещены поршни, причем вал размещен внутри втулки и на нем с противоположных концов закреплены два диска, закрывающих с торцов кольцеобразную полость; на внутренней поверхности каждого диска имеются радиально расположенные пазы, по которым при вращении дисков с помощью сухарей перемещаются поршни, причем плоскость внутренней поверхности сухарей совпадает с плоскостью внутренней поверхности дисков. Благодаря эксцентриситету между осью вала и осью корпуса, при вращении вала объем камер между соседними поршнями уменьшается по направлению от патрубка ввода сжимаемого газа к патрубку вывода сжатого газа, чем обеспечивается процесс сжатия газа. Поршни могут быть выполнены в виде цилиндрических роликов или усеченных секторов, при этом радиальный размер поршней должен быть равен ширине кольцеобразной полости.
Недостатками данного компрессора является:
- для обеспечения достаточно точного совпадения радиального размера поршней с шириной кольцеобразного пространства требуется весьма трудоемкая индивидуальная подгонка основных элементов компрессора, т.к. при увеличенном размере поршней сборка компрессора вообще невозможна, а следствием уменьшенного размера поршней является образование зазоров между камерами, обратные перетечки газа, снижение производительности и к.п.д. компрессора и увеличение расхода мощности на его привод;
- при работе компрессора возможно возникновение разницы в температурах корпуса, втулки и поршней, а соответственно и различных температурных расширений этих элементов, что, в свою очередь, может привести либо к образованию зазоров между камерами с сопутствующими обратными перетечками газа, либо к заклиниванию компрессора;
- кроме того, при использовании поршней в виде цилиндрических роликов неизбежно сохранение значительного мертвого пространства между роликами даже при полном их сближении, что также приводит к снижению к.п.д. компрессора и увеличению удельного расхода мощности на его привод.
Задачей настоящего предложения является создание роторного компрессора с улучшенными энергетическими показателями и упрощенной технологией изготовления и сборки.
Поставленная задача решена следующим образом.
Роторный компрессор содержит охлаждаемый цилиндрический корпус с двумя фланцами, всасывающим и нагнетательным патрубками, цилиндрическую втулку, соосно установленную в корпусе с образованием между внутренней стенкой корпуса и наружной стенкой втулки кольцеобразной полости, вращающиеся поршни, имеющие в поперечном сечении вид усеченных секторов, снабженные по обоим концам хвостовиками и размещенные в кольцеобразной полости с возможностью вращения вокруг оси корпуса, причем каждые два соседних поршня образуют между собой отдельную камеру, вал, размещенный внутри втулки эксцентрично относительно ее продольной оси, на котором закреплены с противоположных концов два диска с выполненными на их внутренней поверхности радиальными пазами, количество которых равно количеству поршней, в каждом пазе размещен сухарь, имеющий возможность свободно перемещаться при вращении дисков, поршни соединены с сухарями с помощью хвостовиков, причем диски плотно прилегают к торцам корпуса и втулки и закрывают с торцов кольцеобразную полость, а объем камер, образованных каждыми двумя соседними поршнями, благодаря эксцентриситету вала относительно продольной оси втулки уменьшается по направлению вращения от всасывающего патрубка к нагнетательному патрубку.
Вдоль поверхности каждого поршня, обращенной к наружной поверхности втулки, на всей его длине имеется не менее одного продольного паза, в каждый продольный паз вставлена лопатка прямоугольной формы, свободно перемещающаяся в пазе в радиальном направлении и опирающаяся на размещенную в нем пружину сжатия, причем длина рабочей части поршней и длина лопаток практически равны длине втулки.
Радиус наружной цилиндрической поверхности поршня равен радиусу внутренней поверхности корпуса, а радиус внутренней цилиндрической поверхности поршня на 0,5÷1 мм больше радиуса наружной поверхности втулки.
На внутренней поверхности корпуса в зоне нагнетательного патрубка предусмотрена проточка с площадью поперечного сечения, равной 0,2-0,5 площади поперечного сечения нагнетательного патрубка, соединяющая нагнетательный патрубок с ближайшей предшествующей нагнетательному патрубку камерой.
Также на внутренней поверхности корпуса в зоне всасывающего патрубка предусмотрена проточка с площадью поперечного сечения, равной 0,2-0,5 площади поперечного сечения всасывающего патрубка, соединяющая всасывающий патрубок с ближайшими предшествующей и последующей за всасывающим патрубком камерами.
Ниже полезная модель поясняется конкретным примером ее выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг. 1 изображает общий вид компрессора, продольный разрез;
фиг. 2 - поперечное сечение Α-A на фиг. 1;
фиг. 3 - вид на внутреннюю поверхность диска;
фиг. 4 - узел Б на фиг. 2 в увеличенном масштабе.
На чертежах обозначены следующие элементы:
1 - корпус; 2 - всасывающий патрубок; 3 - нагнетательный патрубок; 4 - втулка; 5 - кольцеобразная полость; 6 - поршень; 7- хвостовик; 8 - паз; 9 - лопатка; 10 - пружина; 11 и 12 - фланцы; 13 и 14 - крышки; 15 и 16 -подшипниковые узлы; 17 - уплотнение; 18 - вал; 19 и 20 - диски; 21 - паз; 22 - сухарь; 23 - камера; 24 и 25 - проточки в зонах соответственно нагнетательного и всасывающего патрубков; 26 - водяная рубашка; 27 и 28 - патрубки соответственно подвода и отвода охлаждающей жидкости.
