Однороторный винтовой компрессор

Настоящая полезная модель относится к машиностроению, преимущественно к компрессоростроению, и может быть использована при создании высокопроизводительных и компактных машин объемного действия различного назначения со встроенным регулятором производительности.
Известен однороторный винтовой компрессор объемного сжатия, содержащий винт, установленный с возможностью вращения внутри корпуса, два отсекателя, входящих в зацепление с винтом, два золотника произвольно открывающих в корпусе в области примыкания винта два выпускных отверстия, сообщающихся с областью низкого давления компрессора, двух гидравлических поршней, каждый из которых соединен с соответствующим одним из золотников, средства подачи рабочей среды для гидравлических поршней, соединенные с двумя камерами давления, каждая из которых прилегает к одной из поверхностей соответствующего гидравлического поршня, две пружины, установленные для смещения двух гидравлических поршней в одном направлении, при этом две пружины обеспечивают практически одинаковое усилие, когда золотники находятся в одинаковых осевых положениях. Золотники соединены с поршнями через шток. Рабочая среда низкого давления, необходимая для последовательного заполнения канавок, всасывается через всасывающее отверстие. Во время одного оборота винта каждая канавка взаимодействует один раз с зубом отсекателя, в результате чего наличие двух отсекателей удваивает максимальную производительность компрессора. Золотник смещается в сторону высокого давления в положение и раскрывает в корпусе выпускное отверстие, через которое рабочая среда возвращается в область низкого давления, преобладающему в пространстве за золотником, в результате чего рабочая среда начнет сжиматься в канавке только тогда, когда канавка, вследствие вращения винта, больше не связана с выпускным отверстием. Соответственно уменьшается количество сжатой рабочей среды (патент Великобритании №2243652, МПК F04C 18/20, 29/08, публикация 1991 г).
Недостатками известного однороторного винтового компрессора являются:
- сложная конструкция системы парных золотниковых регуляторов производительности, требующая в своем составе совокупность устройств гидравлического привода;
- необходимость в синхронизации работы парных золотниковых регуляторов производительности.
Известен однороторный винтовой компрессор, содержащий центральный винт с рабочими полостями и два зубчатых отсекателя, входящих в зацепление с винтом и расположенные в едином корпусе. Корпус содержит полости всасывания и нагнетания. В корпусе предусмотрено пространство для установки направляющего клапана в виде комбинированной системы двух золотников, которые размещены соосно. Система предназначена для регулирования объемной производительности компрессора и степени сжатия. Один золотник перемещается в линейном направлении и регулирует рабочую длину винта, привод осуществляется за счет электродвигателя. Второй золотник перемещается в линейном направлении за счет движения первого золотника в момент их соприкосновения, и в обратном направлении, за счет подпружинивания. В результате второй золотник закрывает и открывает байпасный канал, регулируя степень сжатия (патент КНР №106468262, МПК F04C 28/12, публикация 2017 г.).
Недостатком известного однороторного компрессора является сложная конструкция системы комбинированных золотников, включающая в себя большое количество подвижных элементов.
Целью настоящей полезной модели является создание конструкции простого в изготовлении и надежного в работе винтового компрессора со встроенным регулятором производительности, отвечающего требованиям экономичности работы и обеспечения относительно постоянного конечного давления сжатия независимо от необходимого расхода рабочей среды в сети.
Сущность предложенного технического решения заключается в следующем.
Однороторный винтовой компрессор содержит корпус с полостью всасывания и полостью нагнетания, два зубчатых отсекателя с окружной формой зуба и установленный в корпусе центральный винт, винтовые канавки которого имеют в плоскости вращения отсекателей сечение, ограниченное дугой окружности, при этом отсекатели установлены в корпусе с возможностью зацепления с центральным винтом и расположены симметрично относительно него. В области окон нагнетания корпуса образована кольцевая канавка, в которой установлено регулировочное кольцо, содержащее два профилированных окна, обеспечивающие изменение площади окон нагнетания и объема рабочих полостей винтовых канавок, и два перепускных окна, обеспечивающие перепуск рабочей среды из полостей винтовых канавок в полость всасывания.
