РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ НАСОС-КОМПРЕССОР Российский патент 1997 года по МПК F04C2/00 

Изобретение относится к насосо-компрессоростроению и может найти широкое применение в сельском хозяйстве, на предприятиях и т.п. например, в качестве прибора для накачивания шин или мойки автомобиля, может входить в приборы индивидуальных ингаляторов.

Из технической литературы известен роторно-поршневое нагнетальное устройство (см. Башта Т. М. " Самолетные гидравлические устройства", Москва, Оборонгиз, 1946, стр. 124-126)
Однако данное устройство малопроизводительное и не предусматривает унификации.

За ближайший аналог взят роторный гидронасосом, содержащий крышки, цилиндрический корпус с всасывающим и нагнетательным отверстиями, размещенный в нем ротор с боковой камерой, в которой установлен бочкообразный поршень, взаимодействующий с эксцентриковым валом. По сравнению с ближайшим аналогом в изобретении изменена направленность смесительных объемов: в ближайшем аналоге смесительные объемы с всасывающим и нагнетательным штуцером размещены соосно по линии, проходящей через ротор, где разнонаправленностью потоков повышается сопротивление турбулентности с увеличением осевых нагрузок, то в изобретение движение потока по смесительным объемам направлено по вращению ротора за счет размещения объемов под углом это согласуется с боковым перемещением потока в камерах ротора.

Кроме того, предусмотренная в изобретении замена гильз и нагнетательного штуцера не допускает обратного выхода воздуха со стороны сжатия в роторные камеры до повышения в них давления сжатием. Именно согласованность упомянутых потоков и унифицированная работа является основной технической задачей данного изобретения. И кроме того, внедрение в схему фитильного способа смазки рабочих поверхностей, а так же введение дополнительных осевых опор и уплотнений обеспечивает устройству длительный моторесурс. Создание высоких давлений при двухсторонней работе поршневой пары способствует малогабаритности и компактности изготовления, что позволяет применять предложенное устройство в качестве прибора для накачивания шин или мойки автомашины, который заводы-изготовители могут включить в комплект инструмента. Благодаря этим же качествам, роторно-поршневой насос-компрессор может найти широкое применение в сельском хозяйстве, на предприятиях, в клиниках и быту.

Решение технической задачи обеспечивается тем, что в роторно-поршневом, насосе-компрессоре, содержащем крышки, цилиндрический корпус с всасывающим и нагнетательным отверстиями, размещенный в нем ротор с боковой камерой, в которой установлен бочкообразный поршень, взаимодействующий с эксцентриковым валом, согласно изобретению насос-компрессор снабжен дополнительным бочкообразным поршнем, установленным в дополнительной камере, при этом основная и дополнительная камеры расположены по бокам ротора под углом 90^o друг относительно друга и разделены центральной стенкой с дисковым уплотнением, охватываемой дугообразными корпусными перемычками, в дисковом уплотнителе и крышках корпуса выполнены эксцентричные отверстия с возможностью взаимодействия с эксцентриковым валом, стенки корпуса в центральной части выполнены криволинейными и равны соответственно диаметру ротора и ширине его камер, между стенками корпуса и ротора образованы смесительные объемы, выполненные с наклонными со стороны крышек стенками и расположенные друг к другу под углом с возможностью огибания ротора проходящим через них со стороны увеличения камерных объемов потоком и согласования с боковыми силами потоков роторных камер, при этом на торцах наклонных стенок выполнены нарезные отверстия для соединения штуцеров, снабженных продолговатыми фланцами, а дугообразные перемычки выполнены вместе с запрессованной в корпус гильзой, контактирующей с боковыми кольцевыми звеньями ротора, выполненными съемными и соединенными с ним болтами с потайными коническими головками и установленными заподлицо с гильзой на соосных цилиндрическому корпусу дисковых выступах, размещенных на крышках и выполненных с эксцентричными, соосными валу отверстиями под его опорные концевые участки.

Кроме того, при использовании его в качестве насоса в гильзе по обе стороны перемычек выполнены окна, совпадающие с линиями стыковки роторных камер с криволинейными участками корпуса при использовании его в качестве компрессора, гильза со стороны нагнетательного смесительного объема корпуса выполнена с перепускными отверстиями у линии стыковки роторных камер с криволинейными участками корпуса со стороны вытеснения поршнями объемов, при этом штуцер со стороны перепускных отверстий снабжен шариковым клапаном, а со стороны всасывающего отверстия на корпусе установлен сетчатый фильтр коробчатой формы с матерчатой прослойкой.

