ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ СПИРАЛЬНАЯ МАШИНА Российский патент 1995 года по МПК F01C1/02 F04C2/04 F04C18/04 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к компрессоростроению, и может быть использовано в спиральных компрессорах, газовых моторах и расширителях (детандерах).

Известны горизонтальные спиральные машины (СПМ), содержащие вал с эксцентриком и противовесом, подвижную и неподвижную спирали, корпус, противоповоротное устройство, уплотнение вала, систему смазывания и некоторые другие вспомогательные узлы и детали (патенты США N 4457674, 4580956, 4468181, 4468178, опублик. 1984, и заявка Японии N 60-135691).

В качестве прототипа выбрана СПМ, содержащая корпус, установленные в нем подвижную и неподвижную спирали, вал с эксцентриком и противовесом, противоповоротное устройство и систему смазывания (патент США N 4932845, кл. F 04 C 18/04, 1990).

В существующих конструкциях СПМ проблема смазывания трущихся деталей, а также уплотнения зазоров и отвода теплоты решается более-менее удовлетворительно при вертикальном расположении вала СПМ.

Однако и при этом система смазывания предусматривает наличие внешнего масляного насоса либо подвода в маслосборник сжатого рабочего вещества, что увеличивает массу и габариты СПМ и не обеспечивает надежность функционирования системы, особенно при горизонтальном или наклонном положении вала СПМ. В этих случаях масло скапливается в нижней части корпуса СПМ, сбоку спиралей, тратится работа на барботаж, от чего масло нагревается, происходит его вспенивание. Работа СПМ становится ненадежной. Такие условия работы характерны прежде всего для транспортных машин автомобильных и судовых, у которых дифферент может достигать более 10^о.

Техническая задача состоит в обеспечении надежной работы машины за счет улучшения циркуляции смазки даже при значительных крене и дифференте, а также тряске и качке.

Технический результат достигается тем, что машина, содержащая корпус с крышкой и размещенные в нем неподвижную и подвижную спирали, причем последняя подвижно соединена с эксцентриком вала, установленным в подшипниках и имеющим противовес и каналы в средней части, кожух и противоповоротное устройство, снабжена двумя ограничительными перегородками с отверстиями, одна из которых установлена в полости, образованной крышкой и спиралями, а другая в полости, образованной корпусом и кожухом, регулирующими винтами, один из которых установлен в нижней части корпуса в полости между корпусом и кожухом и снабжен редукционным клапаном, крыльчаткой, установленной на валу вблизи противовеса, втулками, одна из которых выполнена гладкой и с прорезями и жестко закреплена на корпусе, а другая выполнена с перфорацией и нарезкой и установлена в полости первой втулки с возможностью осевого перемещения, при этом участок вала в зоне размещения втулок выполнен с наклонными канавками на поверхности, а на внешней поверхности противовеса выполнена одно- или многозаходная нарезка.

На фиг. 1 представлен один из вариантов горизонтальной СПМ горизонтального спирального компрессора (СПК), продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Предложенный СПК содержит корпус 5 с крышкой 1 и размещенными в ней неподвижной 2 и подвижной 3 спиралями, причем последняя подвижно соединена с эксцентриком вала 10, установленным в подшипниках и имеющим каналы в средней части, кожух 17 и противоповоротное устройство 4 с шариковыми опорами. На валу 10 закреплены противовес 19, имеющий на внешней поверхности одно- или многозаходную нарезку, и рядом с ним крыльчатка 16. Детали 19 и 16 предназначены для придания маслу необходимой скорости перемещения по каналам 6, 14, 21 и 24. Со стороны наружного конца вала 10 установлен узел уплотнения вала пружина 8 и уплотнительный диск 27. Под пружиной 8 на вал 10 установлена с возможностью осевого перемещения втулка 9 с нарезкой на наружной поверхности и перфорацией. Под втулкой 9 на наружной поверхности вала 10 имеются спиральные канавки 11 полукруглого сечения, которые вместе с деталями 8, 9 и неподвижной втулкой 12 с прорезями обеспечивают поступление масла в продольные каналы в средней части тела вала 10 (показаны штриховыми линиями), причем далее масло через каналы 26 поступает на противоповоротное устройство 4 с шариковыми опорами. В масляных каналах 14, 21 корпуса 5 установлены специальные регулирующие винты 7, 15 и 20, причем в последнем из них установлен обратный клапан, а в регулирующем винте 15 редукционный клапан. Винтами 7, 15, 20 регулируется расход масла, циркулирующего в системе смазывания, а доступ к ним обеспечивается через заглушаемые отверстия 18.

При горизонтальном положении СПК и вала 10 масло под действием гравитационных сил сливается в нижнюю часть СПК, заполняет полости Е₁, Е₂ и каналы 24 (фиг. 2), причем последние всегда должны быть заполненными до уровня, определяемого ограничительными перегородками, установленными в этих полостях. Это обеспечивается положением верхнего уровня ограничительной перегородки 23 с отверстиями в полости Е₁ благодаря наличию в ней отверстий 25. Кроме того, перегородка 23 предохраняет масло от вспенивания, поскольку не дает окунаться в масло подвижной спирали 3 (фиг. 1).

Полость Е₂, образованная между кожухом 17 и корпусом 5, также заполнена маслом до того же уровня, что и полость Е₁, и также имеет ограничительную перегородку с отверстиями (не показанную на фигурах).

