МИКРОКОМПРЕССОР Российский патент 1997 года по МПК F04D25/06 F04D29/66 

Изобретение относится к компрессоростроению, в частности, к микрокомпрессорам.

В технике известны и широко применяются как мембранные микрокомпрессоры с электромагнитным приводом (авт. свид. СССР N 1341382, 1987), так и осевые компрессоры с вращающимся рабочим органом (Шерстюк А.Н. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М. Высшая школа, 1972, с. 221-303: Черкасский В.И. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М. Энергия, 1977, с. 281-337).

Эти компрессоры обладают существенными недостатками: вибрация и разрушение мембран (у мембранных компрессоров), повышенный шум, недолговечность вследствие быстрого изнашивания рабочих поверхностей.

Наиболее близким к предложенному устройству является устройство по авт. свид. СССР N 1818486, 1989. Это устройство содержит корпус с внутренней цилиндрической поверхностью, внутри которого установлен вал с ротором электродвигателя и осевым рабочим колесом. Вал установлен на радиальных подшипниках, а между подшипниками и ротором установлено рабочее колесо, подшипниковые опоры снабжены каналами для прохода рабочей среды. Корпус охватывает статор электродвигателя. При вращении ротора рабочая среда, поступающая на вход устройства, под действием рабочего колеса с повышенным давлением поставляется потребителю.

Это устройство также в процессе работы шумит и трущиеся поверхности у него изнашиваются.

Задача изобретения заключается в уменьшении шума при работе компрессора и в увеличении срока его службы за счет снижения до минимума трения между вращающимися частями.

Другая задача изобретения обеспечение возможности плавного изменения действующих на подшипники усилий и регулирования рабочего давления на выходе из компрессора.

В первом варианте изобретения поставленная задача решена тем, что в устройстве, содержащем корпус с внутренней цилиндрической полостью, в которой расположен вал с ротором электродвигателя и осевым рабочим колесом, первую и вторую подшипниковые опоры с каналами для прохода рабочей среды, расположенные, соответственно, на входе и выходе компрессора по торцам корпуса, подшипники, охватывающий корпус статор электродвигателя, всасывающий и нагнетательный патрубки, причем осевое рабочее колесо установлено между ротором и одним из подшипников, вал установлен вертикально, в подшипниковых опорах выполнены отверстия, в которых расположен с возможностью осевого перемещения вал, подшипники выполнены упорно-радиальными и установлены: один на наружной стороне первой подшипниковой опоры, а другой на внутренней стороне второй подшипниковой опоры, при этом на валу выполнены ограничители для упора в подшипники.

Основное требование к подшипникам заключается в том, чтобы их конструкция обеспечивала возможность осевого перемещения вращающейся части устройства снизу вверх и вращение во взвешенном состоянии.

В устройстве по второму варианту поставленная задача решена тем, что в микрокомпрессоре, содержащем корпус с внутренней цилиндрической полостью, в которой расположен вал с ротором электродвигателя и осевым рабочим колесом, первую и вторую подшипниковые опоры с каналами для прохода рабочей среды, расположенные, соответственно, на входе и выходе компрессора по торцам корпуса, подшипники, охватывающий корпус статор электродвигателя, всасывающий и нагнетательный патрубки, вал установлен вертикально, ротор выполнен с внутренней полостью, в которой на валу установлено осевое рабочее колесо, в подшипниковых опорах выполнены отверстия, в которых расположен с возможностью осевого перемещения вал, подшипники выполнены упорно-радиальными и установлены: один на наружной стороне первой подшипниковой опоры, а другой - на внутренней стороне второй подшипниковой опоры, при этом на валу выполнены ограничители осевого перемещения вала в сторону нагнетательного патрубка.

На выходе из компрессора на нагнетательном патрубке может быть установлен регулировочный клапан давления.

На фиг. 1 схематично показан первый вариант предложенного устройства; на фиг. 2 второй вариант устройства.

По первому варианту микрокомпрессор (фиг. 1) состоит из статора 1 электродвигателя, установленного на корпусе 2, в цилиндрической полости корпуса расположены на валу 3 ротор 4 электродвигателя и осевое рабочее колесо 5. По торцам корпуса установлены подшипниковые опоры 6 и 7 с отверстиями для вала. Вал 3 имеет возможность осевого перемещения в отверстиях подшипниковых опор. На внутренней стороне подшипниковой опоры 6 установлен упорно-радиальный подшипник 8, а на внешней стороне, то есть со стороны всасывающего патрубка 10 подшипниковой опоры 7, установлен другой упорно-радиальный подшипник 9. На валу 3 выполнены упоры (на фиг. не показаны, так как конструкция их может быть различной) для ограничения осевого перемещения вала 3 в сторону нагнетательного патрубка 11.

Перед началом работы микрокомпрессор устанавливают в вертикальное положение нагнетательным патрубком вниз и подключают к источнику питания. Во время работы компрессора на всасывающей и нагнетательной сторонах возникает перепад давления: на всасывающей стороне ниже атмосферного, а на нагнетательной стороне выше. Благодаря этому перепаду давления вращающаяся часть испытывает усилие снизу вверх. Если это усилие превосходит массу вращающейся части, то она плавно оторвется от подшипников и будет вращаться во взвешенном состоянии. При этом трение и шум исчезнут. Это усилие ориентировочно равно произведению давления нагнетаемого воздуха на площадь сечения ротора. Если давление воздуха на нагнетательной стороне будет ниже расчетного, то вращающаяся часть не оторвется от подшипников.

