КОМПРЕССОР

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована при изготовлении компрессорного оборудования, предназначенного для нагнетания, перекачивания и вакуумирования газа, в частности, в пневматических производственных и транспортных газовых системах.
Из уровня техники известен компрессор, который является наиболее близким аналогом заявленного устройства, содержащий корпус, в котором выполнены входное и выходное отверстия, и два рабочих элемента, расположенных в корпусе, выполненных с возможностью синхронного вращения, обеспечивающего периодическое сжатие газа, первый рабочий элемент представляет собой сплошной цилиндр, на поверхности которого выполнено, по меньшей мере, два продольных паза, а второй рабочий элемент представляет собой полый цилиндр с симметричными продольными прорезями, образующими перемычки в количестве, равном количеству пазов первого рабочего элемента, при этом второй рабочий элемент расположен на неподвижном валу, в котором выполнен продольный вырез, конгруэнтный образующей первого рабочего элемента и обеспечивающий постоянное сопряжение первого рабочего элемента и неподвижного вала, а пазы первого рабочего элемента имеют форму, позволяющую обеспечить прием, сжатие и перенос газа при их взаимодействии с перемычками второго рабочего элемента (RU 2458251 C2, 10.08.2012).
Задачей настоящей полезной модели является устранение в значительной мере недостатков, присущих выше указанным типа ротационных компрессоров, а именно - существенные внутренние перетечки газа, что способствует значительному дополнительному нагреву конструкции, наличие и вредное влияние на работу компрессора так называемого «мертвого» пространства в той части компрессора, которая отделяет зону всасывания от зоны сжатия и нагнетания посредством создания и использования принципиально новой, более компактной и эффективной конструкции компрессора.
Техническим результатом полезной модели является значительное увеличение гидравлического сопротивления за счет увеличения протяженности щелевых переходов от одной полости к другой внутри компрессора, а также уменьшения объема так называемого «мертвого» пространства и количества переносимого им газа из зоны сжатия в зону всасывания, что в итоге, снижает потери в зоне всасывания и повышает КПД компрессора.
Технический результат достигается за счет создания компрессора, содержащего корпус с по меньшей мере одним впускным и по меньшей мере одним выпускным отверстиями, в котором размещены параллельно друг другу, с возможностью синхронного вращения, обеспечивающего периодическое сжатие газа, один основной и по меньшей мере один распределительный ротор, основной ротор выполнен в виде цилиндра с продольными прорезями, разделенными перемычками и размещен на неподвижной оси, распределительный ротор выполнен в виде сплошного цилиндра с продольными пазами. В корпусе компрессора выполнен по меньшей мере один серповидный цилиндрический вырез для частичного размещения распределительного ротора, другая часть которого размещена внутри основного ротора таким образом, что образуется по меньшей мере один компримирующий газовый тракт и/или по меньшей мере одна промежуточная камера, расположенная между каждой парой ближайших распределительных роторов, и соединенная газовым каналом с зоной переноса всасываемого воздуха, а компримирующий газовый тракт соединяет впускное и выпускное отверстия таким образом, что образуется по меньшей мере одна ступень сжатия, при этом количество перемычек выбрано таким образом, чтобы между зоной всасывания и зоной сжатия находилась по меньшей мере одна зона переноса, ограниченная двумя перемычками.
В частном варианте исполнения в корпусе размещены два распределительных ротора, выполненных с возможностью взаимодействия с одним основным ротором, с образованием между ними промежуточной камеры, затрудняющей перетекание газа из зоны сжатия в зону всасывания.
В частном варианте исполнения в корпусе компрессора выполнены два впускных и два выпускных отверстия и размещены один основной и два оппозитно расположенных распределительных ротора, с образованием двух параллельных газовых трактов, при прохождении по которым газ подвергается сжатию.
В частном варианте исполнения в корпусе компрессора выполнены три впускных и три выпускных отверстия и размещены один основной и три распределительных ротора, образующие три ступени сжатия компримирующих тракта.
В частном варианте исполнения корпус компрессора разделен по меньшей мере на две неравные секции стенками, перпендикулярными осям роторов, одновременно на распределительном роторе выполнены проточки, а основной ротор имеет кольцевые участки, разделяющие ротор на соответствующие части, а на неподвижных осях выполнено соответствующие количество продольных вырезов, в каждой секции корпуса выполнены входное и выходное отверстия, при этом выходное отверстие каждой секции последовательно соединено каналом с входным отверстием последующей таким образом, что образуется по меньшей мере две ступени сжатия.
В частном варианте исполнения выпускное окно соединено с зоной сжатия каналом сложной формы, выполненном в неподвижной оси.
В частном варианте исполнения выпускное окно выполнено в корпусе в зоне сжатия.
В частном варианте исполнения выпускное окно размещено напротив кольцевого участка основного ротора в каждой перемычке которого выполнен Г-образный выпускной канал, при этом указанный канал и выпускное окно выполнены таким образом, что обеспечивается их периодическое совмещение в зоне сжатия.
