РОТОРНЫЙ КОМПРЕССОР КАШЕВАРОВА "РКК-21" Российский патент 1999 года по МПК F04C2/46 F04C18/46 F01C1/46 F02B53/00 

Роторный компрессор РКК-21 предназначается в комплект роторного двигателя Кашеварова РДК-21 и других РДК, а также взамен компрессоров, использующихся в устройствах, потребляющих сжатый газ, в том числе сжатый воздух.

Аналогом и прототипом РКК-21 является пластинчатый ротационный компрессор (БСЭ, второе изд., т. 22, стр. 307, рис. 9). Пластинчатый ротационный компрессор, принятый за прототип, имеет малую удельную производительность, малый КПД, малую степень сжатия (3-5 раз) в одной ступени и для своей работы требует большую и постоянную по величине скорость вращения ротора.

Роторный компрессор РКК-21 имеет больший КПД, большую удельную производительность и может работать в широком диапазоне скоростей вращения ротора, соответствующим скоростям вращения рабочего вала роторных ДВС.

РКК-21 заявлен с целью не только повысить производительность и КПД компрессоров, но также увеличить удельную мощность и КПД роторных ДВС, в комплект которых он предназначен.

Большая удельная производительность РКК-21, чем у прототипа, по объему сжимаемого воздуха до требуемой плотности обусловлена в десятки раз большим объемом камеры сжатия при равном объеме компрессоров. Больший КПД обусловлен меньшими потерями на трение при равной производительности сжатого воздуха до заданной степени сжатия.

Устройство и работа РКК-21 поясняется чертежами, где на фиг. 1 дано поперечное сечение РКК-21 (сечение по А-А на фиг. 2) в положении ротора при выпуске сжатого воздуха в баллон; на фиг. 2 - сечение по Б-Б на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение по В-В на фиг. 2; на фиг. 4 - сечение по Г-Г на фиг. 5 при положении ротора в начале этапа сжатия воздуха; фиг. 5 - сечение по Д-Д на фиг. 4; на фиг. 6 - сечение по Е-Е на фиг. 5.

Роторный компрессор РКК-21 имеет статор 1, ротор 2, рабочий вал 3, ось вращения которого является геометрической осью внутренней круговой цилиндрической поверхности статора 1, дверцу 4 с осью вращения 5, на конце которой закреплено коромысло в картерной камере 6, при этом дверца 4 скользит своей двойной пластинчатой пружиной 7 по цилиндрической поверхности ротора 2 в камере сжатия компрессора, а коромысло скользит своими концевыми плоскостями рычагов по цилиндрическим поверхностям шаблона 9 и его выступа 10 в картерной камере 6.

Статор 1 имеет входное окно 11 для воздуха в камеру его всасывания 12 и выходной патрубок сжатого воздуха с окном 13, перекрытый клапаном 14, открываемым компьютером при достижении заданного давления воздуха по показаниям электродатчика 15 давления воздуха, установленного в камере сжатия 8 и соединенного с компьютером электропроводом 16. Одновременно подпружиненный электродатчик 15 является контактным датчиком, при касании которого дверцей 4 компьютер закрывает клапан 14. Окно 13 соединяет камеру сжатого воздуха 8 с баллоном 17, из которого сжатый воздух по патрубку 18 поступает потребителю, например РДК-21.

Между баллоном 17 и статором 1 образована водяная камера 19, в которую поступает холодная вода под давлением, примерно равным давлению сжатого воздуха в баллоне 17, и охлаждает воздух, сжимаемый в камере сжатия 8 и в баллоне 17. Нагретая вода поступает из камеры 19 в теплообменник РДК-21 под воздействием водяного насоса, повышающего давление воды до 150-200 кг/см².

Ротор 2 имеет каток 20 с резиновой шиной 21, которая прокатывается по внутренней цилиндрической поверхности статора под давлением центробежной силы, возникающей при вращении ротора 2. При этом втулка 22 ротора 2 может перемещаться относительно оси вращения вала 3 на величину зазора 23 между ней и валом 3 в направлении гребня 24 вала 3, находящегося в пазу между направляющими 25 ротора 2. Величина зазора 23 позволяет полностью устранить воздействие центробежной силы вращающегося ротора 2 на вал 3. Момент силы вращения вала 3 передается ротору 2 через гребень 24 вала 3 и направляющие 25 ротора 2.

Каток 20 с шиной 21 вращается вокруг полуосей 26, установленных в кронштейнах торцевых стенок 27 ротора 2, с зазором 28 между шиной 21 и ротором 2, перекрытым пластинчатой пружиной 29.

