СПИРАЛЬНАЯ МАШИНА С РАЗГРУЗОЧНЫМ УСТРОЙСТВОМ Российский патент 2001 года по МПК F04C18/04 

Изобретение относится к компрессоростроению и может использоваться в воздушных, газовых, холодильных и вакуумных спиральных машинах с разгрузочным устройством.

Известен спиральный компрессор с разгрузочной камерой, расположенной в верхней части геометрического кожуха; в разгрузочную камеру входит выполненная в виде поршня верхняя часть неподвижного спирального элемента, сжатый газ подается в разгрузочную камеру по каналу, выполненному в неподвижном спиральном элементе, из полости промежуточного давления, разгружает неподвижный спиральный элемент от осевого усилия давления газа в камере сжатия, стабилизируя торцевые зазоры между ребрами и основаниями спиральных элементов.

Камера штампуется заодно с разделительной перегородкой, отделяющей выпускную полость от остальной полости кожуха, являющейся полостью всасывания (US, 5482450A, кл. F 04 C 18/04, 1996.).

Недостатком известного разгрузочного устройства является его размещение в зоне, непосредственно примыкающей к нагнетанию с высокими температурными нагрузками, вызывающими тепловые расширения, что может привести к заклиниванию поршня. При этом необходима компенсация тепловых расширений и высокая точность сопряженных поверхностей.

Кроме того, поскольку неподвижная спираль должна быть выполнена с возможностью перемещения в осевом направлении, необходима фиксация ее от проворачивания.

Известен также спиральный компрессор с компенсацией осевого усилия (US, 4938669 A, кл. F 04 C 18/04, F 04 C 27/00, 1990) с устройством, поджимающим подвижный спиральный элемент к неподвижному, устройство расположено с опорной стороны подвижного спирального элемента, в корпусе выполнены одна или более полости, изолированные уплотнительными элементами, в полости подается давление для создания осевого усилия на подвижный спиральный элемент через каналы в неподвижном спиральном элементе и корпусе со стороны нагнетания; устройство выполняет функции упорного подшипника, представляя собой газостатический подшипник.

Недостатком известного разгрузочного устройства является чувствительность к перекосам, малая жесткость ввиду увеличенных зазоров, износ уплотняющих элементов при касании с опорной стороной подвижной спирали, особенно в период пуска и остановки, следовательно, увеличенные утечки газа, а также неустойчивая работа при колебаниях режима работы.

Наиболее близким аналогом является спиральный компрессор с податливой в осевом направлении нагнетательной камерой (US, 5588820 A, кл. F 04 C 18/04, F 04 C 27/00, 1996), неподвижный спиральный элемент закреплен в корпусе с опорной стороны подвижного спирального элемента, имеющего возможность перемещения в осевом направлении, выполнена кольцевая канавка, имеющая боковые и верхнюю стенки, в канавке размещен поршень в виде кольца с уплотнительными элементами по боковым цилиндрическим поверхностям кольцевого канала и отверстиями, соединяющими верхнюю и нижнюю полости кольцевой канавки и кольцевого поршня, при этом в подвижном спиральном элементе выполнены каналы, соединяющие кольцевую канавку с полостью промежуточного давления, возникающая при этом осевая сила прижимает подвижный спиральный элемент к неподвижному; устройство выполняет функции упорного подшипника, являясь газостатическим подшипником.

Недостатком известного разгрузочного устройства является возможность перекоса ввиду увеличенных зазоров, неустойчивая работа при колебаниях режима работы, повышенные динамические нагрузки, поскольку поршень расположен в подвижном спиральном элементе, совершающим движение с эксцентриситетом.

Задачей предложения является повышение надежности и долговечности спиральной машины за счет упрощения конструкции, замены газостатической осевой опоры на гидродинамическую, удаления разгрузочного поршня из зоны нагнетания с повышенными температурными нагрузками и тепловыми расширениями.