Кроме того на внутренних поверхностях крышек по линиям окружного контакта ротора и корпуса выполнены канавки прямоугольного сечения, в которых размещены гибкие уплотнители круглого сечения.

Кроме того, на опорной втулке задней крышки напрессован воронкообразный корпус передаточного планетарного механизма с закрепленной внутри его большего диаметра коронной шестерней, при этом оси сателлитов размещены по краям диска-водила, с центральным граненым отверстием, установленным на граненый конец вала, а солнечная шестерня закреплена на граненом конце обращенного встречно соосного вала электромотора.

Кроме того, корпус планетарного механизма со стороны большего диаметра закрыт шайбообразной стенкой с возможностью уплотнения вала электромотора.

Кроме того, отверстие в коническом выступе крышки для концевого участка вала выполнено глухим, выходящим через дисковый опорный выступ, размещенный заподлицо в боковой кольцевой стенке ротора.

Кроме того, вал выполнен с центральным отверстием и сообщающимся с ним поперечными отверстиями, проходящими через утолщенную со стороны задней крышки его часть и эксцентрики, а в отверстиях закреплены фитили, при этом отверстия выполнены на рабочих стенках поршней для прохода масла к стенкам камер.

Кроме того, со стороны (плоских) рабочих поверхностей поршни выполнены с продольными пазами в угловых участках, в которых размещены уплотнительные пластинчатые элементы с внутренними уступами на концах для соединений с загнутыми концами углубленных в пазы параболических пластинчатых пружин.

Кроме того, граненый конец выходного вала ротора в граненый конец вала электромотора выполнены с возможностью соединения муфтой.

Изобретение поясняется графическими материалами.

На фиг. 1 показан боковой разрез корпуса и гильзы, выполняющей насосные функции, с показом контурными стрелками кинематически криволинейного движения согласованных потоков от ротора и смесительных объемов. Пунктиром отмечена вторая (дальняя) камера ротора с поршнем, эксцентриком и направлением потоков указательными стрелками. Направление вращения показано на эксцентрике контурной стрелкой.

На фиг. 2 изображена гильза, предназначенная для насосных функций.

На фиг. 3 показан боковой разрез корпуса и гильзы, выполняющей компрессорные функции. Показан момент открытия ротором перепускного отверстия гильзы (перепускные отверстия здесь заменяют окна) ближней по чертежу камеры, где пунктиром обозначена та же камера в момент полного вытеснения поршнем сжатого воздуха и перекрытия отверстия.

На фиг. 4 изображена одна из кольцевых боковых (объемных) стенок ротора.

На фиг. 5 эта стенка, соединенная с ротором болтами с потайными коническими головками, отмечена пунктиром. Пунктиром так же отмечена глубина нарезной части болтов в конических стенках смесительных объемов корпуса.

На фиг. 6 изображена крышка корпуса с показом на внутренней стороне дискового опорного выступа (уплотнения) и окружной канавки.

На фиг. 7 изображен планетарный передаточный механизм с разрезом вала электродвигателя.

На фиг. 8 роторно-поршневой насос-компрессор показал в соединении с планетарным механизмом и электродвигателем, размещенных валами соосно. Пунктиром отмечены боковые стенки ротора и наклонные стенки смесительного объема корпуса.

На фиг. 9 изображен уплотнительный пластинчатый элемент с пружиной.

На фиг. 10 показано размещение уплотнительных элементов на поршне.

