КОМПРЕССОР
COMPRESSOR

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении компрессорного оборудования, предназначенного для сжатия и подачи газов под давлением, в частности, в пневматических производственных и транспортных системах.
Из уровня техники хорошо известны аналогичные технические решения.
Так, из уровня техники известен ротационный компрессор (RU 2369776, F04C 18/356, 10.10.2009 г.). Компрессор содержит корпус с торцовыми крышками, всасывающим и нагнетательным окнами, в последнем из которых установлен одноименный клапан, эксцентрично размещенный в корпусе ротор и взаимодействующую с ним разделительную пластину, расположенную в подключенной к источнику охлаждающей и смазывающей жидкости полости корпуса с образованием поршневой пары. Компрессор снабжен кожухом, охватывающим корпус и соединенным с упомянутой полостью через распределительное устройство, выполненное в виде отверстий с установленными в них втулками, имеющими конусообразные усеченные внутренние выступы с меньшим и большим диаметрами. Последние обращены в сторону источника охлаждающей и смазывающей жидкости. Разделительная пластина выполнена с переменным поперечным сечением. Меньшее сечение обращено в сторону ротора, а большее - в сторону полости корпуса. Площадь пластины, обращенная в сторону полости корпуса, определяется из математической зависимости.
Также из уровня техники известен ротационный насос-компрессор (RU 2253755, F04C 18/344, 10.06.2005 г.). Насос-компрессор содержит соосный со статором ротор в форме двух опирающихся на две опоры дисков, скрепленных нагнетаемым крылом в виде большей части кольца, ось тела вращения которого смещена относительно оси вращения ротора на эксцентриситет. Внутрь крыла по оси вращения ротора установлен круглый цилиндрический статор. Образующая линия его цилиндрической части в месте сближения проходит от образующей линии внутренней поверхности нагнетаемого крыла на минимальном расстоянии. В теле статора выполнены прорези, в которые установлены две скрепленные подпружиненными штангами пластинчатые перегородки. Перегородки упираются во внутренние поверхности крыла и в поддерживающие полосы. На один конец оси вращения ротора установлен приводной вал. Второй конец ротора установлен на патрубок выхода. За патрубок насос-компрессор крепится на опоре. При вращении ротора крыло вращается вокруг цилиндрической части статора и нагнетаемой плоскостью охватывает среду. Затем нагнетаемая плоскость крыла входит в контакт с перегородкой, погружает ее в прорезь, сжимает среду и нагнетает сжатую среду под клапаны.
Из уровня техники известны и зарубежные аналоги заявленного изобретения, в частности компрессоры и компрессорное оборудование, описание которого раскрыто в патентных публикациях: GB 2111597 А, 06.07.1983, JP 11148477 А, 02.06.1999, GB 925490 A, 08.05.1963, JP 2004144067 A, 20.05.1994, US 6354823 B1, 12.03.2002.
Из уровня техники также известен винтовой роторный компрессор, содержащий корпус, в котором выполнены входное и выходное отверстия, и два рабочих элемента (ротора), расположенных в корпусе, выполненных с возможностью синхронного вращения, обеспечивающего периодическое сжатие газа (В.Хлумский «Ротационные компрессоры и вакуум-насосы». М.: Машиностроение, 1971 г., стр.6-9). Данный компрессор принят в качестве ближайшего аналога заявленного компрессора (прототип).
Недостатком, присущим перечисленным выше компрессорам, является излишняя трудоемкость их изготовления, обусловленная необходимостью использования высокоточного и достаточно дорогого оборудования.
Задачей настоящего изобретения является устранение указанных выше недостатков посредством создания и использования принципиально новой конструкции компрессора, изготовленного по новой технологии.
Техническим результатом изобретения является повышение технологичности компрессора, заключающееся, в частности, в упрощении технологии его изготовления, а также сокращении расходов на его изготовление и последующую эксплуатацию.
Указанная задача решается посредством создания компрессора, содержащего корпус, в котором выполнены входное и выходное отверстия, и два рабочих элемента, расположенных в корпусе, выполненных с возможностью синхронного вращения, обеспечивающего периодическое сжатие газа, в котором 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.
Ниже приводятся графические материалы, никоим образом не ограничивающие все возможные варианты осуществления изобретения.
На фиг.1 - поперечный разрез рабочих элементов компрессора.
На фиг.2 - общий вид компрессора в разрезе.