Техническое решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в спиральной машине, содержащей неподвижный спиральный элемент, закрепленный в герметичном корпусе, находящийся в зацеплении с подвижным спиральным элементом, совершающим движение с эксцентриситетом относительно неподвижного спирального элемента с образованием замкнутых полостей сжатия, полости всасывания и нагнетания, противоповоротное устройство, эксцентриковый вал на подшипниковых опорах, упорный подшипник, разгрузочное устройство, размещенное с опорной стороны подвижного спирального элемента, включающее поршень, образующий разгрузочную камеру с уплотнительными элементами, соединенную каналом с полостью промежуточного давления, при этом поршень, имеющий верхнюю кольцевую и боковые цилиндрические поверхности, расположен в цилиндрических направляющих поверхностях корпуса, снабженных кольцевыми канавками для размещения уплотнительных элементов разгрузочной камеры, кольцевая поверхность поршня выполнена в виде упорного подшипника скольжения с возможностью контакта с опорной стороной подвижного спирального элемента.

Внутренняя цилиндрическая поверхность поршня может быть выполнена в виде опорного подшипника скольжения эксцентрикового вала, поршень может быть снабжен упругим элементом, например волнистой пружиной, для предварительного осевого смещения подвижного спирального элемента.

Сущность предложения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 представлено поперечное сечение спиральной машины с разгрузочным устройством;
на фиг. 2 показан вариант исполнения разгрузочного устройства, внутренняя цилиндрическая поверхность поршня которого выполнена в виде опорного подшипника скольжения эксцентрикового вала;
на фиг. 3 показан вариант исполнения разгрузочного устройства, поршень которого снабжен упругим элементом для предварительного осевого смещения подвижного спирального элемента.

Неподвижный спиральный элемент 1, показанный на фиг. 1, размещенный в корпусе 2, находится в зацеплении с подвижным спиральным элементом 3, совершающим орбитальное движение с эксцентриситетом относительно неподвижного спирального элемента 1 благодаря противоповоротному устройству 4, при этом между их поверхностями при движении друг относительно друга образуется, как минимум, две замкнутые полости, объем которых уменьшается, происходит сжатие газа, поступившего на всасывание 5 спиральной машины и вытеснение его на нагнетание 6. Подвижный спиральный элемент не может вращаться вокруг своей оси, совершает только орбитальное движение по окружности радиусом, равным эксцентриситету эксцентрикового вала 11, расположенного в подшипниковых опорах 12.

Поршень 8 имеет верхнюю кольцевую и боковые цилиндрические поверхности, расположен в цилиндрических направляющих поверхностях корпуса 2, снабженных канавками для размещения уплотнительных элементов 7.

Внутренние цилиндрические и кольцевые поверхности поршня 8, корпуса 2, уплотнительные элементы 7 образуют разгрузочную камеру 9, соединенную каналом 10 в корпусе 2 и в неподвижной спирали 1 с замкнутой полостью промежуточного давления.

Верхняя кольцевая поверхность поршня 8 выполнена в виде упорного подшипника скольжения с возможностью контакта с опорной стороной подвижного спирального элемента 3, при этом поршень 8 воздействует в осевом направлении на подвижный спиральный элемент благодаря давлению газа в разгрузочной камере 9.

Внутренняя цилиндрическая поверхность поршня 8, показанного на фиг. 2, выполнена в виде опорного подшипника скольжения 13.

Поршень 8 устройства, показанного на фиг. 3, снабжен упругим элементом 14, например волнистой пружиной, для предварительного осевого смещения подвижного спирального элемента 3.

Спиральная машина с разгрузочным устройством работает следующим образом.

Газовая среда подводится на всасывание 5 спиральной машины, при орбитальном движении подвижного элемента 3 относительно неподвижного элемента 1 с эксцентриситетом благодаря наличию эксцентрикового вала 11 на подшипниковых опорах 12, противоповоротного устройства 4, предотвращающего вращение спиральных элементов друг относительно друга, образуются замкнутые полости, перемещение газа со стороны всасывания 5 к стороне нагнетания 6, сжатие происходит благодаря уменьшению объемов замкнутых полостей.

