КОМПРЕССОР Российский патент 2001 года по МПК F04C18/344 

Изобретение относится к компрессоростроению (тепловым двигателям) и может быть использовано для объемного сжатия преимущественно воздуха или какой-либо воздушной смеси.

Известен ротационный пластинчатый компрессор, содержащий статор с входным и выходным отверстиями и эксцентрично установленный в нем ротор, в радиальных пазах которого расположены пластины с подпятниками, закрепленными со стороны статора с возможностью поворота вокруг оси крепления (авторское свидетельство СССР N 1321919, кл F 04 С 18/344, опубл. 1987 г., бюл. N 25).

Недостатком известного устройства является то, что в компрессоре понижена несущая способность между подпятником и статором, что приводит к снижению производительности, кроме того, конструкция сложна в изготовлении.

Известен ротационный пластинчатый компрессор, содержащий статор и эксцентрично установленный в нем ротор, в радиальных пазах которого расположены пластины с подпятниками, закрепленными со стороны статора с возможностью поворота вокруг оси крепления (авторское свидетельство СССР N 1421904, кл. F 04 С 18/344, опубл. 1988 г., бюл. N 33).

Недостатком известного устройства является то, что усложнена конструкция компрессора подпятниками, которые имеют невысокую несущую способность между подпятником и статором, что приводит к снижению производительности и большим энергозатратам на трение этих подпятников о корпус.

Известна роторная машина, содержащая корпус, соосно установленное в нем с зазором и возможностью вращения статорное кольцо, эксцентрично размещенный в статорном кольце ротор с радиальными пазами, в которых расположены подпружиненные пластины, на внутренней поверхности корпуса выполнены продольные пазы, а статорное кольцо выполнено перфорированным с равномерным расположением отверстий (авторское свидетельство СССР N 1741487, кл F 01 С 1/00, опубл. 25.12.1989 г.).

Недостатком этого устройства является то, что конструкция усложнена тем, что на внутренней поверхности корпуса выполнены продольные пазы, а статорное кольцо усложнено тем, что оно выполнено перфорированным с равномерным расположением отверстий, что снижает несущую способность как корпуса, так и статорного кольца, что приводит к снижению производительности. Далее, перфорированное статорное кольцо является решетом для свободного перетекания воздуха из области высокого давления в область низкого давления и к этому еще добавляются технологические зазоры между ротором, статорным кольцом и корпусом, что резко снижает удельную мощность роторной машины.

Таким образом, в самой конструкции роторной машины изначально заложено снижение производительности и удельной мощности, более того, заданное соотношение величины поперечного сечения зазора 6Δ/D<3•10^-3, т.е. меньше 0,003 мм, а при нагреве перфорированного кольца зазор 6 увеличивается и измеряется в тепловых машинах десятыми долями миллиметра, иначе статорное кольцо в начале работы просто заклинит от нагрева его, поэтому конструкция ко всему еще и не работоспособна.

Далее при подготовке к работе рабочих поверхностей статорного кольца рабочие поверхности должны быть зеркально чистыми, даже риски не допускаются, иначе будет большая утечка воздуха.

Предложенная перфорированная поверхность статорного кольца противоречит техническим условиям подготовки рабочих поверхностей к работе в тепловых объемных машинах. Поэтому перечисленные недостатки недопустимы и препятствуют использованию лопастных - пластинчатых компрессоров и двигателей в промышленности.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является устройство - роторный двигатель, содержащий корпус с каналами подвода и отвода и торцовыми крышками, эксцентрично установленный в нем с образованием рабочих камер ротор с радиальными пазами, в которых размещены подпружиненные разделительные лопасти, имеющие торцовые уплотнительные пластины, при этом двигатель снабжен подпружиненными дисками, установленными по торцам ротора, со стопорными винтами и уплотнительными элементами, при этом в корпусе выполнен продольный канал, на наружной поверхности диска и внутренней поверхности крышки выполнены сопряженные между собой выступы с образованием кольцевой наружной полости, сообщенной с рабочими камерами посредством канала, и внутренней масляной полости, в крышках и выступах дисков выполнены соосные отверстия, в которых установлены стопорные винты, а уплотнительные элементы размещены на боковых поверхностях дисков и выступов. На поверхностях лопастей со стороны корпуса выполнены продольные проточки, в которых размещены уплотнительные элементы (авторское свидетельство СССР N 1733642, кл F 01 С 1/344, опубл. 1992 г., бюл. N 18).

Недостатком известного устройства является то, что в устройстве не обеспечена герметичность мест сопряжения поверхности ротора с корпусом, обусловленных технологическим зазором, не обеспечена герметичность подвижных дисков по наружному диаметру до уплотнительного элемента, что также приводит к перетеканию сжатого воздуха из области высокого давления в область низкого давления, что в конечном счете приводит к падению давления в компрессоре, большим энергетическим потерям на трение, при этом резко уменьшается удельная мощность и срок службы компрессора. Поэтому перечисленные недостатки препятствуют использованию лопастных-пластинчатых компрессоров в промышленности.

