МЕМБРАННЫЙ КОМПРЕССОР Российский патент 2002 года по МПК F04B45/04 

Изобретение относится к мембранным компрессорам (насосам), предназначенным для получения сжатых газов (или вакуума), свободных oт примесей паров масел.

Известен мембранный насос по патенту РФ 2070666 (кл. F 04 В 43/02, 1997 г.), содержащий корпус, приводной вал, толкатель с закрепленной на ней мембраной и механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное.

Механизм преобразования в данном насосе выполнен в виде наклонной поверхности, контактирующей с поверхностью опорного элемента толкателя, причем обратный ход толкателя осуществляется пружиной, что увеличивает нагрузку при прямом ходе толкателя.

Кроме того, в указанном насосе отсутствует регулятор мертвого объема камеры, что не позволяет уменьшить его величину и, следовательно, повысить кпд насоса.

Известен также насос с эластичным рабочим органом по пат.РФ 2037650 (кл. F 04 В 43/00, 1995 г.), содержащий электропривод, связанный при помощи приводного валика с эксцентриком, и механизм преобразования вращательного движения в поступательное с толкателем эластичного рабочего органа и гидравлическую магистраль с клапанами входа и выхода. При этом приводной валик выполнен в виде шайбы с пазом, в котором при помощи регулировочного винта закреплен эксцентрик с подшипником, а в толкателе выполнен горизонтальный паз, ширина которого равна внешнему диаметру подшипника.

В настоящем устройстве, также как и в устройстве по патенту РФ 2070666, механизм преобразования позволяет преобразовать вращательное движение в плоскопараллельное возвратно-поступательное.

Однако в данном устройстве для обеспечения его работоспособности горизонтальный паз толкателя должен быть выполнен чуть больше внешнего диаметра подшипника (во избежание заклинивания последнего). Это приводит к тому, что данный насос работоспособен лишь при низких оборотах, т.к. неизбежны ударные нагрузки на подшипник при смене хода в толкателе. При высоких оборотах это резко снизит ресурс работы подшипника и увеличит шум при работе насоса.

Кроме того, в насосе также не предусмотрено устройство peгулировки мертвого объема, что не позволяет увеличить кпд насоса.

Данное изобретение peшает задачу повышения кпд мембранного компрессора с одновременным повышением выходного давления вакуума, уменьшения шума и износа.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в мембранном компрессоре (вакуум-насосе), содержащем корпус с установленным в нем приводным валом с эксцентриком и подшипниками качения, толкатель с закрепленными на нем двумя эластичными мембранами, две рабочих камеры с резьбовыми боковыми поверхностями, клапанами и крышками, согласно настоящему изобретению толкатель выполнен в виде сборной жесткой прямоугольной рамки, ширина которой равна (или меньше на 0,005-0,01 мм) наружному диаметру подшипников с прорезями, большими на 1-2 мм ширины подшипников, причем расположены на противоположных сторонах рамки толкателя таким образом, что наружные кольца двух крайних подшипников эксцентрика контактируют с одной стороной рамки толкателя, а наружные кольца одного или двух средних подшипников контактируют с другой стороной рамки толкателя. Согласно изобретению рабочие камеры снабжены регуляторами мертвого объема, выполненными в виде резьбовых колец, установленных на боковых резьбовых поверхностях рабочих камер между камерами и корпусом, при этом клапаны рабочих камер выполнены в виде резиновых пластин с двумя лепестками па каждой, ход которых на линии всасывания ограничен цилиндрическими проточками глубиной 0,5-1,0 мм на наружных плоскостях рабочих камер, а на линии всасывания - аналогичными проточками на внутренних плоскостях крышек.

Таким образом, технический результат настоящего изобретения заключается в том, что благодаря предложенным конструктивным усовершенствованиям мембранный компрессор обеспечивает повышение выходного давления (вакуума) с одновременным уменьшением шума и износа и увеличением кпд.

Изложенная сущность изобретения поясняется конкретным примером выполнения мембранного компрессора и чертежом (фиг. 1), на котором представлено конструктивное исполнение мембранного компрессора.

Мембранный компрессор (вакуум-насос) содержит корпус 1, приводной вал 2 с эксцентриком 3 и подшипниками качения 4, толкатель 5 с закрепленными на нем двумя мембранами 6, две рабочих камеры 7 с клапанами 8, 9 и крышками 10.

При этом толкатель 5 выполнен и виде сборной жесткой прямоугольной рамки 11, ширина которой равна (или на 0,005-0,01 мм меньше) наружному диаметру подшипников 4 с прорезями 12, большими на 1-2 мм ширины подшипников, причем прорези 12 расположены на противоположных сторонах рамки 11 таким образом, что наружные кольца двух крайних подшипников 4 эксцентрика 3 контактируют с одной стороны толкателя 5, а наружные кольца одного или двух подшипников 4 контактируют с другой стороны толкателя 5.

