НАДУВАЮЩИЙ АГРЕГАТ
INFLATOR

Изобретение относится к классу гидравлических машин объёмного вытеснения и предлагается к использованию в качестве насоса для накачивания шин автотранспортных средств с высокой степенью производительности, а также для выполнения вспомогательных работ с использованием потока сжатого воздуха: продувка различных узлов и механизмов, сушка деталей, мелкие покрасочные работы. Устройство предназначается для различных транспортных средств, оснащенных аккумуляторной батареей при условии недоступности бытовой электросети.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из существующего уровня техники известны различные устройства, которые могут использоваться для накачивания шин транспортных средств, которые используют электрический двигатель в качестве приводного механизма.
Бытовые автомобильные компрессоры, применяемые для накачивания шин автомобиля, обладают компактными размерами и небольшим весом. Данные устройства, как правило, оснащены электродвигателями постоянного тока невысокой мощности и подключаются к аккумуляторной батарее транспортного средства через разъем прикуривателя. Как правило, у разъема прикуривателя ограничена мощность подключаемой нагрузки и поэтому устройства, которые к нему подключаются, обладают невысокой производительностью. Как следствие невысокая производительность не позволяет эффективно выполнять дополнительные функции как например продувка и сушка различных деталей, покрасочные работы при помощи сжатого воздуха.
С другой стороны, из уровня техники известны переносные устройства, которые обеспечивают накачивание сжатого воздуха с высокой производительностью, а также могут иметь в своем составе баллон для накопления сжатого воздуха. Указанные устройства также могут быть использованы для накачивания шин автомобилей с высокой производительностью, для продувки и сушки деталей, но при этом для них требуется подключение к бытовой электросети, что ограничивает их применение в полевых условиях.
Например, из опубликованной заявки [US 2008/0199324A1] от 21.08.2008 известно переносное надувающее устройство для шин, которое может использоваться в автомобилях, грузовиках, а также для надувания резиновых лодок, надувных кроватей и мячей. Устройство имеет миниатюрные размеры, но при этом из-за ограничения мощности автомобильной аккумуляторной батареи ограничивается время его непрерывного использования.
Из другой опубликованной заявки [US 2016/0265541A1] от 15.09.2016 известно надувающее устройство, которое содержит корпус прямоугольной формы и компрессорную установку, установленную в нем, при этом корпус выполнен таким образом, чтобы обеспечить быстрое проникновение воздушного потока, создаваемого охлаждающим вентилятором компрессорной установки, в корпус двигателя для рассеивания тепла, создаваемого в нем, таким образом, что тепло не может легко накапливаться в корпусе двигателя. За счет вышеуказанных свойств достигается максимальная выходная мощность двигателя, а также увеличивается производительность и срок службы двигателя. Описанное надувающее устройство может получать электропитание от портативного источника постоянного тока или от гнезда прикуривателя в транспортном средстве.
В данном изобретении, за счет эффективной схемы охлаждения может быть увеличено время непрерывной работы и мощность устройства в целом, но в целом мощность ограничена параметрами портативной батареи, а также выходной мощностью разъема прикуривателя.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является переносной воздушный компрессор, известный из опубликованной заявки [US2011/0182754 A1] от 28.07.2011. Недостатком основного варианта исполнения данного устройства является необходимость подключения к бытовой электросети и невозможность подключения к аккумулятору транспортного средства. Недостатком варианта исполнения изобретения с использованием двигателя внутреннего сгорания является усложнение конструкции и увеличение массы и габаритных размеров. Недостатком варианта исполнения с использованием встроенного батарейного блока либо топливных элементов является увеличение массы устройства, а также необходимость подзарядки аккумуляторов либо топливных элементов для обеспечения работы устройства.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, заключается в обеспечении высокой производительности непрерывного накачивания воздуха для автотранспортных средств с использованием аккумуляторной батареи транспортного средства за счет размещенного внутри корпуса инвертора.