Коромысло, установленное на оси 5 в камере 6, имеет большой 30 и малый 31 рычаги, предназначенные для скольжения по цилиндрическим поверхностям соответственно шаблона 9 и его выступа 10. Рычаги 30 и 31 установлены под углом α друг к другу, который может быть от 5^o до 50^o. В зависимости от принятой величины угла α и величины малого рычага 31 определяется форма, размеры и положение выступа 10. Рычаг 30 имеет профиль, равный профилю дверцы 4, и установлен жестко на оси 5 параллельно дверце 4. Он воспринимает на себя силу давления сжимаемого воздуха на дверцу 4, прижимающую рычаг 30 к цилиндрической поверхности шаблона 9. Этот момент движения ротора 2 по сжатию воздуха изображен на фиг. 4 и на фиг. 1. В момент подхода катка 20 к входному окну 11 давление воздуха на дверцу 4 будет недостаточным для ее прижима к ротору 2. В это время рычаг 31, скользя по выступу 10, и рычаг 30, скользя по шаблону 9 с люфтом в 1-0,5 мм, определяют траекторию движения двойной пружины 7 дверцы 4, исключающую потерю контакта двойной пружины 7 с цилиндрической поверхностью ротора 2 при малой силе давления на дверцу 4 сжимаемого воздуха после прохода катка 10 входного окна 11. Начальная фаза сжатия воздуха показана на фиг. 4 положения ротора 2, дверцы 4 и рычагов 30 и 31 (фиг. 6) относительно шаблона 9 и его выступа 10. Для совмещения центра масс шаблона с геометрической осью вращения вала 3 с боковой плоскостью шаблона 9, противоположной той, на которой установлен выступ 10, соединен кронштейн 32 противовеса 33. При вращении вала 3 противовес 33 проходит с зазором в 1-2 мм над осью 5 и с таким же зазором кронштейн 32 с противовесом проходят вдоль торцевой стенки картерной камеры 6 и боковой поверхности рычага 30. Шаблон 9 имеет широкий обод и тонкий диск, соединяющий обод с валом 3.

В герметичную картерную камеру 6 заливают машинное масло, показанное на фиг. 3 и 6, которое при вращении противовеса 33 и шаблона 9 распыляется по всему объему камеры 6, обеспечивая смазку трущихся поверхностей шаблона 9 и рычагов 30 и 31.

Наличие катка 20 с шиной 21, исключающей утечку сжимаемого воздуха между поверхностью цилиндра и шиной 21, а также устройство люфтового соединения вала 3 и ротора 2 с использованием центробежной силы вращения ротора 2, позволило существенно увеличить объем камеры сжатия за счет увеличения ее ширины между торцевыми стенками статора 1 и камеры 6. Использование противовеса 33 шаблону 9 позволило для двух роторов 2, установленных по противоположным сторонам камеры 6, иметь один шаблон 9 с рычагами 30 и 31 и дверцами 4 двух роторов с общей осью вращения 5. При этом рычаг 31 позволил срезать ту часть ротора 2, которая при его вращении не участвует в процессе сжатия воздуха, и пружина 7 дверцы 4 не соприкасается с поверхностью ротора 2. Такое устройство позволяет уменьшить массу ротора 2, уменьшить потери на трение пружины 7 о ротор 2 и увеличить срок работы пружины 7. Устройство двойной пружины 7 дверцы 4 с камерой 34 между пластинами пружины 7 позволило уменьшить утечку сжимаемого воздуха между торцевыми стенками 35 статора 1 и пружиной 7. С такой же целью в торцевых сторонах дверцы 4 имеется паз, с установленным в нем подпружиненным вкладышем, подобным по назначению поршневым кольцам, устанавливаемым в поршне ПДВС.

РКК-21 может работать как от вращения вала одного из роторов РДК-21, так и от электродвигателя, вращающего вал 3 РКК-21. Для работы РКК-21 имеет положительное значение расположение окончания камеры сжатия в нижней части статора 1, т. к. в этом случае сила тяжести ротора 2 увеличивает величину центробежной силы ротора 2 в нижней части камеры сжатия, в которой создается максимальное давление сжимаемого воздуха и, следовательно, необходима максимальная сила прижатия шины 21 катка 20 к цилиндрической поверхности статора 1 для предотвращения утечки сжатого воздуха. Этому содействует также возможность смещения ротора 2 вниз относительно вала 3 на величину зазора 23. При этом воздух из нижней части зазора между валом 3 и ротором 2 проходит в зазор 23 через отверстия-лыски между валом 3 и ротором 2. Кроме того, нижнее расположение конечной части камеры сжатия создаст более равномерный крутящий момент, приложенный к направляющим 25 ротора 2 гребня 24 вала 3.