Компрессор содержит коаксиально установленные друг относительно друга цилиндрический корпус 1 с всасывающим патрубком 2 и нагнетательным патрубком 3, а также цилиндрическую втулку 4 с образованием между ними кольцеобразного пространства 5. Внутри кольцеобразного пространства 5 размещены вращающиеся вокруг оси O корпуса 1 поршни 6, оси которых параллельны оси O корпуса 1. Поршни 6 выполнены в виде усеченных секторов, причем радиус наружной цилиндрической поверхности В поршня 6 равен внутреннему радиусу корпуса 1, а радиус внутренней цилиндрической поверхности Г поршня 6 на 0,5÷1 мм больше наружного радиуса цилиндрической втулки 4, длина поршня 6 равна длине втулки 4, а по обоим концам поршень снабжен хвостовиками 7. Каждые два соседних поршня 6 образуют между собой отдельную камеру. На внутренней цилиндрической поверхности каждого поршня 6, обращенной к наружной поверхности цилиндрической втулки 4, на всей его длине имеется не менее одного продольного паза 8 (на фиг. 4 показан поршень с двумя такими пазами) и в каждый паз 8 вставлена лопатка 9 прямоугольной формы, свободно перемещающаяся в пазе 8 в радиальном направлении и опирающаяся на размещенную в нем пружину сжатия 10.
Длина лопатки 9 равна длине втулки 4 и соответственно длине рабочей части поршня 6.
1
1
1
По торцам корпуса 1 закреплены фланцы 11 и 12, ось O которых параллельна оси O и расположена эксцентрично относительно нее. На фланцах 11 и 12 установлены крышки 13 и 14 соответственно, в которых размещены подшипниковые узлы 15 и 16, а также уплотнение 17. В подшипниковых узлах 15 и 16 установлен вал 18, ось которого совпадает с осью O фланцев 11 и 12, благодаря чему она смещена относительно общей оси O корпуса 1 и втулки 4. На валу 18 с противоположных его концов закреплены диски 19 и 20, которые с торцов ограничивают кольцеобразное пространство 5. На внутренней поверхности каждого диска 19 и 20 выполнены радиально расположенные пазы 21 прямоугольного сечения, количество которых равно количеству поршней 6. Поршни 6 вставлены своими хвостовиками 7 в сухари 22, установленные в пазах 21 обоих дисков 19 и 20 и могут при работе компрессора свободно перемещаться вместе с сухарями 22 вдоль пазов 21. Каждые два соседних поршня 6 образуют отдельную камеру 23. Благодаря эксцентриситету между осями O и O объем камер 23 различен и уменьшается по направлению вращения от всасывающего патрубка 2 к нагнетательному патрубку 3.
На внутренней поверхности корпуса 1 в зоне нагнетательного патрубка 3 предусмотрена проточка 24 с площадью поперечного сечения, равной 0,2-0,5 площади поперечного сечения нагнетательного патрубка 3, соединяющая нагнетательный патрубок 3 с ближайшей предшествующей нагнетательному патрубку 3 камерой 23.
Также на внутренней поверхности корпуса 1 в зоне всасывающего патрубка 2 предусмотрена проточка 25 с площадью поперечного сечения, равной 0,2-0,5 площади поперечного сечения всасывающего патрубка 2, соединяющая всасывающий патрубок 2 с ближайшими предшествующей и последующей за всасывающим патрубком 2 камерами 23.
Для отвода тепла сжатия и трения, выделяемого при работе компрессора, корпус 1 снабжен водяной рубашкой 26 с патрубками 27 и 28 подвода и отвода охлаждающей жидкости.
Компрессор работает следующим образом. При вращении вала 18 одновременно с ним вращаются диски 19 и 20 и поршни 6, хвостовики 7 которых вставлены в сухари 22, размещенные в противолежащих пазах 21 дисков 19 и 20. Центробежной силой поршни отжимаются к внутренней поверхности корпуса, а зазор, образовавшийся между внутренней поверхностью поршня 6 и наружной поверхностью втулки 4, перекрывается лопатками 9, выдавливаемыми пружинами 10, благодаря чему кольцеобразная полость 5 разделяется на отдельные герметичные камеры 23. Газ поступает в камеру 23, находящуюся напротив всасывающего патрубка 2. По мере вращения вала 18 объем этой камеры уменьшается и газ сжимается, после чего выводится из компрессора через нагнетательный патрубок 3 к потребителю. Тепло сжатия и трения, выделяющееся при работе компрессора, отводится от корпуса 1 охлаждающей жидкостью, циркулирующей через полость между корпусом 1 и водяной рубашкой 26. С помощью проточки 24 достигается опережающее начало подачи компримированного газа в нагнетательный патрубок 3, а благодаря наличию проточки 25 обеспечивается более полный забор всасываемого газа, а также исключается образование разрежения в камере 23, предшествующей всасывающему патрубку 2.
Предлагаемое техническое решение, позволяет, по сравнению с прототипом, существенно снизить трудоемкость и упростить изготовление роторного компрессора, повысить к.п.д. и надежность его работы, уменьшить удельный расход энергии на компримирование газа.
Предложенная конструкция роторного компрессора может также реализована при создании насоса и двигателя.