Цилиндрический корпус 1 фиг. 1 выполнен по схеме гидронасоса с коническими, расположенными друг к другу под углом смесительными объемами 2, которые направлены на сгибание потоком ротора 3 со стороны увеличения объемов его камер 4 и согласование с боковым перемещением в камерах с обеих сторон поршней 5 впускных-выпускных (центробежных) потоков. В цилиндрическую полость корпуса запасована сменная гильза 6, выполненная по ширине корпуса заодно с дугообразными перемычками 7, охватывающими ротор в плоскости центральной стенки и заостренными в направлении смесительных объемов. По бокам перемычки стенки гильзы выполнены с диаметрально противоположными окнами 8, совпадающими с контурами оснований смесительных объемов. Торцевые участки гильзы, аналогично центральному участку, выполнены кольцеобразными 9. По ширине концевых участков и внутреннему диаметру гильзы изготовлены кольцеобразные боковые (съемные) стенки 10 ротора с отверстиями 11 и коническими в них раззенковками для потайных конусообразных головок 12 болтов. Поскольку смесительные объемы, помимо наклонных стенок со стороны цилиндра, в данной конструкции имеют наклонные стенки 13 со стороны крышек 14 и нарезные, выполненные на торцах стенок отверстия 15, то крышки здесь о ограничены закрытием цилиндрического объема корпуса и одновременно выполнены с дисковыми опорными выступами 16 (уплотнителями) для боковых стенок ротора и кругообразными вокруг опор уплотнительными канавками 17 прямоугольного сечения для уплотнения ротора размещенными в канавках элементами круглого сечения, проходящими по контактным стыкам роторных стенок и гильзы. С наружной стороны передняя по фиг. 5 (левая по фиг.8) крышка имеет соосное смещенному валу коническое утолщение 18 с глухим отверстием 19 для концевого участка вала, выходящим через дисковый опорный выступ, а на опорную втулку 20 задней крышки запрессован малым диаметром воронкообразный корпус 21 планетарного передаточного механизма, в большом диаметре которого закреплена коронная шестерня 22, при этом водило 23, выполненное в виде диска, содержит три симметричных осевых выступа под шестернисателлиты 24 и установлено центровым граненым отверстием на граненом конце выходного вала 25, а солнечная шестерня 26 установлена граненым отверстием на граненом конце вала электромотора 27. На выходе корпус планетарного механизма герметизирован уплотнительной дисковой стенкой 28, имеющей центровое отверстие для прохода вала в зацепление с солнечной шестерней. Штуцеры 29 выполнены с продолговатыми пластинчатыми фланцами и отверстиями на их концах для соединения болтами 30 с торцами смесительных объемов через нарезные отверстия в наклонных их стенках: в схеме гидронасоса проходные сечения штуцеров выполнены соответственно выходным отверстиям смесительных объемов.

Конструкция корпуса по схеме компрессора (фиг.3) та же, что на фиг.1, однако гильза с нагнетательной стороны корпуса вместо окон выполнена у верхнего их контура (на стороне вытеснения объемов) и по сторонам дугообразной перемычки с перепускными отверстиями 31. Штуцер 32 с этой стороны корпуса имеет меньший диаметр и внутренний канал 33, суженный со стороны фланца отверстием 34, между которым и игольчатой поперечной шпилькой З5 запасован шариковый клапан 36 с возможностью осевого перемещения на этом участке канала.

С противоположного всасывающего смесительного объема корпуса штуцер снят, а впускное отверстие закрыто сетчатым воздухоочистителем 37 коробчатой формы, имеющим матерчатую прослойку (отмечено на фиг. 3 точечной штриховкой). Для постоянной смазки контактных рабочих поверхностей вал роторно-поршневого насоса-компрессора выполнен с центральным отверстием 38 и сообщенными с ним проходящими сквозь эксцентрики и утолщенную со стороны опорной втулки его часть поперечными отверстиями 39, при этом в отверстиях размещены фитили, выполненные из высокотемпературных волокон. Для смазки поверхностей роторных камер в стенках поршней выполнены отверстия 40.

Роторно-поршневой насос-компрессор смонтирован с планетарной передачей и электромотором на одной платформе 41, где электромотор установлен на резиновой подушке 42. В монтаже по компрессорной схеме из планетарной передачи может быть удалено водило-диск с сателлитами для повышения оборотистости ротора: соединение граненых концов валов насоса-компрессора и электродвигателя может быть втулочной муфтой с граненым отверстием. Поршни выполнены со стороны рабочих (плоских) поверхностей с продольными пазами 43, размещенными в угловых участках. В пазах размещены уплотнительные пластинчатые элементы 44, концы которых имеют внутренние уступы 45 для сцепных соединений с загнутыми концами углубленных в пазы параболических пластинчатых пружин 46.

Для компрессорного монтажа в комплекте должна быть сменная гильза, клапанный штуцер, соединительная муфта и коробчатый воздухоочиститель. На положении гидронасоса по фиг. 1, 5 и 8 перекачивание жидкости происходит следующим образом.