С целью обеспечения минимально требуемого противодавления на выходе из компрессора может быть установлен регулировочный клапан, состоящий из корпуса 12, собственно клапана 13, пружины 14 и регулировочного винта 15.

Осевое рабочее колесо 5 может быть расположено над ротором электромотора, как показано на фиг. 1, или под ним.

На фиг. 2 схематично показано устройство по второму варианту изобретения. Микрокомпрессор содержит статор 1, установленный на корпусе 2, в цилиндрической полости которого расположен на валу 3 ротор 4 электродвигателя. Обмотка ротора 4 представляет собой конструкцию наподобие беличьей клетки, то есть с внутренней полостью (см. Вольдек А.И. Электрические машины. Л. Энергия, 1978, с. 356-366).

Внутри ротора 4 на валу 3 закреплено осевое рабочее колесо 5. По торцам корпуса расположены подшипниковые опоры 6 и 7 с отверстиями для вала 3. Вал 3 имеет возможность осевого перемещения снизу вверх в отверстиях подшипниковых опор 6, 7 в сторону всасывающего патрубка 10. На внешней стороне подшипниковой опоры 7 со стороны всасывающего патрубка 10 установлен упорно-радиальный подшипник 9, а на внутренней стороне подшипниковой опоры 6 установлен другой упорно-радиальный подшипник 8. На валу 3 выполнены упоры для ограничения осевого перемещения вала 3 в сторону нагнетательного патрубка 11. На фиг. 2 упоры не показаны.

Работает микрокомпрессор аналогично устройству по первому варианту. Точно также, с целью обеспечения минимального требуемого противодавления, на выходе из компрессора может быть установлен регулировочный клапан 12, конструкция которого аналогична конструкции клапана 12, изображенного на фиг. 1.

При подаче давления в жидкость (например, для аэрации воды) необходимое минимальное противодавление может регулироваться глубиной спускания соединенного с компрессором шланга или трубки. А использование в этом случае регулировочного клапана обеспечивает возможность нагнетания на меньшей глубине, расширяя тем самым области применения компрессора.

Таким образом, благодаря применению упорно-радиальных подшипников, установленных в подшипниковых опорах на торцах корпуса и обеспечивающих перемещение вала в осевом направлении снизу вверх, предложенное устройство отличает минимально возможный уровень шума, повышенная надежность и долговечность, достигаемые за счет снижения до минимума трения между трущимися поверхностями за счет плавного изменения действующих на подшипник нагрузок.

Использование: в компрессоростроении. Сущность изобретения: микрокомпрессор содержит корпус с внутренней цилиндрической полостью, в которой расположен вал с ротором электродвигателя и осевым рабочим колесом. Подшипниковые опоры с каналами для прохода рабочей среды расположены, соответственно, первая - на входе, а вторая - на выходе компрессора по торцам корпуса. Статор электродвигателя охватывает корпус компрессора. Осевое рабочее колесо установлено между ротором и одним из подшипников. Вал установлен вертикально. Подшипниковые опоры выполнены с отверстиями для вала, в которых расположен с возможностью осевого перемещения, а подшипники выполнены упорно-радиальными и установлены: один - на наружной стороне первой подшипниковой опоры, а другой - на внутренней стороне второй подшипниковой опоры. На вал выполнены ограничители для упора в подшипники. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Микрокомпрессор, содержащий корпус с внутренней цилиндрической полостью, в которой расположены вал с ротором электродвигателя и осевым рабочим колесом, первую и вторую подшипниковые опоры с каналами для прохода рабочей среды, расположенные соответственно на входе и выходе компрессора по торцам корпуса, подшипники, охватывающий корпус статор электродвигателя, всасывающий и нагнетательный патрубки, причем осевое рабочее колесо установлено между ротором и одним из подшипников, отличающийся тем, что вал установлен вертикально, в подшипниковых опорах выполнены отверстия, в которых расположен с возможностью осевого перемещения вал, подшипники выполнены упорно-радиальными и установлены один на наружной стороне первой подшипниковой опоры, а другой на внутренней стороне второй подшипниковой опоры, при этом на валу выполнены ограничители для упора в подшипники. 2. Микрокомпрессор, содержащий корпус с внутренней цилиндрической полостью, в которой расположен вал с ротором электродвигателя и осевым рабочим колесом, первую и вторую подшипниковые опоры с каналами для прохода рабочей среды, расположенные соответственно на входе и выходе компрессора по торцам корпуса, подшипники, охватывающий корпус статор электродвигателя, всасывающий и нагнетательный патрубки, отличающийся тем, что вал установлен вертикально, ротор выполнен с внутренней полостью, в которой на валу установлено осевое рабочее колесо, в подшипниковых опорах выполнены отверстия, в которых расположен с возможностью осевого перемещения вал, подшипники выполнены упорно-радиальными и установлены, один на наружной стороне первой подшипниковой опоры, а другой на внутренней стороне второй подшипниковой опоры, при этом на валу выполнены ограничители осевого перемещения вала в сторону нагнетательного патрубка. 3. Микрокомпрессор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что на выходе из компрессора на нагнетательном патрубке установлен регулировочный клапан давления.