БЕСКОНТАКТНЫЙ КОМПРЕССОР С ЖЕСТКИМ ЦЕНТРИРОВАНИЕМ ПОРШНЯ Российский патент 1999 года по МПК F04B31/00 F16J1/02 

Изобретение относится к компрессоростроению м может быть использовано при создании машин, к которым предъявляются высокие требования по чистоте сжимаемого газа.

Известен компрессор с жестким центрированием поршня, содержащий цилиндр с установленным в нем с зазором поршнем, выполненным в виде газостатического подвеса, причем устройства для питания подвеса имеют упругие элементы, регулирующие подачу сжатого газа в зазор подвеса [1].

К недостатку такой конструкции следует отнести ее высокую сложность и практически невозможность создать регуляторы расхода с одинаковыми характеристиками, что делает ее практически нереализуемой в серийном производстве.

Известен также компрессор с жестким центрированием поршня, содержащий цилиндр с установленным в нем с зазором поршнем, боковая поверхность которого выполнена в виде газостатического подвеса, питание которого осуществляется через дроссельные отверстия из полости поршня, соединенной с камерой сжатия цилиндра через обратный клапан, причем часть дроссельных отверстий перекрыта подпружиненным элементом [2].

К недостатку такой конструкции следует отнести невозможность обеспечения плотного и одновременного прилегания общего для дополнительнох дросселей подпружиненного элемента, что существенно снижает эффект регулирования расхода и повышения жесткости центрирования, а также неизбежно большую массу этого элемента, из-за чего он слишком долго остается в отжатом состоянии при положении поршня вблизи верхней мертвой точки (ВМТ), когда боковые усилия невелики, в результате чего тратится излишний расход газа на центрирование и ухудшается экономичность компрессора.

Задачей изобретения является повышение жесткости центрирования поршня и экономичности компрессора.

Поставленная задача может быть решена тем, что в известном компрессоре пружина запорного элемента, перекрывающего дополнительные дроссельные отверстия, выполнена в виде закрепленной в теле поршня упругой мембраны, причем мембрана может содержать лепестки, а запорный элемент может быть выполнен в виде сегментов, закрепленных на концах этой мембраны.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображено условное сечение компрессора, имеющего все отличительные признаки.

Компрессор состоит из цилиндра 1, в котором с зазором 2 установлен поршень 3, имеющий полость питания 4, соединенную с камерой сжатия цилиндра 1 через клапан 5 и с зазором 2 - через основные 6 и дополнительные 7 дроссельные отверстия. На перегородке 8, являющейся частью тела поршня 3 и имеющей отверстия 9, закреплена упругая мембрана 10, имеющая лепестки 11 по числу дополнительных дросселей 7. На концах лепестков 11 закреплены сегменты 12, перекрывающие в нормальном положении дроссели 7. Крышка 13 поршня 3 имеет ограничители хода лепестков 14. Самодействующие клапаны 15 и 16 служат для всасывания и нагнетания газа, шток 17 передает поршню 3 возвратно-поступательное движение от механизма привода (не показан).

Компрессор работает следующим образом. При возвратно-поступательном движении поршня 3 происходит попеременное увеличение и уменьшение камеры сжатия цилиндра 1, что приводит к осуществлению процессов всасывания газа через клапан 15, его сжатие и нагнетание потребителю через клапан 16. Кроме того, часть сжатого газа через клапан 5 попадает в полость 4, откуда газ истекает через дроссели 6 в зазор 2, создавая в нем несущий газовый слой. Кроме того, при ходе поршня 3 вверх (процесс сжатия), после прохождения середины хода, когда перепад на поршне достигает максимума и боковые силы, действующие на поршень, соответственно достигают максимума, поршень начинает тормозиться, и силы инерции отжимают сегменты 12, открывая дополнительные дроссели 7. При этом суммарный расход газа в зазор 2 через дроссели возрастает, в результате чего увеличивается несущая способность газового слоя, окружающего поршень 3, и он не касается стенок цилиндра. После прохождения ВМТ, при ходе поршня вниз, силы инерции сначала удерживают сегменты 12 в верхнем положении, а затем, после торможения поршня и изменения направления сил инерции, совместно с упругой силой мембраны 10 прижимают сегменты 12 к перегородке 8, перекрывая дополнительные дроссели 7. Таким образом, расход газа на центрирование поршня 3 регулируется в зависимости от положения поршня, которое, в свою очередь, определяет величину перепада давления на поршне 3 и, следовательно, величину боковых усилий, действующих на поршень. Аналогично работает компрессор и в том случае, когда мембрана 10 и элементы, перекрывающие дополнительные дроссели 7, являются сплошными. Конструктивно возможны и такие варианты, когда мембрана 10 является сплошной и содержит сегменты 12 по числу дросселей 7 и наоборот.

