КОМПРЕССОР АСТАНОВСКОГО Российский патент 1998 года по МПК F04C18/00 

Изобретение относится к устройствам для сжатия газов и может быть использовано в промышленности, на транспорте, в быту для сжатия или разрежения воздуха или других газов. Кроме того, изобретение может быть использовано для создания двигателей внутреннего сгорания как карбюраторного, так и дизельного типа.

Наиболее широкое распространение получили поршневые, центробежные, винтовые и ротационные компрессоры. При этом поршневые компрессоры громоздки, неуравновешены и отличаются неравномерной подачей; центробежные компрессоры используются главным образом для значительных количеств сжимаемого газа и при малых производительностях имеют меньший КПД, чем поршневые компрессоры; винтовые компрессоры требуют специального дорогостоящего оборудования для их изготовления, довольно сложную систему охлаждения сжимаемого газа и несколько меньший КПД, чем у поршневых компрессоров; ротационные компрессоры компактны, обеспечивают равномерную подачу газа, имеют простую и уравновешенную конструкцию с относительно высоким КПД, но должны изготавливаться с повышенной точностью и требуют тщательной сборки и высококвалифицированного обслуживания.

С целью сокращения эксплуатационных затрат компрессорного оборудования, снижения его себестоимости, возможности получения сжатых газов без содержания масла, ведется постоянный поиск по совершенствованию эксплуатируемых и созданию новых конструкций компрессоров.

Известен ротационный компрессор, содержащий цилиндрический корпус, боковые крышки, насаженный на вал ротор, расположенный эксцентрично по отношению к оси корпуса. Ротор имеет ряд продольных прорезей, в которые вставлены подвижные стальные пластины. При вращении ротора пластины выдвигаются центробежной силой из прорезей, прижимаются к внутренним поверхностям двух свободно вращающихся чугунных колец и увлекают их во вращение; благодаря зазору между пластинами и корпусом пластины не истираются. Стенки корпуса и боковых крышек имеют водяные рубашки и охлаждаются водой. При вращении ротора пластины разделяют серповидное рабочее пространство в корпусе компрессора на камеры разной величины, объем которых уменьшается от всасывающего патрубка к нагнетательному.

Недостатками известного ротационного компрессора являются перетоки сжимаемого газа через зазоры между пластинами и внутренними стенками корпуса и боковыми крышками, что вызывает снижение коэффициента подачи и КПД компрессора, а также потери энергии на трение боковой поверхности пластин о стенки прорезей.

В основу изобретения положена задача создания компактного компрессора, обеспечивающего минимальные перетоки сжимаемого газа между вращающимися поршнями и стенками корпуса и боковых крышек.

Поставленная задача решается тем, что компрессор, содержащий охлаждаемый цилиндрический корпус с патрубками ввода сжимаемого газа и вывода сжатого газа, вал, установленный в корпусе эксцентрично относительно его продольной оси, и связанные с валом вращающиеся элементы, размещенные в корпусе на расстоянии друг от друга с образованием между ними камер, объем которых уменьшается по направлению от патрубка ввода сжимаемого газа к патрубку вывода сжатого газа, согласно изобретению дополнительно содержит цилиндрическую втулку, соосно установленную в корпусе с образованием между внутренней стенкой корпуса и наружной стенкой цилиндрической втулки кольцеобразного пространства, при этом вращающиеся элементы выполнены в виде поршней и размещены в указанном кольцеобразном пространстве с возможностью вращения вокруг оси корпуса, а вал размещен внутри цилиндрической втулки и на нем закреплены с противоположных его концов два диска, плотно прилегающих к торцам корпуса и втулки, закрывающих с торцов кольцеобразное пространство и связанных с поршнями.

Компрессор может дополнительно содержать сухари, установленные с возможностью свободного перемещения вдоль пазов, радиально выполненных на внутренней поверхности каждого диска в количестве, соответствующем количеству вращающихся поршней, при этом сухари имеют отверстия для соединения их с вращающимися поршнями, а плоскость внутренней поверхности сухарей совпадает с плоскостью внутренней поверхности дисков.

Каждый вращающийся поршень может быть выполнен в виде ролика, имеющего выступающие оси, которые вставлены в отверстия сухарей противолежащих дисков, при этом диаметр ролика по существу равен ширине кольцеобразного пространства, а его длина равна длине цилиндрической втулки.

Другой вариант предусматривает выполнение вращающегося поршня таким, что в поперечном сечении он имеет вид усеченного центрального угла, ограниченного внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью цилиндрической втулки.

Компрессор может быть дополнительно снабжен двумя торцевыми фланцами, закрепленными на корпусе эксцентрично относительно его оси, при этом с фланцами могут быть соединены торцевые крышки с подшипниковыми узлами и уплотнением, в которых размещен вал.