На фиг.3 - общий вид первого рабочего элемента компрессора.
На фиг.4 - общий вид второго рабочего элемента компрессора.
Компрессор содержит корпус 1 с внутренней расточкой в форме двух цилиндрических колодцев. В одном из колодцев расположен первый рабочий элемент 2, представляющий собой сплошной цилиндр, на поверхности которого выполнено четыре продольных паза 3. В другом колодце расположен второй рабочий элемент 5, представляющий собой полый цилиндр с симметричными продольными прорезями, образующими перемычки 6 в количестве, равном количеству пазов первого рабочего элемента. Второй рабочий элемент 5 расположен с возможностью вращения на неподвижном валу 4, в котором выполнен продольный вырез, конгруэнтный поверхности первого рабочего элемента 2. Пазы 3 первого рабочего элемента имеют форму, позволяющую обеспечить прием, сжатие и перенос газа при их взаимодействии с перемычками 6 второго рабочего элемента.
Корпус содержит торцевые плиты 7, которые обеспечивают размещение и возможность вращения первого рабочего элемента 2, размещение силового привода, пары зубчатых колес 9 и 10, синхронизирующих вращение рабочих элементов 2 и 5 и крепление концов 11 и 12 неподвижного вала 4 в крышках 13 и 14. На торцах второго рабочего элемента 5 закреплены крышки 8 с подшипниками для обеспечения возможности его вращения.
Ниже приводится один из примеров осуществления изобретения, никоим образом не ограничивающий все возможные варианты его воплощения.
В пространство между двумя перемычками 6 второго рабочего элемента 5 (одна из которых находится во взаимодействии с пазом 3 первого рабочего элемента 2) в зоне всасывания «А» через входное отверстие поступает газ, например воздух. При повороте второго рабочего элемента 5 это пространство увеличивается до тех пор, пока следующая (по ходу вращения) перемычка 6 не минует входное отверстие. После разобщения заполняемого газом пространства и входного отверстия порция газа «С» без изменения давления (без учета перетечек) будет перенесена в зону сжатия «Б». В зоне «Б» одновременно происходит процесс внутреннего сжатия за счет уменьшения объема зоны сжатия «Б» и процесс внешнего сжатия за счет энергии, накопленной газом в ресивере и магистрали нагнетания, сообщенной с выходным отверстием.
В магистраль нагнетания поступает не вся перенесенная из зоны сжатия «Б» порция газа. Часть газа перетекает в зону всасывания в связи с наличием «мертвого пространства», равного разности объемов паза 3 и перемычки 6. Указанные потери газа частично компенсируются тем, что из зоны всасывания «А» в зону сжатия «Б» первый рабочий элемент 2 переносит порции газа, заполняющего пазы 3.
За один оборот полого цилиндра 5 процесс всасывания, переноса, сжатия и нагнетания повторяется столько раз, сколько перемычек 6 имеет полый цилиндр 5.
Постоянное разделение зоны всасывания «А» и зоны сжатия «Б» обеспечивается тем, что в неподвижном валу 4 выполнен продольный вырез «аб», в который с минимальным зазором входит первый рабочий элемент 2. Созданная таким образом перегородка между зонами «А» и «Б» сохраняется и в момент прохождения перемычки 6 через паз 3, т.к. ширина паза по дуге «cd» меньше, чем участок дуги «аб».
Для предотвращения утечек сжимаемого газа через конструктивные зазоры корпуса используются общеизвестные бесконтактные уплотнения (щелевые, лабиринтные, сотовые и их комбинации).
Заявленный компрессор обладает следующими преимуществами.
1) При работе компрессора не происходит соприкосновение движущихся элементов с неподвижными элементами, т.о. максимально снижены механические потери, связанные с трением, что увеличивает долговечность его использования.
2) Использование в компрессоре рабочих элементов простой конфигурации упрощает и удешевляет его изготовление, т.к. в этом случае не требуется высокая точность обработки, специальное оборудование, технологии и материалы.
3) Конструктивное выполнение одного из рабочих элементов в виде полого цилиндра с симметричными продольными прорезями, образующими перемычки, обеспечивает универсальность привода (в том числе, возможность использования дизельных двигателей в случае мобильной эксплуатации), а также нагнетание газа с малыми пульсациями при отсутствии вибраций и низком уровне шума.
Компрессор может быть использован во всех областях хозяйственной деятельности, где используются компрессоры малой и средней производительности.