Указанный технический результат достигается за счет заявляемого надувающего агрегата, в состав которого входят корпус, внутри которого размещен электродвигатель, соединенный с воздушным компрессором, выпускной патрубок, присоединенный к воздушному компрессору, органы управления и индикации, причём внутри корпуса размещен подключенный к электродвигателю инвертор, выполненный с возможностью источника питания для электродвигателя, по меньшей мере один центробежный воздушный насос, соединенный с валом электродвигателя, при этом внутри корпуса содержатся теплоизоляционные стенки, которые отделяют воздушный компрессор, электродвигатель и инвертор друг от друга таким образом, что воздух закачивается внутрь корпуса посредством центробежного воздушного насоса через прорези в корпусе с одной стороны, проходит через воздушный компрессор, электродвигатель и инвертор независимо и выводится наружу через прорези в корпусе другой стороны.
Согласно изобретению, надувающий агрегат отличается тем, что к воздушному компрессору присоединен нагнетательный трубопровод, через который воздух поступает в баллон для накопления сжатого воздуха, к которому присоединен выпускной коллектор с тремя выводами, причем первый вывод подсоединен к клапану сброса избыточного давления, второй вывод подсоединен к манометру, третий вывод присоединен к входу воздушного электромагнитного клапана, а к выходу электромагнитного клапана присоединен выходной патрубок.
Согласно изобретению, надувающий агрегат отличается тем, что на охлаждающей рубашке воздушного компрессора размещены термодатчик и нагревательный элемент, которые подключены к инвертору через реле.
Согласно изобретению, надувающий агрегат отличается тем, что на корпусе расположена стандартная электрическая розетка, которая подключается к инвертору.
Согласно изобретению, надувающий агрегат отличается тем, что в корпус встроен фонарь, который подключается к инвертору и выведена отдельная кнопка для его включения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Высокая производительность накачивания воздуха в настоящем изобретении достигается за счет того, что в корпусе устройства содержится встроенный преобразователь постоянного напряжения в переменное, далее по тексту инвертор, например, 12-220 Вольт или 24-220 Вольт, выходная мощность которого подбирается в соответствии с потребляемой мощностью приводного электродвигателя.
Встроенный инвертор позволяет применять в качестве привода различные типы электродвигателей переменного тока, и позволяет обеспечить в данном изобретении высокую производительность накачивания воздуха, сравнимую с производительностью аналогичных устройств накачивания воздуха, работающих от бытовой электросети.
В основном варианте исполнения в качестве исполнительного узла для накачивания воздуха в настоящем изобретении предлагается использовать одноступенчатый безмасляный поршневой компрессор низкого давления одинарного действия.
В другом варианте исполнения настоящего изобретения могут быть использованы иные типы воздушных компрессоров, например, многоступенчатый компрессор, масляный поршневой компрессор, диафрагменный компрессор и другие подходящие виды для накачивания сжатого воздуха.
Основные узлы надувающего агрегата находятся внутри корпуса и имеют определенную компоновку и расположение. Внутреннее пространство корпуса условно можно разделить на две части.
Внутри одной части размещается отсек для принадлежностей и отсек электродвигателя. В другой части корпуса располагаются инвертор и исполнительные узлы накачивания воздуха.
На валу электродвигателя установлена ведущая шестерня привода воздушного компрессора, а также крыльчатки центробежных вентиляторов охлаждения узлов агрегата.
С ведущей шестерней сопряжена ведомая шестерня, которая выполняет роль коленчатого вала и маховика в кривошипно-шатунном механизме привода поршня. Воздушный компрессор состоит из корпуса с ребрами охлаждения, гильзы цилиндра, поршня, поршневых колец, пальца, шатуна, всасывающего и нагнетательного клапанов.
Во основном варианте осуществления изобретения к нагнетательному клапану одним концом присоединяется нагнетательный трубопровод другой конец которого присоединяется к воздушному баллону, который предназначен для хранения сжатого воздуха.