В частном варианте исполнения неподвижная ось выполнена полой, с возможностью присоединение ее концов к внешней системе жидкостного охлаждения.
В частном варианте исполнения пазы распределительного ротора и перемычки основного ротора выполнены трапецевидной формы.
Ниже приводятся графические материалы, поясняющие варианты осуществления полезной модели.
На фиг. 1 показано поперечное сечение двухроторного компрессора с размещением распределительного ротор внутри основного ротора в разрезе с указанием позиций.;
На фиг. 2 - фиг. 7 последовательно показан перенос газа при движении роторов.
На фиг. 8 показаны основной и распределительный роторы в аксонометрической проекции.
На фиг. 9 показано поперечное сечение трехроторного компрессора с промежуточной камерой и газовой магистралью, соединяющей эту камеру с зоной переноса.
На фиг. 10 показано поперечное сечение трехроторного компрессора с двумя оппозитно расположенными распределительными роторами.
На фиг. 11 показано поперечное сечение четырехроторного компрессора с тремя параллельно действующими роторными парами.
На фиг. 12 показана схема реверсирования и подачи сжатого воздуха в щели между перемычками основного ротора и внутренней поверхностью корпуса и золотниковая схема перепуска воздуха из зоны сжатия в выпускное окно.
Компрессор, как показано на фиг. 1 содержит корпус 1 с цилиндрической внутренней расточкой, на которой выполнен серповидный цилиндрической формы продольный вырез 2, с одной стороны которого располагается впускное окно 3. Внутри корпуса 1 в цилиндрическом колодце находится основной ротор 5, который размещен на неподвижной оси 6; снабженной углублением и выпускным каналом 4, в специальном цилиндрическом углублении размещен распределительный ротор 7, который сопрягается с корпусом 1 на участке серповидного выреза. На торцах основного ротора 5 установлены две крышки с гнездами под подшипники, через которые основной ротор 5 опирается на неподвижную ось 6. В торцах неподвижной оси 6 выполнены гнезда с подшипниками для установки распределительного ротора 7. Корпус 1 ограничен с обеих сторон торцевыми крышками с узлами фиксации концов неподвижной оси 6, причем на одной из крышек размещен узел силового привода зубчатых колес, синхронизирующих вращение ротора 5 и ротора 7.
На фиг. 8 показан основной ротор 5, который имеет форму полого цилиндра с перемычками чередующимися с продольными прорезями, также показан распределительный ротор 7, который имеет форму сплошного цилиндра с продольными пазами.
Кроме того в корпусе компрессора фиг. 3 могут быть выполнены два впускных 3 и два выпускных окна 4, а также второй - дополнительный продольный серповидный вырез 2 на внутренней поверхности оппозитно первому вырезу, а также дополнительный распределительный ротор 10, выполненный одинаковым с основным распределительным ротором 7, расположенный также в цилиндрическом углублении неподвижной оси параллельно ему и оппозитно в одной плоскости, что предопределяет образование двух параллельно действующих роторных пар, имеющих один общий основной ротор 5.
Кроме того на корпусе компрессора могут быть выполнены более двух продольных серповидных вырезов 2, и более двух впускных 3 и более двух выпускных окон 4; более двух распределительных роторов 7, размещенных в цилиндрических углублениях неподвижной оси 6 и сопрягаемых неподвижным корпусом в местах соответствующих серповидных вырезов и образующих более двух параллельно действующих роторных пар, имеющих один общий основной ротор.
Компрессор также может состоять из нескольких секций, при этом корпус компрессора разделяется на несколько неравных секций стенками, перпендикулярными осям роторов, одновременно на распределительном роторе выполнены проточки, а основной ротор имеет кольцевые участки, разделяющие ротор на соответствующие части, а на неподвижных осях выполнено соответствующие количество продольных вырезов, в каждой секции корпуса выполнены входное и выходное отверстия, при этом выходное отверстие каждой секции последовательно соединено каналом с входным отверстием последующей таким образом, что образуется по меньшей мере две ступени сжатия.
Выпускные окна 3 компрессора также могут иметь несколько вариантов исполнения, например, выпускное окно выполнено в виде углубления на неподвижной оси 6, которое соединятся с выпускным каналом 4 сложной формы, выполненном в неподвижной оси. Выпускное окно может быть выполнено непосредственно в корпусе в зоне сжатия. Выпускное окно (фиг. 12) может быть размещено напротив кольцевого участка основного ротора в каждой перемычке которого выполнен Г-образный выпускной канал, при этом указанный канал и выпускное окно выполнены таким образом, что обеспечивается их периодическое совмещение в зоне сжатия.
Неподвижная ось может быть выполнена полой, с возможностью присоединение ее концов к внешней системе жидкостного охлаждения.
В одном из вариантов выполнения пазы распределительного ротора и перемычки основного ротора выполнены трапецевидной формы, что позволит уменьшить объем мертвого пространства.