Рабочие камеры 7 снабжены регуляторами мертвого объема, выполненными в виде резьбовых колец 13, расположенных на резьбовых периметрах рабочих камер 7 между ними и корпусом 1, причем клапаны 8, 9 рабочих камер 7 выполнены в виде резиновых пластин с двумя лепестками, ход которых на линии всасывания ограничен цилиндрическим углублением глубиной 0,5-1,0 мм на наружных поверхностях рабочей камеры 7, а на линии нагнетания - такими же углублениями на внутренних сторонах крышек 10.

Мембранный компрессор (вакуум-насос) работает следующим образом.

При вращении приводного вала 2, установленного в корпусе 1, эксцентрик 3 совершает вращательное движение с жестко установленным эксцентриситетом. Внутренние кольца подшипников 4 также совершают вращательное движение вместе с эксцентриком 3, а наружные кольца подшипников 4, за cчет того, что они зажаты только одной своей стороной, совершают возвратно-поступательное движение в плоскости, перпендикулярной плоскости рабочих камер 7. При этом крайние и средние подшипники совершают возвратное качение в разные стороны по контактирующим с ними сторонам толкателя 5. В результате этого толкатель 5 с закрепленными на нем мембранами 6 совершает плоскопараллельное возвратно-поступательное движение без угловых перемещений, что позволяет сближать практически без зазоров наружные поверхности толкателя 5 и внутренние поверхности рабочих камер 7 и тем самым уменьшить мертвый объем.

При прямом ходе толкателя 5 (1/2 оборота вала 2) во встречной рабочей камере идет процесс нагнетания, а в противоположной камере идет процесс всасывания, а при обратном ходе толкателя 5 процессы в камерах 7 меняются на противоположные.

В цикле всасывания воздух, за счет образующегося в рабочей камере разрежения, отгибает лепесток клапана 9 всасывания и поступает внутрь рабочей камеры 7. Лепесток клапана 8 при этом закрывает выпускные отверстия камеры 7.

В цикле нагнетания воздух в рабочей камере начинает сжиматься. При этом клапан 9 закрывается, а клапан 8 открывается.

За счет выполнения клапанов 8, 9 в виде резиновых пластин с двумя лепестками, ход которых на линии всасывания ограничен цилиндрическими углублениями глубиной 0,5-1,0 мм на наружных поверхностях рабочих камер 7, а на линии нагнетания - такими же углублениями на внутренних сторонах крышек, уменьшается подклапанное пространство, что также уменьшает мертвый объем.

Также для уменьшения мертвого объема, который может появиться в результате появления суммы отрицательных допусков при изготовлении, и предотвращения заклинивания в результате появления суммы положительных допусков при изготовлении, служат регуляторы мертвого объема, выполненные в виде резьбовых колец 13, расположенных на резьбовых периметрах рабочих камер 7.

Таким образом, вращением колец 13 обеспечивается изменение зазора между внешними поверхностями толкателей 5 и внутренними поверхностями камер 7.

Проведенные испытания показали, что заявленный мембранный компрессор (вакуум-насос), по сравнению с устройствами аналогичного назначения (патент РФ 2070666, патент РФ 2037650) обладает улучшенными эксплуатационными характеристиками и отличается:
- увеличенным выходным давлением (вакуумом);
- увеличенным кпд;
- уменьшенным износом;
- уменьшенным шумом.

Мембранный компрессор предназначен для получения сжатых газов или вакуума, свободных от примесей паров и масел. Содержит корпус, приводной вал с эксцентриком и подшипниками качения. На толкателе закреплены две мембраны с образованием двурабочих камер с клапанами. Толкатель выполнен в виде сборной жесткой прямоугольной рамки с прорезями, расположенными на противоположных сторонах рамки. Рабочие камеры снабжены регуляторами мертвого объема, выполненными в виде резьбовых колец, расположенных на резьбовых периметрах рабочих камер между ними и корпусом. Клапаны рабочих камер выполнены в виде резиновых пластин с двумя лепестками. Повышается кпд с одновременным повышением выходного давления, уменьшается шум и износ. 1 ил.

Мембранный компрессор, содержащий корпус с установленным в нем приводным валом с эксцентриком и подшипниками качения, толкатель с закрепленными на нем двумя эластичными мембранами, две рабочих камеры с резьбовыми боковыми поверхностями, клапанами и крышками, отличающийся тем, что толкатель выполнен в виде сборной жесткой прямоугольной рамки, ширина которой равна или меньше на 0,005-0,01 мм наружного диаметра подшипников, с прорезями, большими на 1-2 мм ширины подшипников, причем прорези расположены на противоположных сторонах рамки толкателя таким образом, что наружные кольца двух крайних подшипников эксцентрика контактируют с одной стороной рамки толкателя, а наружные кольца одного или двух средних подшипников контактируют с другой стороной рамки толкателя, а рабочие камеры снабжены регуляторами мертвого объема, выполненными в виде резьбовых колец, установленных на боковых резьбовых поверхностях рабочих камер между камерами и корпусом, при этом клапаны рабочих камер выполнены в виде резиновых пластин с двумя лепестками на каждой, ход которых на линии всасывания ограничен цилиндрическими проточками глубиной 0,5-1,0 мм на наружных плоскостях рабочих камер, а на линии всасывания - аналогичными проточками на внутренних плоскостях крышек.