Изобретение решает задачу использования лопастных-пластинчатых компрессоров в промышленности, путем повышения удельной мощности, производительности и уменьшения энергозатрат.

Технический эффект заключается в повышении производительности, удельной мощности, уменьшении энергозатрат за счет исключения технологического зазора и уменьшении силы трения в компрессоре.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в компрессоре, содержащем корпус с каналами подвода и отвода рабочей среды, торцовые крышки, подпружиненный диск с выступами, установленный с образованием рабочих камер, ротор с радиальными пазами, в которых размещены подпружиненные разделительные лопасти, согласно изобретению в корпусе с зазором установлена подвижная втулка, при этом на корпусе на шарнирах с рычагами и пружиной закреплены опорные катки с подшипниками с упором на подвижную втулку и ротор через окна, выполненные в корпусе.

На передней крышке шарнирно установлено упорное кольцо с зубчатой внутренней поверхностью и выступами, сопряженными через пружины с выступами подвижного подпружиненного по резьбе или нарезке диска, при этом зубчатая внутренняя поверхность упорного кольца сопряжена с шестерней-регулятором, зафиксированной стопорной шайбой.

Подвижная втулка, помещенная с зазором в корпусе постоянно, автоматически сопрягается без технологического зазора с ротором по линии образующей ротора за счет того что, на корпусе через окна на шарнирах с рычагами и пружиной закреплены с подшипниками опорные катки с упором на подвижную втулку и ротор.

Передняя крышка в сборе с подвижной и подпружиненной по резьбе или нарезке плоскостью диска постоянно автоматически сопрягается без технологического зазора с упором на торцевую часть ротора, с плавающими лопастями, и подвижной втулки с одной стороны, и с этим же упором на заднюю крышку с другой стороны компрессора за счет того, что на передней крышке в сборе шарнирно установлено упорное кольцо с зубчатой внутренней поверхностью и выступами, сопряженными через пружины с выступами подвижного и подпружиненного по резьбе или нарезке диска, с упором на торцы ротора с его плавающими лопастями и подвижной втулки с одной стороны, с этим же упором на заднюю крышку с входным и выходным окном с другой стороны компрессора, при этом зубчатая внутренняя поверхность упорного кольца сопряжена с шестерней-регулятором, зафиксированной стопорной шайбой, причем усилие пружин на выступы диска регулируется вращением упорного кольца с выступами, сопряженными с этими пружинами, с помощью шестерни-регулятора и фиксируется стопорной шайбой.

Новым, по сравнению с известными решениями, является то, что рабочая поверхность корпуса образована внутренней поверхностью подвижной втулки, которая не касается корпуса и которая сопрягается постоянно автоматически без технологического зазора с ротором по линии образующей ротора, эксцентрично установленного относительно подвижной втулки корпуса за счет того, что на корпусе на шарнирах с рычагами и пружиной закреплены опорные катки с подшипниками с упором на подвижную втулку и ротор через окна, выполненные в корпусе.

На передней крышке в сборе шарнирно установлено упорное кольцо с зубчатой внутренней поверхностью и выступами, сопряженными через пружины с выступами подвижного и подпружиненного по резьбе или нарезке диска с упором на торцевые рабочие поверхности ротора с плавающими лопастями и подвижной втулки с одной стороны корпуса и на заднюю крышку с входным и выходным окном с другой стороны корпуса, при этом шестерня-регулятор сопряжена с зубчатой внутренней поверхностью упорного кольца и зафиксирована стопорной шайбой.

На фиг. 1 изображен общий вид компрессора сбоку в разрезе; на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение по Б-Б на фиг 1.

Компрессор содержит корпус 1, в котором соосно установлена с зазором (не показано) подвижная втулка 2, ротор 3, эксцентрично установленный относительно подвижной втулки 2 и имеющий плавающие лопасти 4 с пружинами 5, установленными в пазах ротора 3.

На корпусе 1 через окна 6 на шарнирах 7 с рычагами 8 и с пружиной 9 закреплены подшипниками 10 опорные катки 11 с упором на подвижную втулку 2 и ротор 3. Корпус 1 содержит переднюю крышку 12 и заднюю крышку 13 с входным окном 14 и выходным окном 15. Передняя и задняя крышки 12 и 13 снабжены уплотнительными элементами 16, сопряженными с валом ротора 3. Передняя крышка 12 снабжена подвижным по резьбе или нарезке 17 диском 18, имеющим выступы 19 и пружины 20, упирающиеся в выступы 21 упорного кольца 22, шарнирно установленного на передней крышке 12, с зубчатой внутренней поверхностью 23 упорного кольца 22, которая сопряжена с шестерней-регулятором 24 со стопорной шайбой 25. В корпусе 1 имеется зона всасывания 26 и зона сжатия 27.