Нагнетательный трубопровод выполнен в виде объемного тела, например, в виде спирали для увеличения площади охлаждения.
Из воздушного баллона сжатый воздух выводится через выпускной коллектор с тремя выводами. К первому выводу выпускного коллектора присоединен клапан сброса избыточного давления, который предохраняет нагнетательные узлы от избыточного давления и регулирует максимальное давление. Ко второму выводу коллектора присоединен манометр для индикации давления в воздушном баллоне. К третьему выводу коллектора присоединен воздушный электромагнитный клапан, при открытии которого осуществляется подача сжатого воздуха. От электромагнитного клапана на стенку корпуса агрегата выведен выпускной патрубок с резьбой, к которому одним концом прикручивается шланг подачи сжатого воздуха. Другой конец шланга подсоединяется к пистолету для накачки шин.
В дополнительном варианте осуществления изобретения выпускной патрубок напрямую присоединяется к нагнетательному клапану воздушного компрессора.
Для удобства использования непосредственное накачивание шин осуществляется при помощи пистолета для накачки, с помощью которого может осуществляться управление работой устройства. На корпусе пистолета для накачки размещены кнопки включения электродвигателя и открытия воздушного электромагнитного клапана, а также на рукоятке находится штуцер для присоединения шланга подачи воздуха и электрический соединитель.
Шланг подачи воздуха одним концом прикручивается к выпускному патрубку, а другим концом при помощи быстросъемной муфты присоединяется к штуцеру на рукоятке пистолета для накачивания шин.
На пистолете для накачивания шин имеется патрубок, к которому присоединяется шланг для подачи воздуха в шину.
В другом варианте исполнения шланг подачи воздуха может одним концом присоединяться к выпускному патрубку, а другим концом непосредственно к ниппелю накачиваемой шины.
Управление надувающим агрегатом производится при помощи кнопок, которые расположены непосредственно на корпусе устройства.
Также управление может производится при помощи выносных кнопок управления, которые расположены на пистолете для накачки шин. Одна кнопка управляет запуском двигателя, вторая управляет открытием электромагнитного клапана.
К выносным кнопкам управления подводится гибкий электропровод, с использованием разъёмных электрических соединителей типа розетка-вилка. Для удобства использования электропровод может прикрепляться различными способами к шлангу подачи воздуха.
Соединитель-розетка на одном конце данного электропровода вставляется в соединитель-вилку, выведенную на стенку корпуса агрегата рядом с выпускным резьбовым патрубком, а соединитель-розетка на другом конце электропровода вставляется в соединитель-вилку на рукоятке пистолета для накачки шин.
В изобретении также предусмотрена специальная схема раздельного охлаждения внутренних узлов. Охлаждение приводного электродвигателя осуществляется независимо от охлаждения остальных узлов.
В предпочтительном варианте охлаждение в настоящем изобретении осуществляется при помощи двух центробежных насосов, непосредственно соединенных с валом электродвигателя. Центробежные насосы имеют простую конструкцию и обеспечивают циркуляцию больших объемов воздуха для эффективного охлаждения узлов агрегата. Первый центробежный насос используется для охлаждения электродвигателя, второй охлаждает инвертор и остальные узлы агрегата. Крыльчатками центробежных насосов воздух из окружающей среды засасывается внутрь корпуса агрегата через воздухозаборные прорези на торцевых сторонах корпуса агрегата, проходит через узлы агрегата и охлаждает их, а затем выводится через прорези на боковых стенках агрегата в окружающую среду.
Воздух закачивается внутрь корпуса с противоположных торцевых сторон, что исключает попадание выходящего нагретого воздуха к охлаждаемым узлам.
Отсек электродвигателя отделяется от остальных узлов отдельной теплоизоляционной перегородкой, а также теплоизоляционной перегородкой, являющейся общей стенкой с отсеком для принадлежностей. Таким образом воздух закачивается крыльчаткой центробежного насоса через воздухозаборные прорези в торцевой части корпуса, проходит через электродвигатель и выводится наружу через прорези на боковых стенках корпуса надувающего агрегата.