На фиг. 12 также показана схема реверсирования и подачи сжатого воздуха, которая представляет собой систему каналов, выполненную в перемычке основного ротора, направляющую сжатый воздух из зоны сжатия в щель между движущейся перемычкой, корпусом и неподвижной осью. Система реверса предназначена для уменьшения перетекания газа из зоны сжатия в зону переноса.
Ниже приводится один из примеров (фиг. 1) осуществления полезной модели.
В пространство между двумя перемычками основного ротора 5 в зоне всасывания через впускное окно 3 поступает газ, например воздух. При вращении основного ротора 5 и взаимодействующего с ним распределительного ротора 7 зона всасывания увеличивает свой объем, затем соединяется с полостью «мертвого» пространства 8 и пазом распределительного ротора 7. Завершается процесс всасывания в момент, когда паз на роторе 7 замыкается внутренней поверхностью углубления на неподвижной оси 6 при этом весь объем всасывания разделяется на две порции: одна заполняет паз, а вторая - промежуток между двумя соединительными перемычками основного ротора 5, количество таких циклов всасывания за один оборот основного ротор 5 определяется числом перемычек основного ротора 5.
Указанные выше две порции воздуха, составляющие объем всасывания врозь переносятся, сжимаются и нагнетаются, а именно: меньшая порция переносится пазом в зону нагнетания, соединяется с каналом 4 и подвергается внешнему сжатию, вторая - большая порция переносится полостью между двумя перемычками основного ротора в зону сжатия, где первоначально подвергается внешнему сжатию за счет энергии остаточной порции газа, полученной предыдущем цикле сжатия. Далее сжатие продолжается как внутреннее на месте уменьшения объема полости сжатия. На этом этапе сжатия происходит заполнение и замыкание «мертвого» пространства 8 между поверхностью корпуса 1 в зоне серповидного выреза 2, стенками паза и торцевыми стенками неподвижной оси 6, при этом зона сжатия отделена от канала 4 и сжатия воздуха в «мертвом» пространстве 8 значительно ниже максимальной. При дальнейшем вращении в момент соединения полости паза с зоной сжатия происходит нагнетание сжатого воздуха через канал 4 во внешнюю пневмосеть, которое прекращается как только полость паза минует углубление, примыкающее к каналу 4. Остаточная порция сжатого воздуха, как было показано выше передает свою энергию сжимаемой свежей порции воздуха в следующем цикле сжатия и нагнетания.
Согласно второму варианту (фиг. 9) сжимаемый воздух нагнетается в пневмосеть через выпускное окно 3, выполненное непосредственно в корпусе, в связи с этим «мертвое» пространство в виде зазора между перемычками основного ротора 5 и пазом распределительного ротора 7 заполняется сжатым воздухом под давлением нагнетания, который в случае попадания в зону всасывания в значительной мере уменьшает полезный объем всасываемого воздуха. Избежать подобной ситуации позволяет наличие дополнительного распределительного ротора 10, с помощью которого между двумя распределительными роторами образуется промежуточная полость (камера) 11, соединенная газовым каналом 12 с зоной переноса всасываемого воздуха. Благодаря такой особенности конструкции сжатый воздух из «мертвого» пространства 8 перетекает камеру 11, где расширяется и под остаточным давлением перетекает по каналу 12 в зону переноса, откуда впоследствии поступает в зону сжатия и нагнетания. В итоге в зону всасывания поступает лишь небольшая часть воздуха, ранее заполнявшего первичное «мертвое» пространство. Устранить полностью данный вид перетечек объективно нельзя, т.к в зоне сопряжения дополнитльного ротора 10 с корпусом возникает «вторичное мертвое пространство».
Наличие в данном варианте исполнения полости 13 внутри неподвижной оси 6, используемой для жидкостного охлаждения, позволяет снизить тепловую напряженность в работе компрессора и использовать уменьшенные тепловые зазоры и таким образом снизить объем внутренних перетечек сжимаемого воздуха.
Согласно третьему варианту (фиг. 10) дополнительный распределительный ротор 10 расположен оппозитно распределительному ротору 7, что обеспечивает образование двух роторных пар, имеющих один основной ротор 5. Сжимаемый воздух поступает одновременно через два впускных окна и перемещается взаимодействующим основным ротором 5 и распределительными роторами 7 и 10 в виде двух параллельных потоков в зоне сжатия и нагнетания. В области невысоких степеней сжатия, не более трех, при наличии объективно существующих перетечек конструкция такой модели эффективна благодаря компактности и удвоению объема всасываемого воздуха. Для повышения эффективности работы высокопроизводительных компрессоров низкого давления может быть использована схема с тремя (фиг. 11) и более дополнительными распределительными роторами.
Компрессор по любому из указанных вариантов может быть выполнен многоступенчатым путем разделения по длине корпуса и неподвижной оси на две и более части стенками перпендикулярными осям роторов, а сами распределительные роторы должны быть разделены по длине на соответствующие части проточками, основной ротор - дополнительными кольцевыми участками.
Компрессор может также работать в режиме вакуум-насоса, т.е выполнен с возможностью вакуумирования газа, без изменения принципа работы и существенных конструктивных изменений.