Компрессор работает следующим образом. При включенном электродвигателе ротор 3 вращается вместе с плавающими лопастями 4 и подвижной втулкой 2 на опорных катках 11. При этом в зону всасывания 26 засасывается воздух через входное окно 14, а в зоне сжатия 27 воздух сжимается и выталкивается через выходное окно 15. По мере вращения ротора 3 с плавающими лопастями 4 и подвижной втулкой 2 на опорных катках 11 воздух зоны всасывания 26 перемещается плавающими лопастями 4 в зону сжатия 27, сжимается и выталкивается через выходное окно 15 и т.д., процесс повторяется.

При работе компрессора ротор 3 нагревается и увеличивается в размерах, действует по радиусу на подвижную втулку 2, которая действует на опорные катки 11 с подшипниками 10 и рычаги 8 начинают расходиться благодаря шарнирам 7, пружина 9 при этом растягивается. При охлаждении ротор 3 уменьшается в размерах, пружина 9 при этом сжимается, все становится на свои места, поэтому контакт ротора 3 с подвижной втулкой 2 сохраняется постоянно, автоматически, независимо от нагрева или охлаждения ротора 3.

Перед работой под действием пружин 20 на выступы 19 диск 18 своей переферийной рабочей поверхностью ложится на плоскость корпуса 1, а подвижная втулка 2, ротор 3 и плавающие лопасти 4 имеют микронный смазочный зазор с рабочей плоскостью как диска 18, так и рабочей плоскостью задней крышки 13, что обеспечивает легкое вращение компрессора в начале работы.

По мере нагрева подвижная втулка 2, ротор 3 с плавающими лопастями 4 увеличиваются в размерах по осевой линии, соприкасаются с рабочей плоскостью диска 18 и разворачивают его по резьбе или нарезке силой трения об этот диск 18, до свободного вращения подвижной втулки 2, ротора 3 с плавающими лопастями 4, после охлаждения их диск 18 под действием пружин 20 закручивается по резьбе или нарезке до упора, до плоскости корпуса 1 и т.д., процесс повторяется автоматически в зависимости от нагрева или охлаждения ротора 3 с плавающими лопастями 4 и подвижной втулки 2.

Предлагаемая конструкция компрессора проста в изготовлении, а цельная подвижная втулка корпуса имеет большую несущую способность, чем подпятники или перфорированное статорное кольцо, что позволяет увеличивать частоту вращения компрессора и, следовательно, его производительность. При этом подвижная втулка не касается корпуса компрессора и по наружной образующей установлена на опорные катки с подшипниками с упором на подвижную втулку и ротор, что обеспечивает легкость вращения подвижной втулки в корпусе, тем самым снижаются энергозатраты. Одновременно опорные катки с подшипниками с помощью шарниров, рычагов и пружины автоматически устраняют гарантированный технологический зазор между подвижной втулкой корпуса и ротором, что повышает герметичность рабочих объемов компрессора.

Рабочая поверхность по торцам компрессора со стороны передней крышки в сборе образована подпружиненной подвижной по резьбе или нарезке плоскостью диска, сопряженной автоматически без технологического зазора с упором на ротор с его плавающими лопастями и на подвижную втулку корпуса с одной стороны и на плоскость задней крышки с другой стороны, все это также обеспечивает повышенную герметичность рабочих объемов компрессора, что увеличивает удельную мощность и срок службы компрессора.

Предложенная конструкция объемного компрессора способна работать как насос и как двигатель.

Компрессор может быть использован для объемного сжатия преимущественно воздуха или какой-либо воздушной смеси. В корпусе с зазором установлена подвижная втулка. На корпусе, на шарнирах с рычагами и с пружиной закреплены опорные катки с подшипниками с упором на подвижную втулку и ротор через окна, выполненные в корпусе. На передней крышке шарнирно установлено упорное кольцо с зубчатой внутренней поверхностью и выступами, сопряженными через пружины с выступами подвижного подпружиненного по резьбе или нарезке диска. Зубчатая внутренняя поверхность упорного кольца сопряжена с шестерней-регулятором, зафиксированной стопорной шайбой. Повышается производительность, удельная мощность, уменьшаются энергозатраты за счет исключения технологического зазора и уменьшения силы трения в компрессоре. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Компрессор, содержащий корпус с каналами подвода и отвода рабочей среды, торцевые крышки, подпружиненный диск с выступами, установленный с образованием рабочих камер, ротор с радиальными пазами, в которых размещены подпружиненные разделительные лопасти, отличающийся тем, что в корпусе с зазором установлена подвижная втулка, при этом на корпусе, на шарнирах с рычагами и пружиной закреплены опорные катки с подшипниками с упором на подвижную втулку и ротор через окна, выполненные в корпусе. 2. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что на передней крышке шарнирно установлено упорное кольцо с зубчатой внутренней поверхностью и выступами, сопряженными через пружины с выступами подвижного подпружиненного по резьбе или нарезке диска, при этом зубчатая внутренняя поверхность упорного кольца сопряжена с шестерней-регулятором, зафиксированной стопорной шайбой.