Установка внутри цилиндрического корпуса концентрично цилиндрической втулки обеспечивает создание цилиндрического кольцеобразного пространства - рабочей зоны для компримирования газа - с постоянным сечением для перемещения вращающихся вокруг оси корпуса поршней.

Поршни приводятся во вращение внутри кольцеобразного пространства вокруг оси корпуса от вала компрессора через закрепленные на нем диски и перемещающиеся в их пазах сухари. Размещение вала с вращающимися дисками вдоль оси фланцев и крышек эксцентрично оси корпуса при постоянной угловой скорости вращения вала обеспечивает переменную линейную скорость поршней вокруг оси корпуса. При этом изменяется и расстояние между поршнями, что приводит к образованию камер разной величины, объем которых уменьшается от патрубка ввода сжимаемого газа к патрубку вывода сжатого газа.

Использование в предлагаемом компрессоре поршней в виде цилиндрических роликов обеспечивает при вращении их вокруг оси корпуса плотное прилегание их к внутренней цилиндрической стенке корпуса за счет центробежной силы и приводит их во вращение вокруг собственной оси, при этом поршни увлекают цилиндрическую втулку, которая также приходит во вращение вокруг своей оси.

Использование конструкции с вращающимися на валу дисками с перемещающимися вдоль пазов сухарями, плотно прилегающими к торцам цилиндрического корпуса компрессора, цилиндрической втулки и поршней, закрывающими с торцов цилиндрическое кольцеобразное пространство, обеспечивает надежное уплотнение рабочей зоны компримирования газа.

Целесообразно, чтобы поверхность дисков и сухарей, соприкасающаяся с поверхностью торцов цилиндрического корпуса, цилиндрической втулки и вращающихся поршней, была выполнена из твердого сплава или покрыта антифрикционным материалом.

Применение другого варианта конструкции вращающихся поршней с поперечным сечением в виде усеченного центрального угла, ограниченного внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью цилиндрической втулки, обеспечит снижение объема вредного пространства и увеличит коэффициент подачи. Целесообразно при этом варианте поршни изготавливать из антифрикционного материала или с покрытием трущихся поверхностей антифрикционным материалом.

На фиг. 1 схематично изображен общий вид компрессора, продольный разрез; на фиг. 2 - поперечное сечение А-А на фиг 1; на фиг. 3 - вид на внутреннюю поверхность диска; на фиг. 4 - вариант выполнения вращающихся поршней.

Компрессор содержит коаксиально установленные друг относительно друга цилиндрический корпус 1 (фиг. 1, 2) и цилиндрическую втулку 2 с образованием между ними кольцеобразного пространства 3. Внутри кольцеобразного пространства 3 размещены вращающиеся вокруг оси O корпуса 1 поршни 4, оси которых параллельны оси О корпуса 1. По торцам корпуса 1 закреплены фланцы 5 и 6, ось O₁ которых параллельна оси O корпуса 1 и расположена эксцентрично относительно нее. На фланцах 5 и 6 закреплены торцевые крышки 7 и 8 соответственно, в которых размещены подшипниковые узлы 9 и 10 с уплотнением вала 11. В подшипниковых узлах 9 и 10 установлен вал 12, эксцентрично расположенный в цилиндрической втулке 2 относительно общей оси O корпуса 1 и втулки 2. На валу 12 с противоположных его концов закреплены диски 13 и 14, которые с торцов ограничивают кольцеобразное пространство 3. На внутренней поверхности 15 каждого диска 13 и 14 выполнены радиально расположенные пазы 16, количество которых соответствует количеству вращающихся поршней 4. В пазах 16 установлены с возможностью свободного перемещения вдоль них сухари 17, имеющие отверстия 18 для соединения их с осями 19 вращающихся поршней 9, которые представляют собой ролики. Диаметр роликов по существу равен ширине кольцеобразного пространства 3, а их длина - длине корпуса 1 и цилиндрической втулки 2. Кроме того, плоскость внутренней поверхности сухарей 17 совпадает с плоскостью внутренней поверхности 15 дисков 13 и 14.

Поршни 4 (фиг. 2) размещены в кольцеобразном пространстве 3 на расстоянии друг от друга так, что между ними образованы камеры 20 разного объема, который уменьшается по направлению от патрубка 21 ввода сжимаемого газа к патрубку 22 вывода сжатого газа.

Корпус 1 охлаждается с помощью водяной рубашки 23 с патрубками 24 и 25 входа и выхода охлаждающей жидкости.

Другой вариант конструкции вращающихся поршней 26 согласно изобретению (фиг. 4) предусматривает выполнение их в поперечном сечении в виде усеченных центральных углов, ограниченных внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью цилиндрической втулки 2.