Исполнительные узлы накачивания воздуха и инвертор скомпонованы группами внутри корпуса надувающего агрегата. Каждая группа узлов располагается в отдельной секции. Секции частично отделены друг от друга термоизоляционными перегородками и являются сообщающимися.
В первой секции находится инвертор, во второй находится воздушный компрессор, в третьей находится нагнетательный трубопровод, воздушный баллон и выпускной коллектор.
Воздух из окружающей среды закачивается в каждую секцию независимо через отдельные группы воздухозаборных прорезей в каждой секции. Далее воздух проходит пространство секции, затем соединяется в общий поток и центробежным насосом выводится наружу через прорези в боковой стенке корпуса.
Теплоизоляционные перегородки предотвращают попадание нагретого воздуха от одних узлов к другим и обеспечивают более эффективное независимое охлаждение.
Между крыльчатками насосов охлаждения установлена общая теплоизоляционная стенка и приводной вал от электродвигателя имеет уплотнение, так что полости насосов изолированы друг от друга.
В другом варианте охлаждение в настоящем изобретении может также осуществляться при помощи одного общего центробежного насоса.
Воздухозаборные прорези могут быть снабжены съемными сетками для предотвращения попадания пыли и посторонних частиц внутрь устройства.
В предпочтительном варианте сверху на корпусе агрегата располагается ручка для переноски агрегата, снизу на корпусе находятся ножки-опоры.
В другом варианте исполнения в корпус устройства может быть встроена телескопическая ручка для удобства транспортировки, снизу на корпусе могут прикрепляться колесные опоры.
В верхней части корпуса над отсеком электродвигателя предусмотрен отдельный отсек для хранения различных принадлежностей агрегата.
На наружной стенке корпуса выведен манометр для индикации давления воздуха внутри воздушного баллона.
На пистолете для накачки шин может быть установлен манометр, измеряющий давление в шине. Также на пистолете находится кнопка для выпуска избыточного воздуха из шины.
Дополнительным техническим результатом настоящего изобретения является расширение функциональности. В частности, на наружную стенку корпуса выведена стандартная электрическая розетка, питающаяся от инвертора, что позволяет эксплуатировать различные электрические бытовые устройства подходящей мощности.
Дополнительно в корпус устройства может быть встроен фонарь, питающийся от инвертора с отдельной кнопкой включения.
Отдельный вариант осуществления изобретения предусматривает подогрев воздушного компрессора в низкотемпературных условиях эксплуатации. Для этого на охлаждающей рубашке цилиндра размещен нагревательный элемент и закреплен термодатчик. Нагревательный элемент питается от инвертора и включается посредством реле, соединенным с термодатчиком для автоматического достижения требуемой температуры.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
Фиг.1 – изображение основного варианта исполнения надувающего агрегата в перспективе c использованием местных разрезов, согласно изобретению;
Фиг.2 – схема охлаждения внутренних узлов надувающего агрегата с изображением стрелками потоков воздуха;
Фиг.3 – изображение надувающего агрегата в перспективе c подключенным шлангом подачи воздуха, на котором также показаны электрические соединители и пистолет для накачивания шин с пространственным разделением элементов;
Фиг.4 – изображение в перспективе с пространственным разделением частей соединителя-вилки на рукоятке пистолета для накачки шин и соединителя-розетки на электропроводе.
Фиг.5 – изображение дополнительного варианта исполнения надувающего агрегата в перспективе c использованием местных разрезов, согласно изобретению;
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА
С УКАЗАНИЕМ ПОЗИЦИЙ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 изображен основной вариант исполнения надувающего агрегата в перспективном виде, согласно настоящего изобретения с применением местных разрезов. В составе агрегата показан корпус 1, внутри которого размещается инвертор 2, электродвигатель 3, группа исполнительных узлов накачивания воздуха, элементы теплоизоляции узлов друг от друга и выпускная группа элементов вывода сжатого воздуха.