По сравнению с прототипом - ротационным компрессором пластинчатого типа РКК-21 имеет более чем в 20 раз больший объем камеры сжатия при равной массе сравниваемых компрессоров. В соответствии с этим увеличена производительность работы РКК-21 по сравнению с прототипом. При этом в несколько раз уменьшены потери на трение деталей вращающегося ротора с цилиндрической поверхностью статора и о ротор. В соответствии с этим уменьшены энергетические затраты при работе РКК-21 по сжатию равного количества воздуха по сравнению с прототипом. Уменьшение трения деталей РКК-21 по сравнению с прототипом во время работы увеличило срок службы РКК-21 по сравнению с прототипом.

Таким образом, применение РКК-21 позволило в несколько раз уменьшить стоимость сжатого воздуха и увеличить производительность работы предлагаемого компрессора по сравнению с применяемыми компрессорами равной массы в настоящее время.

РКК-21 может найти эффективное применение не только в комплекте с роторными двигателями РДК, но также во всех производствах, использующих сжатый воздух или газ, и в том числе холодильных установках и в компрессорных станциях по транспортировке газов в газопроводах любой пропускной способности,

Компрессор предназначен для работы совместно с двигателем РДК-21 и других, но может использоваться и самостоятельно для сжатия газов, в том числе воздуха. Компрессор содержит статоры, коромысла, воздуховоды, шаблоны, дверцы и роторы, установленные на общем валу. Камеры всасывания и сжатия разделены дверцами. Втулка каждого ротора установлена с возможностью перемещения относительно вала в направлении гребня вала, а каждый ротор имеет каток с резиновой шиной, установленный с возможностью прокатывания по цилиндрической поверхности статора, причем каток установлен с зазором между поверхностью его шины и поверхностью ротора, перекрытым пластинчатой пружиной ротора. Каждая дверца имеет пластинчатую пружину, расположенную с возможностью скольжения по цилиндрической поверхности ротора, каждое коромысло установлено на оси вращения дверцы в картерной камере с возможностью скольжения концами своих рычагов по цилиндрическим поверхностям шаблона и его выступа. Каждый шаблон имеет противовес и установлен на валу вращения роторов, картерная камера герметична, частично заполнена маслом, смазывающим трущиеся поверхности рычагов и цилиндрические поверхности шаблонов и их выступов, и установлена между двумя статорами. Изобретение обеспечивает повышение производительности и КПД. 6 ил.

Роторный компрессор, содержащий статор, ротор, установленный в нем с образованием камер всасывания и сжатия, воздуховоды, вал вращения ротора, установленный в торцевых стенках статора, отличающийся тем, что снабжен дополнительными статором и ротором, шаблонами, дверцами, коромыслами с рычагами и баллоном для сжатого воздуха, при этом роторы установлены на общем валу, камеры всасывания и сжатия отделены друг от друга дверцей, установленной на оси ее вращения, параллельной образующей цилиндрической поверхности статора, и ротором, установленным на валу, ось вращения которого является геометрической осью цилиндрической поверхности статора, втулка каждого ротора установлена с возможностью перемещения относительно вала в направлении гребня вала, установленного в направляющих ротора, каждый ротор имеет каток с резиновой шиной, установленный с возможностью прокатывания по цилиндрической поверхности статора при вращении ротора, полуоси вращения катка установлены в кронштейнах торцевых стенок ротора, причем каток установлен с зазором между поверхностью его шины и поверхностью ротора, перекрытым пластинчатой пружиной ротора, каждая дверца имеет двойную пластинчатую пружину, расположенную с возможностью скольжения по цилиндрической поверхности ротора при его вращении, каждое коромысло установлено на оси вращения дверцы в картерной камере с возможностью скольжения концами своих рычагов по цилиндрическим поверхностям шаблона и его выступа при вращении шаблона, каждый шаблон имеет противовес, установленный на нем с помощью кронштейна, и установлен на валу вращения роторов, картерная камера герметична, частично заполнена маслом, смазывающим трущиеся поверхности рычагов и цилиндрические поверхности шаблонов и их выступов, и установлена между двумя статорами, баллон сообщен с камерами сжатия через патрубок, перекрытый клапаном, установленным с возможностью управления компьютером по электросигналам, поступающим от подпружиненных электродатчиков давления воздуха, установленных на каждом статоре в камере сжатия в зоне возможного контакта с закрываемой дверцей, между баллоном для сжатого воздуха и корпусом статора установлена камера с холодной проточной водой с возможностью охлаждения сжимаемого воздуха в камере сжатия и сжатого воздуха в баллоне.