ДВУХРОТОРНЫЙ ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР
DOUBLE ROTOR RECIPROCATING COMPRESSOR

Изобретение относится к машиностроению и может найти применение при проектировании и производстве компрессоров, способных сжимать любые типы газов, в том числе агрессивные и ядовитые, обеспечивая большие перепады объемов производимых сжатых газов.
Известен поршневой компрессор (Патент RU на изобретение №2296241, МПК F04B 25/00, опубл. 27.03.2007, бюл. №9), который содержит, по крайней мере, один цилиндр с нагнетательными и всасывающими клапанами. Поршень с направляющим приводным кривошипно-ползунным механизмом имеет пластину с двумя параллельными пазами, в каждом из которых установлены приводные эксцентрики с противовесами и ведущими пальцами, находящиеся в противофазе друг относительно друга и соединенные с приводными валами. Продольные оси обоих параллельных пазов находятся на одной линии, перпендикулярной оси цилиндра. Линия, соединяющая оси приводных валов и перпендикулярная этим осям, параллельна продольным осям пазов. Пластина приводного кривошипно-шатунного механизма может быть выполнена составной, причем одна ее часть соединена с поршнем, а другая отстоит от первой вдоль оси цилиндра на расстоянии, равном ширине параллельных пазов, и соединена с ней через вставки, толщина которых равна этой же ширине параллельных пазов.
Однако в известном решении не обеспечивается охлаждение цилиндра, что может привести к заклиниванию поршня в цилиндре. Кроме того, компрессор содержит сложный механизм преобразования вращательного движения приводного механизма в возвратно-поступательное движение поршня. А именно, поршень с направляющим приводным кривошипно-ползунным механизмом имеет пластину с двумя параллельными пазами, в каждом из которых установлены приводные эксцентрики с противовесами и ведущими пальцами, находящиеся в противофазе друг относительно друга и соединенные с приводными валами. Это снижает надежность компрессора.
Известен двухроторный компрессор, принятый за прототип (Патент RU на изобретение № 2041394, МПК F04C 2/00, F04C 18/00, опубл. 09.08.1995), содержащий корпус, в котором на подшипниках установлены два симметричных трехлопастных ротора с синхронизирующими шестернями, а оси симметрии лопастей каждого ротора расположены под углом 120° и полупрофиль каждой из лопастей описан кривой, состоящей из выпуклой части, переходящей в вогнутую часть.
Недостатком прототипа является наличие зазора между роторами и корпусом, что снижает степень сжатия газа и делает процесс изготовления роторов и корпуса сложного профиля весьма трудоемким.
С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность прототипа: корпус, в котором на подшипниках установлены два симметричных трехлопастных ротора с синхронизирующими шестернями, а оси симметрии лопастей каждого ротора расположены под углом 120° и полупрофиль каждой из лопастей описан кривой, состоящей из выпуклой части, переходящей в вогнутую часть.
Изобретение направлено на увеличение степени сжатия газа и уменьшение трудоемкости при изготовлении компрессора.
Это достигается тем, что двухроторный поршневой компрессор содержит корпус, в котором установлены два симметричных трехлопастных ротора с синхронизирующими шестернями. Оси симметрии лопастей каждого ротора расположены под углом 120°. Полупрофиль каждой из лопастей описан кривой, состоящей из выпуклой части, переходящей в вогнутую часть. В предложенном решении внутри каждой лопасти выполнен поршневой компрессор, состоящий из цилиндра, в котором установлен поршень с компрессионным кольцами и штоком.
В предлагаемом компрессоре сжатие газа создается поршневым компрессором, выполненным в внутри каждой лопасти 10.При этом нет необходимости делать зазор между роторами и корпусом минимальным для предотвращения протечек газа, что делает процесс изготовления роторов и корпуса менее трудоемким. Поршневой компрессор состоит из цилиндра и поршня с компрессионными кольцами. Таким образом, увеличение степени сжатия газа происходит за счет движении поршня с компрессионными кольцами в цилиндре.
Сущность предложенного изобретения поясняется чертежами: фиг. 1 - разрез двухроторного поршневого компрессора (центральное расположение штока поршня); фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (масштаб 2:1); фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2 (лопасти и поршень с правым расположением штока); фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 2 (лопасти и поршень с левым расположением штока); фиг. 5 - исходное положение роторов; фиг. 6 - поворот роторов на 30°; фиг. 7 - поворот роторов на 60°; фиг. 8 - поворот роторов на 90°.