В составе узлов накачивания воздуха показаны воздушный компрессор, состоящий из группы элементов, которые далее будут описаны более детально, воздушный баллон 11, нагнетательный трубопровод 10. Воздушный компрессор состоит из поршня 4 с компрессионными кольцами, которые не показаны на чертеже, корпуса компрессора с ребрами охлаждения 5, гильзы цилиндра 6, шатуна 7, нагнетательного клапана 34 и всасывающего клапана 35. Ведомая шестерня 8 в кривошипно-шатунном механизме выполняет роль коленчатого вала и маховика. К нагнетательному клапану 34 одним концом присоединен нагнетательный трубопровод 10, выполненный в форме спирали. Другой конец трубопровода 10 присоединён к воздушному баллону 11.
Выход сжатого воздуха осуществляется из воздушного баллона 11 через выпускной коллектор 12 с тремя выводами.  К первому выводу присоединен клапан сброса избыточного давления 15. Ко второму выводу коллектора присоединен стрелочный манометр 13 для индикации давления в воздушном баллоне 10. Корпус манометра 13 выведен на наружную стенку корпуса агрегата 1. К третьему выводу коллектора присоединен воздушный электромагнитный клапан 33, с помощью которого регулируется подача сжатого воздуха. От электромагнитного клапана 33 на боковую стенку корпуса агрегата 1 выведен выпускной патрубок 14.
На охлаждающей рубашке 5 компрессора размещен нагревательный элемент 56 и термодатчик 57.
На наружной боковой поверхности корпуса 1 показаны разъемы 28 для присоединения электрических проводов питания от аккумуляторной батареи транспортного средства к инвертору 2.
Корпус 1 выполняет роль основания и снабжается ножками-опорами 32, а также имеет ручку 27 для переноса устройства. На торцевых стенках корпуса 1 показаны воздухозаборные вентиляционные отверстия 29 для подачи воздуха из окружающей среды внутрь агрегата для охлаждения внутренних узлов. В верхней части корпуса 1 располагается отсек для принадлежностей, который закрывается крышкой 25.
На валу электродвигателя 16 расположены крыльчатка воздушного насоса охлаждения электродвигателя 21, крыльчатка воздушного насоса охлаждения внутренних узлов агрегата 19 и ведущая шестерня 9 привода кривошипно-шатунного механизма воздушного компрессора.
С ведущей шестерней 9 сопряжена ведомая шестерня 8 для привода кривошипно-шатунного механизма воздушного компрессора.
На наружной стенке корпуса 1 располагаются кнопка 31 включения электродвигателя агрегата и кнопка 58 открытия воздушного электромагнитного клапана.
На фиг.2 изображена схема охлаждения узлов надувающего агрегата, на которой показано стрелками движение воздуха.
Через прорези 29 в торцевой части корпуса 1 внутрь надувающего агрегата поступает воздух из окружающей среды для охлаждения внутренних узлов. С противоположной стороны через прорези 30 поступает воздух для охлаждения электродвигателя 3.
Теплоизоляционная перегородка 26 изолирует инвертор 2, теплоизоляционная перегородка 36 изолирует воздушный баллон 11 и нагнетательный трубопровод 10. Теплоизоляционная перегородка 18 отделяет и выполняет теплоизоляцию отсека с электродвигателем 3 от исполнительных механизмов накачивания воздуха. Отверстие 17 в теплоизоляционной перегородке 18 является впускным отверстием воздушного насоса охлаждения нагнетательных узлов агрегата.  Крыльчаткой 19 закачивается воздух, охлаждающий внутренние узлы агрегата.
Отверстие 23 в теплоизоляционной перегородке 22 является впускным отверстием воздушного насоса охлаждения электродвигателя 3. Крыльчаткой 21 закачивается воздух, охлаждающий электродвигатель 3.
