ВИНТОВОЙ КОМПРЕССОР СТУПЕНЧАТОЙ КОНСТРУКЦИИ

Полезная модель относится к компрессоростроению, а именно к винтовым компрессорам, и может быть использовано в газовой промышленности, машиностроении, а также в сельском хозяйстве.
Известен аналог - винтовой компрессор (cм. RU 2096664 C1, 20.11.1997), состоящий из винтовых роторов установленных в корпусе. Валы роторов размещены в подшипниках, одни из которых выполнены радиальными роликовыми, а другие - радиально-упорными. На валах со стороны всасывания с образованием полости высокого давления установлены разгрузочные диски. В корпусе со стороны нагнетания коаксиально каждому валу установлены уплотнительные втулки с проточками и отверстиями для подачи масла, сообщенными через маслоохладитель с масляным насосом. В корпусе со стороны всасывания над разгрузочными дисками выполнены проточки. Центры всех проточек смещены относительно осей роторов.
Недостатком известного устройства винтового компрессора является технологическая сложность изготовления роторов, что делает его себестоимость высокой. Также в рамках дайной конструкции сложно изготовить роторы с переменным шагом, что не позволяет повысить КПД компрессора.
Известен прототип - винтовой компрессор (см. RU 2212564 C2, 20.09.2003). состоящий из корпуса, в котором расположены основной винт и вспомогательный винт, которые имеют соответственно вал и винтовой ротор. Вспомогательный винт в осевом направлении опирается на основной винт. Только основной винт имеет вращающуюся осевую опорную часть, которая опирается на неподвижную осевую опорную часть корпуса. За счет отсутствия упорного подшипника между вспомогательным винтом и корпусом упрощена опора вспомогательного винта.
Недостатком известного устройства винтового компрессора является необходимость еще более точного изготовления роторов, что повышает его себестоимость. В рамках данной конструкции также сложно повысить КПД компрессора используя роторы с переменным шагом из-за крайней нетехнологичности их изготовления в виде цельной детали. Недостатком этой конструкции является и концентрация всей осевой нагрузки на опорные элементы вала основного винта, что может приводить к непропорциональному износу опорных элементов.
Задачей полезной модели является улучшение технологичности конструкции винтового компрессора, увеличение КПД, устранение непропорционального износа опорных элементов как в осевом так и в радиальном направлении, соответственно снижение стоимости и увеличение долговечности.
Указанный технический результат достигается тем, что роторы в дайной конструкции не являются цельной деталью, имеющей закаленную и обработанную с высокой точностью и чистотой винтовую поверхность, а выполнены в виде насаженных на ведущий и ведомый валы пластинчатых сегментов, изготовление которых технологичнее. На ведомый и ведущий валы насажены пластинчатые сегменты. Причем на ведущем валу каждый последующий сегмент повернут относительно предыдущего на угол (ϕ), а парный ему сегмент, насаженный на ведомый вал повернут на угол (-ϕ), либо на угол кратный (-ϕ), если скорость вращения валов различна. Величина (ϕ) по длине вала может быть переменной. Сегменты ведущего и ведомого валов ступенчато и разнонаправлено развернутые, образуют объемные винтовые поверхности (ведущие и ведомые винты) левого и правого направления вращения, а в случае переменной величины (ϕ) эти винтовые поверхности имеют переменный шаг. Эти винтовые поверхности создают со стороны всасывания область низкого давления, а со стороны нагнетания область высокого давления. В процессе вращения винты контактируют торцевыми поверхностями сегментов на большой площади, что позволяет равномерно распределить осевую нагрузку ведущего и ведомого валов. Переменный шаг винтов позволяет увеличить скорость сжатия нагнетаемого газа в начале цикла сжатия и уменьшить в конце цикла, тем самым повышается КПД компрессора, и выравнивается радиальная нагрузка на опоры валов со стороны всасывания и нагнетания.
Устройство винтового компрессора ступенчатой конструкции поясняется чертежом.
На Фиг. 1 изображен общий вид компрессора.
Компрессор состоит из корпуса (1), корпуса нагнетания (2) с выпускным отверстием (11), корпуса всасывания (3) с впускным отверстием (10). установленных в них ведущего (4) и ведомого (5) валов, которые опираются на подшипники (6), разгрузочных дисков (7). На ведущий (4) и ведомый (5) валы насажены пластинчатые сегменты (8). Ведущий вал (4) приводит во вращение ведомый вал (5) посредством зубчатых колес (9). Сегменты (8) образуют винтовые поверхности и при вращении создают со стороны всасывания область низкого давления, а со стороны нагнетания область высокого давления, стрелками показаны направления вращения валов и движения потоков нагнетаемого газа.
На Фиг. 2 изображен принцип сборки сегментов на валы.
На ведущий вал (4) и ведомый вал (5) насажены пластинчатые сегменты (8). Каждый последующий сегмент относительно предыдущего повернут на угол (ϕ), а парный ему сегмент повернут на угол (-ϕ), либо на угол кратный (-ϕ), если скорость вращения валов различна.
При использовании винтового компрессора ведущий вал (4) приводится во вращение любым типом силового привода, а ведомый вал (5) получает вращение от ведущего вала (4) посредством зубчатых колес (9). Так как сегменты (8) образуют левые и правые винтовые поверхности, то вращаясь в корпусе (1) они создают зоны высокого давления в районе входного отверстия (10) и низкого давления в районе выпускного отверстия (11). соответственно зону нагнетания и зону всасывания. Таким образом, компрессор всасывает в зону низкого давления газ (в частном случае воздух) посредством входного отверстия (10), и нагнетает его в зону высокого давления, откуда он поступает в отверстие (11) корпуса нагнетания и может быть направлен к исполнительным механизмам.
Существенным техническим результатом такой конструкции винтового компрессора является то, что она не требует для своего производства сложного и дорогого оборудования, что может сделать его производство более массовым и, соответственно снизить его себестоимость. Также существенным техническим результатом можно считать и более равномерное распределение нагрузок на опоры, что приводит к увеличению срока службы изделия и улучшает его эксплутационные характеристики в части уменьшения вибрации и шумности.