СПИРАЛЬНЫЙ КОМПРЕССОР

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к спиральным роторным машинам, а именно к спиральному компрессору, и предназначена для использования в составе холодильных установок и систем кондиционирования воздуха, в том числе на установках подвижного типа (транспортных средствах, вращающихся устройствах и т.д.).
Уровень техники
Из уровня техники известен спиральный компрессор [Патент № RU142239, МПК F04C 18/02, F04C29/02, опубл. 20.06.2014], содержащий цилиндрический корпус с расположенными в нем двумя спиральными элементами, каждый состоит из торцевого диска и эвольвентной спирали. Один из спиральных элементов жестко закреплен в корпусе, другой вставлен в неподвижный спиральный элемент с возможностью совершения орбитального движения с эксцентриситетом относительно неподвижного спирального элемента. При этом для снижения обратных перетечек рабочей среды через зазор между спиралью и ответным торцевым диском спиральные элементы снабжены уплотнительными элементами.
Недостатком известной конструкции является износ уплотнительных элементов по мере работы компрессора, который не компенсируется, что приводит в процессе эксплуатации к ухудшению уплотняющей конструкции упорной поверхности скольжения между неорбитальным и орбитальным спиральными элементами и увеличению обратных перетечек.
Наиболее близким по технической сущности является спиральный компрессор, содержащий цилиндрический корпус с расположенными в нем двумя орбитальным и неорбитальным спиральными элементами. При этом неорбитальный спиральный элемент выполнен подвижным в осевом направлении, с возможностью поджатия под воздействием давления упорной поверхности скольжения между неорбитальным и орбитальным спиральными элементами. Благодаря чему уменьшается торцевой зазор между спиральными элементами [Патент № RU2550418, МПК F04C 29/00, F04C 18/02, F04C 27/00, опубл. 10.05.2015].
Недостатком данного устройства является потери КПД из-за возникающих сил трения между спиральными элементами (пара металл-металл), а также снижение прижимающего усилия и неплотное прилегание упорной поверхности скольжения между спиральными элементами вследствие погрешностей изготовления или сборки компрессора.
Раскрытие сущности полезной модели
При создании полезной модели решалась задача создания спирального компрессора с хорошими эксплуатационными характеристиками, удовлетворяющей современным требованиям, предъявляемым к элементам компрессора в машиностроении.
Технический результат - повышение эффективности работы компрессора путем снижения вероятности возникновения перетечек рабочей среды через торцевые зазоры и снижения трения между подвижными элементами.
Указанный технический результат достигается тем, что спиральный компрессор содержит цилиндрический корпус, в котором установлены неорбитальный спиральный элемент с возможностью осевого перемещения вдоль корпуса под воздействием давления, орбитальный спиральный элемент, взаимодействующий с неорбитальным спиральным элементом с образованием камер сжатия, при этом каждый упомянутый спиральный элемент включает торцевой диск с размещенной на нем спиралью, при этом, согласно полезной модели, в пазах, выполненныхна свободных торцах спиралей, размещены торцевые уплотнители, выступающие из паза, при этом торцевые уплотнители выполнены из фторопластовой композиции.
При этом, согласно полезной модели, торцевые уплотнители выполнены из фторопластовой композиции на основе фторопласта Ф4К20.
При этом, согласно полезной модели, торцевые уплотнители выполнены из фторопластовой композиции Ф4К15М5.
При этом, согласно полезной модели, торцевые уплотнители выполнены в форме прямоугольника в поперечном сечении.
На эффективность спирального компрессора в первую очередь оказывают влияние перетечки рабочей среды между рабочими полостями, образованными спиральными элементами, и утечки на всасывание. Существует два типа зазоров в рабочих полостях, по которым происходят данные утечки: радиальные и торцевые. Радиальные зазоры образованы спиральными поверхностями, имеют кривизну и значительную глубину, что уменьшает перетечки через них.
Торцевые зазоры, образованные между торцом спирали и торцевым диском ответного спирального элемента, имеют маленькую глубину щели, поэтому их необходимо уплотнять.
В предлагаемой конструкции на торцах в предусмотренных для этого пазах, установлены уплотнительные элементы прямоугольной формы в поперечном сечении, выполненные из фторопластовой композиции, в частности, на основе фторопласта Ф4К20 или Ф4К15М5. Данные композиты имеют высокую износостойкость, лучше сохраняют форму, выдерживают большие концентрации напряжения при деформации, а также обладают антифрикционными свойствами.
Кроме того, для более плотного контакта в предлагаемой конструкции использован механизм осевого согласования спиральных элементов, который включает камеру осевого смещения неорбитального спирального элемента для его поджатия под воздействием давления.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется графическими материалами конкретного примера ее осуществления, где на:
фиг. 1 представлен механизм сжатия рабочей среды спирального компрессора в продольном сечении;
фиг. 2 - торцевые уплотнители свободных торцах спирали неорбитального спирального элемента.
Осуществление полезной модели
Спиральный компрессор содержит герметичный цилиндрический корпус 1, в котором установлена перегородка 2, разделяющая внутреннюю полость корпуса на полость нагнетания 3 и всасывающую полость 4, в которой расположены орбитальный 5 и неорбитальный 6 спиральные элементы, взаимодействие которых образует механизм сжатия рабочей среды 7 (фиг. 1).
Неорбитальный спиральный элемент 6 установлен внутри корпуса 1 с возможностью осевого перемещения вдоль корпуса 1 под воздействием давления.
Неорбитальный спиральный элемент 6 включает торцевой диск 8 с размещенной на его нижней поверхности эвольвентной спиралью 9.