Принцип действия компрессора согласно изобретению состоит в том, что при вращении вала 12 вращаются диски 13 и 14, которые через сухари 17, перемещающиеся в пазах 16 дисков 13 и 14 и оси 19 поршней 4 и 26, приводят поршни во вращательное движение вокруг оси O. Размещение вала 12 с вращающимися дисками 13 и 14 вдоль оси фланцев 5 и 6 и крышек 7 и 8 эксцентрично оси O корпуса 1 при постоянной угловой скорости вращения вала 12 обеспечивает переменную линейную скорость поршней 4 (26). При этом изменяется и расстояние между поршнями 4 (26), что приводит к образованию камер 20 разной величины, объем которых уменьшается от патрубка 21 ввода сжимаемого газа к патрубку 22 вывода сжатого газа. Газ, войдя в камеру 20 через патрубок 21, сжимается за счет уменьшения объема камеры 20 при вращении вала 12 и через патрубок 22 выдается потребителю.

Отвод тепла от корпуса 1 компрессора осуществляется путем пропускания охлаждающей жидкости через патрубок 24, пространство между корпусом 1 и водяной рубашкой 23 и выводом ее через патрубок 25.

Благодаря плотному прилеганию поршней 4 (26) к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 1 и к наружной поверхности цилиндрической втулки 2, а также дисков 13 и 14 с сухарями 17 к торцам цилиндрического корпуса 1, цилиндрической втулки 2 и поршней 4, перетоки сжимаемого газа практически будут сведены к минимуму.

Такая конструкция компрессора проста в изготовлении, компактна, уравновешена, обеспечивает равномерную подачу газа и высокий КПД, а также создает возможность получения сжатых газов без содержания смазочных материалов (масла).

Изобретение предназначено для сжатия газа и может быть использовано в промышленности, на транспорте, в быту. Компрессор содержит коаксиально установленные цилиндрический корпус с патрубками ввода сжимаемого газа и вывода сжатого газа и цилиндрическую втулку с образованием между ними кольцеобразного пространства. Внутри цилиндрической втулки эксцентрично размещен вал, на котором с противоположных его концов закреплены два диска, плотно прилегающих к торцам корпуса и втулки и закрывающих с торцов кольцеобразное пространство. Диски связаны с вращающимися поршнями, которые размещены в кольцеобразном пространстве с возможностью вращения вокруг оси корпуса. Поршни размещены на расстоянии друг от друга с образованием между ними камер, объем которых уменьшается по направлению от патрубка ввода сжимаемого газа к патрубку вывода сжатого газа. Такая конструкция компрессора проста в изготовлении, компактна, уравновешенна, обеспечивает равномерную подачу газа и высокий КПД. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Компрессор, содержащий охлаждаемый цилиндрический корпус с патрубками ввода сжимаемого газа и вывода сжатого газа, вал, установленный в корпусе эксцентрично относительно его продольной оси, и связанные с валом вращающиеся элементы, размещенные в корпусе на расстоянии друг от друга с образованием между ними камер, объем которых уменьшается по направлению от патрубка ввода сжимаемого газа к патрубку вывода сжатого газа, отличающийся тем, что дополнительно содержит цилиндрическую втулку, соосно установленную в корпусе с образованием между внутренней стенкой корпуса и наружной стенкой цилиндрической втулки кольцеобразного пространства, при этом вращающиеся элементы выполнены в виде поршней и размещены в указанном кольцеобразном пространстве с возможностью вращения вокруг оси корпуса, а вал размещен внутри цилиндрической втулки и на нем закреплены с противоположных его концов два диска, плотно прилегающих к торцам корпуса и втулки, закрывающих с торцов кольцеобразное пространство и связанных с поршнями. 2. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит сухари, установленные с возможностью свободного перемещения вдоль пазов, радиально выполненных на внутренней поверхности каждого диска в количестве, соответствующем количеству вращающихся поршней, при этом сухари имеют отверстия для соединения их с вращающимися поршнями, а плоскость внутренней поверхности сухарей совпадает с плоскостью внутренней поверхности дисков. 3. Компрессор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что каждый вращающийся поршень выполнен в виде ролика, имеющего по торцам выступающие оси, которые вставлены в отверстия сухарей противоположных дисков, при этом диаметр ролика по существу равен ширине кольцеобразного пространства, а его длина равна длине цилиндрической втулки. 4. Компрессор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что каждый вращающийся поршень в поперечном сечении имеет вид усеченного центрального угла, ограниченного внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью цилиндрической втулки. 5. Компрессор по одному из пп.1 - 4, отличающийся тем, что дополнительно снабжен двумя торцевыми фланцами, закрепленными на корпусе эксцентрично относительно его оси. 6. Компрессор по п.5, отличающийся тем, что дополнительно снабжен соединенными с фланцами торцевыми крышками с подшипниковыми узлами и уплотнением, в которых размещен вал.