Двухроторный поршневой компрессор содержит корпус 1, в котором установлены, например, на подшипниках, два симметричных трехлопастных ротора 2 и 3 с синхронизирующими шестернями 4 и 5, соответственно. В корпусе 1 и в каждом роторе 2 и 3 выполнены впускной канал 6 с герметичной проточкой 7 и выпускной канал 8 с герметичной проточкой 9.
Лопасти 10 каждого ротора 2 и 3 имеют оси симметрии в поперечном сечении, расположенные под углом 120° друг к другу. Полупрофиль каждой лопасти 10 образован кривой, состоящей из выпуклой части 11, переходящей в вогнутую часть 12. Внутри каждой лопасти 10, выполнен поршневой компрессор, который состоит из головки 13 и цилиндра 14. В головке 13 установлен впускной клапан 15 и выпускной клапан 16. В цилиндр 14 установлен поршень 17 с компрессионными кольцами со штоком 18. Между головкой 13 и поршнем 17 установлена возвратная пружина 19 для приведения во время работы поршневого компрессора поршня 17 в исходное положение относительно цилиндра 14.
На каждом поршне 17 выполнен шток 18, на конце которого для уменьшения трения о выпуклую часть 11 смежного ротора 2 или 3 может быть закреплен ролик (на чертежах не показан).
Работает двухроторный поршневой компрессор следующим образом.
Роторы 2 и 3 находятся в положении, показанном на (фиг. 5).
Роторы 2 и 3 при помощи синхронизирующих шестерен 4 и 5 и приводного двигателя синхронно вращаются в корпусе 1 в противоположных направлениях.
,
,
При этом выпуклая часть 11 лопасти 10 ротора 3 выходит из вогнутой части 12 лопасти 10 ротора 2 (фиг. 6), отпуская шток 18 поршня 17. Поршень 17 под действием возвратной пружины 19, перемещаясь в цилиндре 14, снижает давление газа в цилиндре 14. В результате чего открывается впускной клапан 15установленный в головке 13. Газ для сжатия через впускной канал 6, герметичную проточку 7 и впускной клапан 15 поступает в цилиндр 14. Одновременно выпуклая часть 11 лопасти 10 ротора 2 заходит в вогнутую часть 12 лопасти 10 ротора 3 и нажимает на шток 18 поршня 17. Поршень 17, перемещаясь в цилиндре 14, сжимает возвратную пружину 19 и находящийся в цилиндре 14 газ, который открывает выпускной клапан 16, установленный в головке 13 и через герметичную проточку 9 поступает в выпускной канал 8 (фиг. 1). Роторы 2 и 3 переходят в положение, показанное на (фиг. 7).
.
Затем выпуклая часть 11 лопасти 10 ротора 2 выходит из вогнутой части 12 лопасти 10 ротора 3 (фиг. 8), отпуская шток 18 поршня 17. Поршень 17 под действием возвратной пружины 19, перемещаясь в цилиндре 14, снижает давление газа в цилиндре 14. В результате чего открывается впускной клапан 15,установленный в головке 13Газ для сжатия через впускной канал 6, герметичную проточку 7 и впускной клапан 15 поступает в цилиндр 14. Одновременно выпуклая часть 11 лопасти 10 ротора 3 заходит в вогнутую часть 12 лопасти 10 ротора 2 и нажимает на шток 18 поршня 17. Поршень 17, перемещаясь в цилиндре 14, сжимает возвратную пружину 19 и находящийся в цилиндре 14 газ, который открывает выпускной клапан 16, установленный в головке 13, и через герметичную проточку 9 поступает в выпускной канал 8 (фиг. 1). Роторы 2 и 3 переходят в положение, показанное на (фиг. 5).
Роторы 2 и 3, поворачиваясь на 120°, совершают 2 такта впуска и 2 такта сжатия, а за один оборот - 6 тактов впуска и 6 тактов сжатия.
Внутри каждой лопасти 10 выполнен поршневой процессор, состоящий из цилиндра 14, в который помещен поршень 17 с компрессионными кольцами, поэтому нет необходимости делать зазор между роторами 2 и 3 и корпусом 1 минимальным для предотвращения протечек газа, что исключает трудоемкий процесс изготовления роторов 2, 3 и корпуса 1 сложного профиля.Увеличение степени сжатия газа происходит за счет применения компрессионных колец поршня 17 при перемещении его в цилиндре 14.
Помимо этого вращающиеся лопасти 10 вместе с поршнями 17 охлаждаются окружающим воздухом, что снижает риск заклинивания поршней 17 в цилиндрах 13 и, как следствие, повышается надежность компрессора.
Таким образом, реализация предложенного решения позволяет увеличить степень сжатия газа и уменьшения трудоемкость при изготовлении компрессора.