На фиг. 1 изображен однороторный винтовой компрессор со снятой крышкой корпуса.
На фиг. 2 - развертка винта (2 канавки) и регулировочного кольца.
На фиг. 3 - развертка винта (2 канавки) и регулировочного кольца с расположением профилированного окна (1 окно), совпадающего с окном нагнетания, и перепускного окна (1 окно) в случае полной производительности и в случае регулирования.
Однороторный винтовой компрессор содержит корпус 1, с установленными в нем центральным винтом 2 и зубчатыми отсекателями 3 и 4. Данные рабочие органы винтового компрессора расположены с возможностью зацепления боковой поверхностью зубьев 5 отсекателей (имеющие в поперечном сечении форму дуги окружности) с поверхностью винтовой канавки 6 с левой 7 и правой 8 гранями. В корпусе компрессора образованы полость всасывания 9 и полость нагнетания 10. Поступление рабочей среды в рабочую полость винтовой канавки компрессора обеспечивается за счет наличия в конструкции винта торцевых прорезей 11, образованных коническим скосом 12 со стороны всасывания. Регулирование производительности компрессора осуществляется за счет поворота регулировочного кольца 13 (направление поворота 14) с профилированными окнами 15 в области окон нагнетания (совпадающими с окнами нагнетания 16) и перепускными окнами 17. Регулировочное кольцо 13 установлено в кольцевой канавке 18 корпуса.
Однороторный винтовой компрессор работает следующим образом.
Процесс всасывания происходит за счет поступления рабочей среды из полости всасывания в рабочую полость винтовой канавки компрессора через торцевые прорези за счет наличия конического скоса на торце винта. При вращении винта приводятся в движение и совершают вращение вокруг своей оси отсекатели, зубья которых последовательно отсекают полости нагнетания от полости всасывания при вращении винта с последующим объемным сжатием и нагнетанием рабочей среды. При повороте регулировочного кольца в корпусе компрессора, открывается перепускное окно, соединяющее полость, образованную впадиной винта и зубом отсекателя, с полостью всасывания. При этом изменяются площади окон нагнетания и объем рабочих полостей винтовых канавок за счет перекрытия поворотным кольцом части окна нагнетания и смещения кромки окна нагнетания. Таким образом, оставшаяся после подачи через перепускное окно в полость всасывания и компримирования часть рабочей среды выпускается в окно нагнетания позже, чем при условии полной производительности. Это позволяет в свою очередь поддерживать заданную геометрическую степень сжатия компрессора при изменении его производительности. Управление регулировочным кольцом обеспечивается внешним гидравлическим приводом, с использованием имеющейся масляной системы компрессора и связано с режимом работы компрессора.
В соответствии с принципом работы компрессора, сначала левая грань канавки достигает пересечения с контуром перепускного окна, а затем правая грань канавки. На фиг. 2 изображен момент подхода канавки I к окну нагнетания, при этом канавка расположена вне контура перепускного окна и не сообщается с канавкой II, объем которой еще не отсечен зубом отсекателя от полости всасывания. Таким образом, в данном положении поворотного регулировочного кольца отсутствует сообщение полости сжатия канавки I с полостью канавки II, а, следовательно, и с полостью всасывания. В данном случае компрессор работает в условиях полной производительности. Когда левая грань канавки II проходит через точку А, перепускное отверстие открывается для канавки II и тогда часть рабочего вещества из рабочей полости, образованной канавкой I, возвращается в полость всасывания через полость канавки II (в область более низкого давления). Когда правая грань канавки I прошла через точку Б, а левая грань канавки этой канавки подходит к точке В и начинает сравниваться с контуром кромки окна нагнетания, тем самым изолируясь от перепускного отверстия и полости канавки II внутренней поверхностью корпуса, рабочее вещество сжимается. После окончания процесса сжатия, рабочая среда подается через окно нагнетания в нагнетательный патрубок, данный процесс заканчивается, когда правая грань канавки проходит через точку Г. Фиг. 3 демонстрирует положение профилированного окна и перепускного окна на регулировочном кольце в разных положениях при полной и частичной производительности.