Выполнение пружины, организующей перекрытие дополнительных дросселей 7, в виде мембраны позволяет производить отсечку дросселей 7 практически одновременно, т.к. мембрана осуществляет не только упругое воздействие на запорный (или запорные) элемент (элементы), но имеет возможность придания этому элементу (элементам) строго ориентированной в пространстве траектории. В то же время неодновременное закрытие дросселей 7 приводит к колебаниям поршня, снижению жесткости центрирования, увеличению эксцентриситета положения поршня 3 в цилиндре 2, что ведет к увеличению утечек и снижению экономичности.

Выполнение прижимного устройства в виде мембраны с отдельными лепестками, имеющими на конце запорные сегменты 12, улучшает прилегание последних к торцевым поверхностям дросселей 7 и их герметизацию, что также делает расход через дроссели 7 во-первых более прогнозируемым, а во-вторых снижает суммарный расход на центрирование при перекрытых дросселях 7, что повышает экономичность компрессора.

Таким образом, предложенная конструкция компрессора обеспечивает повышение его экономичности и более высокую жесткость центрирования поршня.

Источники информации, принятые во внимание
1. А.с. 1093832, М. кл. F 04 B 31/00, 1984, БИ N 19, "Поршневой компрессор".

2. А.с. 667740, М. кл. F 16 J 1/02, 1979, БИ N 22, "Поршень".

Компрессор может быть использован при создании машин, к которым предъявляются высокие требования по чистоте сжимаемого газа. Поршень в цилиндре с установленным зазором. Боковая поверхность поршня выполнена в виде газостатического подвеса. Питание подвеса осуществляется через дроссельные отверстия из полости поршня, соединенной с камерой сжатия цилиндра через обратный клапан. Часть дроссельных отверстий перекрыта подпружиненным элементом. Пружина этого элемента выполнена в виде закрепленной в теле поршня упругой мембраны. Упругая мембрана может содержать лепестки, количество которых равно числу перекрываемых дроссельных отверстий, а подпружиненный элемент может быть выполнен в виде сегментов, закрепленных на концах лепестков упругой мембраны. Такое выполнение позволяет производить отсечку дроссельных отверстий практически одновременно, что делает расход через дроссели более прогнозируемым и снижает суммарный расход на центрирование при перекрытых дросселях. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Бесконтактный компрессор с жестким центрированием поршня, содержащий цилиндр с установленным в нем с зазором поршнем, боковая поверхность которого выполнена в виде газостатического подвеса, питание которого осуществляется через дроссельные отверстия из полости поршня, соединенной с камерой сжатия цилиндра через обратный клапан, причем часть дроссельных отверстий перекрыта запорным элементом, опирающимся в осевом направлении на тело поршня через пружины, отличающийся тем, что запорный элемент дополнительно соединен с телом поршня через упругую мембрану, ограничивающую его перемещение в радиальном направлении, причем центральная часть мембраны закреплена жестко на теле поршня, а периферийная - жестко с запорным элементом. 2. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что упругая мембрана содержит лепестки, количество которых равно числу перекрываемых дроссельных отверстий, а запорный элемент выполнен в виде сегментов, закрепленных на концах лепестков упругой мембраны.