В определенный момент, определяемый необходимыми параметрами рабочего процесса, происходит соединение замкнутых полостей друг с другом и окном нагнетания и вытеснение сжимаемой среды в окно нагнетания.

При сжатии газа возникают осевая сила, отжимающая подвижный 3 и неподвижный 1 спиральные элементы, что вызывает увеличение торцовых зазоров между основаниями спиральных элементов и ребрами и опрокидывающий момент, вызывающий перекос спиральных элементов 1 и 3 друг относительно друга.

Для компенсации осевого усилия и опрокидывающего момента по каналу 10 в разгрузочную камеру 9, образованную цилиндрическими и кольцевыми поверхностями поршня 8 и корпуса 2 и уплотнительными элементами 7, подается газ из полости промежуточного давления.

Поршень 8 верхней поверхностью упорного подшипника скольжения воздействует на опорную сторону подвижного спирального элемента 3, поджимая последний к неподвижному спиральному элементу 1, уменьшая торцовые зазоры между ними.

Выполнение внутренней цилиндрической поверхности поршня 8 в виде опорного подшипника скольжения 13 позволяет упростить конструкцию, наличие упругого элемента 14 обеспечивает предварительное осевое смещение подвижного спирального элемента 3 в пусковой период.

Настоящее предложение позволяет разделить функции подшипника и разгрузочного устройства, удалить разгрузочную камеру от области нагнетания с повышенными температурными нагрузками и тепловыми деформациями.

При этом уменьшается перекос спиральных элементов друг относительно друга, уменьшаются рабочие зазоры между спиральными элементами, уменьшается износ в пусковой период, увеличивается диапазон устойчивой работы при резких изменениях режима работы, повышается надежность и долговечность работы спиральной машины.

Изобретение может быть использовано в воздушных, газовых, холодильных и вакуумных спиральных машинах с разгрузочным устройством. Спиральная машина содержит неподвижный спиральный элемент, находящийся в зацеплении с подвижным спиральным элементом, полости всасывания и нагнетания, противоповоротное устройство, эксцентриковый вал на подшипниковых опорах, упорный подшипник, разгрузочное устройство, размещенное с опорной стороны подвижного спирального элемента, включающее поршень, образующий разгрузочную камеру с уплотнительными элементами, соединенную каналом с полостью промежуточного давления. Поршень, имеющий верхнюю кольцевую и боковую цилиндрические поверхности, размещен в цилиндрических направляющих поверхностях корпуса, снабженных кольцевыми канавками для уплотнительных элементов. Кольцевая поверхность поршня выполнена в виде упорного подшипника скольжения с возможностью контакта с опорной стороной подвижного спирального элемента. Такая конструкция позволяет удалить разгрузочную камеру от области нагнетания с повышенными тепловыми нагрузками, повысить надежность и долговечность. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Спиральная машина, содержащая неподвижный спиральный элемент, закрепленный в герметичном корпусе, находящийся в зацеплении с подвижным спиральным элементом, совершающим движение с эксцентриситетом относительно неподвижного спирального элемента с образованием замкнутых полостей сжатия, полости всасывания и нагнетания, противоповоротное устройство, эксцентриковый вал на подшипниковых опорах, упорный подшипник, разгрузочное устройство, размещенное с опорной стороны подвижного спирального элемента, включающее поршень, образующий разгрузочную камеру с уплотнительными элементами, соединенную каналом с полостью промежуточного давления, отличающаяся тем, что поршень, имеющий верхнюю кольцевую и боковые цилиндрические поверхности, расположен в цилиндрических направляющих поверхностях корпуса, снабженных кольцевыми канавками для размещения уплотнительных элементов разгрузочной камеры, при этом кольцевая поверхность поршня выполнена в виде упорного подшипника скольжения с возможностью контакта с опорной стороной подвижного спирального элемента. 2. Спиральная машина по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя цилиндрическая поверхность поршня выполнена в виде опорного подшипника скольжения эксцентрикового вала. 3. Спиральная машина по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что поршень снабжен упругим элементом с возможностью предварительного осевого смещения подвижного спирального элемента.