Полости, обозначенные Е₁ и Е₂заполнены маслом настолько, чтобы обеспечить нормальную работу СПМ. Этому способствуют ограничительные перегородки с отверстиями, особенно необходимые при дифференте СПМ, так как они не позволяют подняться уровню масла до края подвижной спирали.

Болты 13 и 22 соединяют кожух 17 с корпусом 5 и могут быть использованы для закрепления СПК на раме.

Система смазывания работает следующим образом.

Из полости Е₁ масло поступает через каналы к вращающемуся вместе с валом 10 противовесу 19, имеющему на внешней поверхности одно- или многозаходную нарезку. За счет шнекового эффекта масло перемещается вдоль оси СПК в сторону наружного конца вала 10. Далее оно проходит через лопасти крыльчатки 16, где получает дополнительный импульс, и через каналы 6 и 14 поступает в камеру узла уплотнения наружного конца вала 10. Здесь масло проходит через кольцевой зазор между неподвижной втулкой 12 и диском 27 уплотнения и через зазоры между витками пружины 8, после чего поступает во впадины нарезки втулки 9. Затем по спиральным канавкам 11 масло проходит через тангенциально направленные поперечные отверстия в теле вала 10 и наклонный продольный канал и достигает основания подвижной спирали 3. Здесь масло охлаждает подвижную спираль 3 и уходит через каналы 26 к шариковым опорам противоповоротного устройства 4. Регулирование потока масла при горизонтальном или близком к нему положении достигается за счет соответствующего положения регулирующих винтов 7, 15, 20.

При значительном отклонении продольной оси СПМ от горизонтального положения, например до 10^о и более, для надежной работы системы смазывания важное значение имеют размер полостей Е₁ и Е₂ и расположение ограничительной перегородки 23 с отверстиями (и аналогичной в полости Е₂), а также отверстий 25.

При дифференте СПК в сторону наружного конца вала масло частично перемещается в полость Е₂, однако благодаря наличию в ней ограничительной перегородки с отверстиями, аналогичной перегородке 23, каналы 21 и 24 остаются заполненными маслом. При дифференте СПК в противоположную сторону переливу масла из полости Е₂ в полость Е₁ воспрепятствует обратный клапан винта 20.

Предложенная система смазывания является автономной и не требует использования энергии рабочего вещества для обеспечения циркуляции масла.

В предложенном горизонтальном СПК для перемещения масла используются центробежный и шнековый (элеваторный) эффекты, реализуемые деталями 8, 9, 11, 16, 19. Не в каждой горизонтальной СПМ в ее системе смазывания необходимо применение всех указанных элементов, обеспечивающих перемещение масла. Их число (или набор), как и сочетание, и последовательность расположения определяются многими факторами, основными из которых являются параметры СПМ давление нагнетания, перепад давления (нагнетания всасывания), вязкость масла, кинематические параметры элементов, а также конструктивные особенности машины. Однако для всех горизонтальных СПМ с встроенной системой смазывания необходимы полости, заполненные до определенного уровня маслом, и принудительное механическое его перемещение.

Указанные элементы конструкции ограничительные перегородки с отверстиями, система регулирующих винтов, противовес с нарезкой на внешней поверхности, крыльчатка, втулка с прорезями, втулка с нарезкой и выполняемые перечисленными элементами функции не встречаются в существующих конструкциях СПМ.

Использование: в спиральных компрессорах, газовых моторах и детандерах. Сущность изобретения: в корпусе с крышкой размещены неподвижная и подвижная спирали. Подвижная спираль подвижно соединена с эксцентриком вала, установленным в подшипниках и имеющим противовес и каналы в средней части. Одна из двух ограничительных перегородок с отверстиями установлена в полости, образованной крышкой и спиралями, другая в полости, образованной корпусом и кожухом. Два регулирующих винта установлены в нижней части корпуса в полости между корпусом и кожухом, первый снабжен редукционным клапаном, второй обратным клапаном. На внешней поверхности противовеса выполнена одно- или многозаходная нарезка. Крыльчатка установлена на валу вблизи противовеса. Одна втулка выполнена гладкой с прорезями и жестко закреплена на корпусе, другая выполнена с перфорацией и нарезкой и установлена в полости первой втулки с возможностью осевого перемещения. Участок вала в зоне размещения втулок выполнен с наклонными канавками. 4 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ СПИРАЛЬНАЯ МАШИНА, содержащая корпус с крышкой и размещенные в нем неподвижную и подвижную спирали, причем последняя подвижно соединена с эксцентриком вала, установленным в подшипниках и имеющим противовес и каналы в средней части, кожух и противоповоротное устройство, отличающаяся тем, что машина снабжена двумя ограничительными перегородками с отверстиями, одна из которых установлена в полости, образованной крышкой и спиралями, а другая в полости, образованной корпусом и кожухом. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена регулирующими винтами, два из которых установлены в нижней части корпуса в полости между корпусом и кожухом, причем первый снабжен редукционным клапаном, а второй - обратным клапаном. 3. Машина по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что на внешней поверхности противовеса выполнена одно- или многозаходная нарезка. 4. Машина по пп. 1 3, отличающаяся тем, что она снабжена крыльчаткой, установленной на валу вблизи противовеса. 5. Машина по пп.1 4, отличающаяся тем, что она снабжена втулками, одна из которых выполнена гладкой и с прорезями и жестко закреплена на корпусе, а другая выполнена с перфорацией и нарезкой и установлена в полости первой втулки с возможностью осевого перемещения, при этом участок вала в зоне размещения втулок выполнен с наклонными канавками.