Орбитальный спиральный элемент 5 также включает торцевой диск 10 с размещенной на его верхней поверхности эвольвентной спиралью 11 и установлен на валу электродвигателя 12 с возможностью совершать орбитальное движение относительно неорбитального спирального элемента 6 с образованием замкнутых камер сжатия 13.
Нижняя упорная поверхность торцевого диска 10 сопряжена с плоской кольцевой упорной несущей поверхностью главного подшипника 14, связанного с валом электродвигателя 12.
На свободном торце спирали 9, в предусмотренном для этого пазу, расположен торцевой уплотнитель 16, выступающий из паза спирали 9 (фиг. 2). Аналогичным образом осуществлено размещение торцевого уплотнителя 16 на спирали 11 орбитального спирального элемента 5. Предпочтительная высота (h) выступающей части торцевых уплотнителей - 0,2 мм. Торцевые уплотнители 16 выполнены в форме прямоугольника в поперечном сечении.
Торцевые уплотнители 16 выполнены с упором в поверхности ответных торцевых дисков 8 и 10 (фиг. 2). Выступающая часть обеспечивает безопасный зазор, между вершиной спирали и ответного торцевого диска.
Торцевые уплотнители 16 могут быть выполнены из фторопласта или фторопластового композита, например, композита на основе фторопласта Ф4К20 или Ф4К15М5. Данные композиты имеет в 600 раз более высокую износостойкость, по сравнению с обычным фторопластом Ф4. А также лучше сохраняют форму. Выдерживают на 30% больше напряжения при 10% деформации. Использование для торцевых уплотнителей 16 упомянутых материалов позволяет снизить потери КПД из-за образования антифрикционной пары фторопласт-металл, а также дополнительно уплотнить зазоры между торцами спиралей 9 и 11 и поверхностями ответных торцевых дисков 8 и 10, образованные из-за погрешностей изготовления, сборки и т.д.
Использование торцевых уплотнителей 16 снижает обратные перетечки рабочей среды через торцевой зазор и тем, самым увеличивает эффективность работы компрессора.
На внешней поверхности торцевого диска 8 (фиг. 1) неорбитального спирального элемента 6 выполнена кольцевая канавка 17 для размещения уплотнительной крышки 18 с образованием над неорбитальным спиральным элементом 6 камеры осевого смещения 19 механизма осевого согласования спиральных элементов 5 и 6.
Торцевой диск 8 неорбитального спирального элемента 6 имеет нагнетательный канал 20, выходящий в нагнетательную полость 3. Нагнетательный канал 20 связывает нагнетательную полость 3 с одной из камер сжатия 13, которая находится во внутреннем по радиусу положении, и позволяет сжатой рабочей среде (под давлением нагнетания) протекать через нагнетательный канал 20 и поступать в нагнетательную полость 3.
Торцевой диск 8 неорбитального спирального элемента 6 имеет дроссельное отверстие 21, выполненное с возможностью сообщения камеры осевого смещения 19 с одной из камер сжатия 13, находящейся в промежуточном по радиусу положении.
Спиральный компрессор работает следующим образом.
Перед пуском спирального компрессора неорбитальный спиральный элемент 6 под действием силы тяжести, лежит на орбитальном спиральном элементе 5. После пуска спирального компрессора осуществляется всасывание текучей рабочей среды во всасывающую полость 4. Спираль 11 орбитального спирального элемента 5 входит в зацепление со спиралью 9 неорбитального спирального элемента 6 с образованием ряда подвижных камер сжатия 13 с текучей рабочей средой.
Благодаря осевой подвижности неорбитального спирального элемента 6 давление сжимаемого газа поднимет неорбитальный спиральный элемент 6, из-за чего образуются перетечки рабочей среды, что препятствует быстрому набору давления нагнетания и обеспечивает разгруженный пуск электродвигателя.
По мере перемещения из наружного по радиусу положения (под давлением всасывания) через промежуточное по радиусу положение (под промежуточным давлением) во внутреннее по радиусу положение (под давлением нагнетания) на протяжении цикла сжатия камеры 13 с рабочей средой, образованные спиралями 9 и 11, уменьшаются в объеме. Сжатие и перемещение рабочей среды со стороны всасывающей полости 4 в полость нагнетания 3 происходит благодаря уменьшению объемов камер сжатия 13. В определенный момент происходит объединение камер сжатия 13 друг с другом и вытеснение сжимаемой среды через нагнетательный канал 20.
По мере работы спирального компрессора, давление рабочей среды становится близким к давлению нагнетания. В камеру осевого смещения 19 через дроссельное отверстие 21 начинает поступать рабочая среда из камеры сжатия 13, которая находится в промежуточном положении. Перепад давления между рабочей средой под промежуточным давлением в камере осевого смещения 19 и текучей средой во всасывающей камере 4 создает результирующее осевое усилие смещения неорбитального спирального элемента 6 в сторону орбитального спирального элемента 5. Таким способом обеспечивается принудительный плотный контакт уплотнительных элементов, установленных на свободных торцах спиралей 9 и 11 с поверхностями соответствующих торцевых дисков 10 и 8 ответных спиральных элементов 5 и 6.
Таким образом, неорбитальный спиральный элемент выполнен с возможностью осевого перемещения вдоль корпуса под воздействием давления, нагнетаемого в камере осевого смещения или в камере сжатия.
Принудительный плотный контакт уплотнительных элементов 16 под воздействием давления камеры осевого смещения 19 компенсирует их износ. А использование в качестве материала торцевых уплотнителей 16 фторопластового композита компенсирует зазоры, образованные из-за погрешностей изготовления, сборки и т.д., и позволяют снизить потери КПД из-за образования антифрикционной пары фторопласт-металл.
Таким образом, предложенная конструкция обеспечивает повышение эффективности и коэффициента полезного действия компрессора.