Через солнечную шестерню 26 и сцепленные с ней шестерни-сателлиты 24 вал электромотора 27 вращает диск-водило 23 в ту же сторону с трехкратным понижением передаточного числа, а водило приводит во вращение вал 25 гидронасоса. Поскольку в состоянии герметизации ближней по чертежу роторной камеры, обусловленной стыковкой ее углов с линиями границ контактных участков гильзы 6, эксцентрики устанавливаются по линии центров вала и ротора, то поршень 5 этой камеры находится в прижатом к стенке гильзы положении при полностью вытесненном объеме и полном объеме с противоположной стороны. Выходя из состояния герметизации, поршень со стороны верхней камеры (отмечено стрелками) начнет всасывать жидкость из правого смесительного объема 2 и одновременно вытеснять жидкость из нижней камеры в левый смесительный объем, а дальний поршень, проходящий в момент герметизации ближней камеры по центру ротора в поперечном направлении, продолжит всасывание жидкости из правого смесительного объема и вытеснение с другой стороны жидкости из камеры в левый смесительный объем (отмечено пунктиром). При этом перемещающийся по размещенным под углом штуцером общий поток жидкости согласуется в одном направлении с жидкостными потоками камер. Перемещение жидкости гидронасосами на высоту сопровождается большими нагрузками, в данном случае осевыми. В основном, боковые нагрузки вала приходятся на крышки 14, дисковые выступы которых предназначены для уменьшения выработки ротора. Разгруженность введением в конструкцию боковых стенок ротора уменьшит его боковой износ, повысит качество уплотнения в гильзе и увеличит срок службы роторно-поршневого механизма. В процессе работы залитое в воронкообразный корпус 21 масло разбрызгивается шестеренчатым механизмом, попадает на фитили, выходящие из поперечных отверстий конца вала 25, перемещается по центральному отверстию 38 и поперечным отверстиям 39 вала к поверхностям эксцентриков и глухому отверстию 19 конического утолщения 19 передней крышки, смазывая их и дисковые выступы 16 крышек тонким слоем. Через отверстия 40 в стенках поршней масло через контактные зазоры попадает на рабочие поверхности роторных камер.

Перевод механизмов заявленного устройства на компрессорную работу происходит заменой гильзы 6 (фиг.3) и штуцеров 29 на клапанный 32 со стороны нагнетательного смесительного объема и воздухоочиститель 37 со стороны всасывающего смесительного объема, а также соединением напрямую валов компрессора и электромотора муфтой. Поскольку сменная гильза в компрессорном варианте не имеет со стороны нагнетательного объема окон, то при той же кинематической схеме работы механизмов между поршнями и стенкой гильзы с упомянутой стороны происходит сжатие воздуха в уменьшающихся объемах камер с выпуском его в сжатом состоянии в смесительный объем в момент открытия окружными стенками ротора перепускных на гильзе отверстий 31. Из смесительного объема сжатый воздух перемещается через суженное отверстие 34 во внутренний канал 33 штуцера 32: шариковый клапан 36 при этом сместится воздушным потоком к поперечной опорной шпильке 35. В процессе работы выработка сжатого воздуха, равно как и его всасывание, происходит в данном двухкамерном роторе при двухсторонней работе его поршней непрерывно и равномерно. В процессе износа рабочих поверхностей между поршнями и стенками роторных камер возникают зазоры, которые будут устраняться выдвижением с помощью пружин 46 пластинчатых элементов 44 из пазов 43 поршня 5.

Использование: в сельском хозяйстве, на предприятиях, например, в качестве прибора для накачивания шин или мойки автомобиля и т.п. Сущность изобретения: конструкция допускает два варианта монтажа в гидронасосном и компрессорном исполнениях. В данном устройстве применены сменные гильзы, клапанный штуцер и элемент очистки воздуха, внедрен фитильный способ смазки цилиндро-поршневой группы и т.д. Конструктивным переустройством достигнуто уменьшение внутренних гидравлических сопротивлений и бокового износа роторно-цилиндровых поверхностей за счет размещения смесительных объемов корпуса под углом друг к другу с направленностью проходящего через них потока к ротору со стороны увеличения объемов его камер и согласованием боковых сил всасывающих и вытесняемых ими потоков. Двухсторонняя работа поршней и двухкамерное строение ротора способствует малогабаритности и компактности корпуса, 9 з.п.ф., 10 ил.