Теплоизоляционная перегородка 24 выполняет теплоизоляцию электродвигателя 3 и отделяет его от отсека для принадлежностей.
На фиг.2 также изображены прорези 37 на боковой стенке корпуса 1, через которые выводится наружу нагретый воздух из устройства.
На фиг.2 изображена общая теплоизоляционная стенка 20, которая установлена между крыльчатками насосов охлаждения 19 и 21.
На фиг.3 изображен шланг подачи воздуха 39, который одним концом при помощи резьбовой муфты 52 прикручивается к выпускному патрубку 14, другим концом при помощи быстросъемной муфты 51 присоединяется к штуцеру 50 на рукоятке пистолета для накачивания шин 38. Шланг 39 изображен условно и его длина может быть отличной от изображенной на фиг. 3.
На боковой стенке корпуса 1 рядом с выпускным патрубком 14 показан электрический соединитель-вилка 40 для подключения электропровода 44 к выносным кнопкам управления надувающим агрегатом.
На пистолете 38 показаны кнопка 42, которая включает электродвигатель 3 и кнопка 43, которая управляет открытием электромагнитного клапана 33. Также на пистолете 38 показан манометр 45, показывающий давление в шине и кнопка 46 для выпуска воздуха из шины. К пистолету 38 присоединяется шланг 49 для присоединения к ниппелю накачиваемой шины.
Длина шланга 49 может быть отличаться от изображенной на рисунке.
На одном конце электропровода 44 показан электрический соединитель-розетка 41, который вставляется в соответствующий соединитель-вилку 40, который размещен на стенке корпуса 1. На другом конце электропровода 44 показан соединитель-розетка 48, который вставляется в соответствующий соединитель-вилку 47 в рукоятке пистолета 38.
На отдельном изображении на фиг.4 на рукоятке пистолета 38 также показан электрический соединитель-вилка 47 для подключения электропровода 44 через соединитель-розетку 48.
На фиг.3 на стенке корпуса 1 показаны электрическая розетка 53 для подключения бытовых устройств, фонарь 54 и кнопка включения фонаря 55.
На фиг.5 показан дополнительный вариант осуществления настоящего изобретения. В изображенном варианте выпускной патрубок 14 напрямую присоединяется к нагнетательному клапану 34 воздушного компрессора.
Надувающий агрегат работает следующим образом. Электрические провода от аккумулятора с соблюдением полярности присоединяются к разъемам 28. К выпускному патрубку 14 прикручивается шланг подачи воздуха 39. Другой конец шланга 39 через быстросъемную муфту 51 вставляется в штуцер 50 на рукоятке пистолета 38 для накачки шин. Соединитель 41 на одном конце электропровода 44 вставляется в соединитель 40 на корпусе 1 и соединитель 48 вставляется в соединитель 47 в рукоятке пистолета 38. Шланг 49 одним концом присоединяется к пистолету 38, другой конец прикручивается к ниппелю накачиваемой шины.
Затем производится включение электродвигателя 3 кнопкой 31, которая расположена на корпусе либо выносной кнопкой 42 на пистолете 38.
В основном варианте осуществления изобретения после включения электродвигателя 3 надувающий агрегат начинает накачивание воздуха в воздушный баллон 11. При этом электромагнитный клапан 33 находится в закрытом положении. Нажатием кнопки 43 на пистолете 38 осуществляется открытие электромагнитного клапана 33 и подача сжатого воздуха в накачиваемую шину. Также кнопкой 58, которая расположена на корпусе 1 электромагнитный клапан 33 может быть открыт постоянно и при этом будет осуществляться непрерывное накачивание воздуха в шину.
В дополнительном варианте осуществления изобретения после включения электродвигателя 3 надувающий агрегат начинает накачивание воздуха непосредственно в шину.
Разборка производится в обратной последовательности.