1. Роторно-поршневой насос-компрессор, содержащий крышки, цилиндрический корпус с всасывающим и нагнетательным отверстиями, размещенный в нем ротор с боковой камерой, в которой установлен бочкообразный поршень, взаимодействующий с эксцентриковым валом, отличающийся тем, что насос-компрессор снабжен дополнительным бочкообразным поршнем, установленным в дополнительной камере, при этом основная и дополнительные камеры расположены по бокам ротора под углом 90^o друг относительно друга и разделены центральной стенкой с дисковым уплотнителем, охватываемой дугообразными корпусными перемычками, в дисковом уплотнителе и крышках корпуса выполнены эксцентричные отверстия с возможностью взаимодействия с эксцентриковым валом, стенки корпуса в центральной части выполнены криволинейными и равны соответственно диаметру ротора и ширине его камер, между стенками корпуса и ротора образованы смесительные объемы, выполненные с наклонными со стороны крышек стенками и расположенные друг к другу под углом с возможностью огибания ротора проходящим через них со стороны увеличения камерных объемов потоком и согласования с боковыми силами потоков роторных камер, при этом на торцах наклонных стенок выполнены нарезные отверстия для соединения штуцеров, снабженных продолговатыми фланцами, а дугообразные перемычки выполнены вместе с запрессованной в корпусе гильзой, контактирующей с боковыми кольцевыми звеньями ротора, выполненными съемными и соединенными с ним болтами с потайными коническими головками и установленными заподлицо с гильзой на соосных с цилиндрическим корпусом дисковых выступах, размещенных на крышках и выполненных с эксцентричными, соосными с валом отверстиями под его опорные концевые участки. 2. Насос-компрессор по п.1, отличающийся тем, что при использовании его в качестве насоса в гильзе по обе стороны перемычек выполнены окна, совпадающие с линиями стыковки роторных камер с криволинейными участками корпуса. 3. Насос-компрессор по п.1, отличающийся тем, что при использовании его в качестве компрессора гильза со стороны нагнетательного смесительного объема корпуса выполнена с перепускными отверстиями линии стыковки роторных камер с криволинейными участками корпуса со стороны вытеснения поршнями объемов, при этом штуцер со стороны перепускных отверстий снабжен шариковым клапаном, а со стороны всасывающего отверстия на корпусе установлен сетчатый фильтр коробчатой формы с матерчатой прослойкой. 4. Насос-компрессор по пп.1 3, отличающийся тем, что на внутренних поверхностях по линиям окружного контакта ротора и корпуса выполнены канавки прямоугольного сечения, в которых размещены гибкие уплотнители круглого сечения. 5. Насос-компрессор по пп.1 3, отличающийся тем, что на опорной втулке задней крышки напрессован воронкообразный корпус передаточного планетарного механизма с закрепленной внутри его большего диаметра коронной шестерней, при этом оси сателлитов размещены по краям диска-водила, с центральным граненым отверстием, установленным на граненый конец вала, а солнечная шестерня закреплена на граненом конце обращенного встречно соосному вала электромотора. 6. Насос-компрессор по пп.1 3, отличающийся тем, что корпус планетарного механизма со стороны большего диаметра закрыт шайбообразной стенкой с возможностью уплотнения вала электромотора. 7. Насос-компрессор по пп.1 3, отличающийся тем, что отверстие в коническом выступе крышки для концевого участка вала выполнено глухим, выходящим через дисковый опорный выступ, размещенный заподлицо в боковой кольцевой стенке ротора. 8. Насос-компрессор по пп.1 3, отличающийся тем, что вал выполнен с центральным отверстием и сообщающимися с ним поперечными отверстиями, проходящими через утолщенную со стороны задней крышки его часть и эксцентрики, а в отверстиях закреплены фитили, при этом отверстия выполнены на рабочих стенках поршней для прохода масла к стенкам камер. 9. Насос-компрессор по пп.1 3, отличающийся тем, что со стороны плоских рабочих поверхностей поршни выполнены с продольными пазами в угловых участках, в которых размещены уплотнительные пластинчатые элементы с внутренними уступами на концах для соединений с загнутыми концами углубленных в пазы параболических пластинчатых пружин. 10. Насос-компрессор по пп.1 3, отличающийся тем, что граненый конец выходного вала ротора и граненый конец вала электромотора выполнены с возможностью соединения муфтой.