КОМПРЕССИОННЫЙ БЛОК ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК F04C29/04 

Изобретение относится к компрессорной технике объемного вытеснения и может быть использовано в бессмазочных компрессионных блоках, где компрессионные элементы самостоятельно замыкают пространство рабочей камеры, работающих в режиме "работа" - "пауза".

Известен компрессионный блок воздушного охлаждения с компрессионными элементами, выполненными в виде пары эвольвентных спиралей - неподвижной и подвижной, образующих компрессионную камеру, подвижная эвольвентная спираль соединена с механизмом преобразования движения, при этом компрессионная камера и механизм преобразования движения размещены в едином корпусе, снабженном вентилятором (см. WO 96/02761 A1, 01.02.1999, F 04 C 29/04).

Недостатком указанного компрессионного блока является возможность перегрева компрессионного блока в процессе работы в результате поступления в компрессионную камеру постоянно нагреваемого от стенок корпуса и других деталей компрессионного блока воздуха ввиду выбора неоптимальной схемы организации вынужденного воздушного потока. С целью предотвращения выхода из строя компрессионного блока (по прототипу) его останавливают для охлаждения, т.е. работа компрессионного блока в целом осуществляется в повторно кратковременном режиме. Практически все компрессоры воздушного охлаждения работают в режиме повторяющегося включения и выключения. Конкретные значения периодов работы и останова указываются в технической документации, прилагаемой к каждому конкретному типу компрессора. В период останова компрессионного блока вынужденный конвективный теплообмен не осуществляется, а без него охлаждение компрессионного блока - это длительный процесс отвода тепла конвективным теплообменом от компрессионных элементов, который осуществляется за счет естественного конвективного теплообмена от внешней поверхности эвольвентных спиралей к внутренней поверхности и далее через стенку корпуса, теплопроводностью к внешней поверхности корпуса. От внешней поверхности корпуса отвод тепла осуществляется естественной конвекцией, длительность процесса которой зависит от условий окружающей среды.

Техническая задача изобретения - повышение интенсивности отвода тепла вынужденным конвективным теплообменом от компрессионных элементов и улучшение условий работы компрессионного блока.

Техническая задача в компрессионном блоке воздушного охлаждения, содержащем компрессионные элементы, выполненные в виде пары эвольвентных спиралей - неподвижной и подвижной, образующих компрессионную камеру, подвижная эвольвентная спираль соединена с механизмом преобразования движения, при этом компрессионная камера и механизм преобразования движения размещены в едином корпусе, снабженном вентилятором, достигается тем, что единый корпус выполнен в виде части корпуса механизма преобразования движения, в которой размещен механизм преобразования движения и части корпуса компрессионных элементов, в которой размещены компрессионная камера, вентилятор, штуцер-теплообменник, соединенный с выходом компрессионной камеры, переходящей в патрубок, соединенный с механическим обратным клапаном, который является выходом соединения с линией нагнетания компрессора и соединенный с электромагнитным клапаном, который является выходом сообщения с атмосферой.

На чертеже изображен компрессионный блок воздушного охлаждения в разрезе.

Компрессионный блок воздушного охлаждения содержит компрессионные элементы, выполненные в виде пары эвольвентных спиралей - неподвижной 1 и подвижной 2, образующих компрессионную камеру, соединенную с механизмом преобразования движения 3, помещенных в единый корпус. Механизм преобразования движения 3 состоит из шарикового противоповоротного устройства 4, являющегося также упорным подшипником, эксцентрикового вала 5, приводного вала 6. Единый корпус выполнен в виде части корпуса 7 механизма преобразования движения, в которой размещен механизм преобразования движения 3, и части корпуса 8 компрессионных элементов. К части корпуса 7 механизма преобразования движения жестко закреплена часть корпуса 8 компрессионных элементов, которая в области расположения эвольвентных спиралей - неподвижной 1 и подвижной 2 - имеет форму полого цилиндра со сквозными окнами, с внешней стороны которых установлен съемный кольцевой фильтрующий элемент 9. Далее часть корпуса 8 компрессионных элементов переходит в конфузор, в конечной части которого установлен вентилятор 10. Между неподвижной эвольвентной спиралью 1 и вентилятором 10 установлен штуцер-теплообменник 11, соединенный с выходом компрессионной камеры 12, переходящий в патрубок 13, соединенный с механическим обратным клапаном 14, который является выходом соединения с линией нагнетания компрессора и соединенный с электромагнитным клапаном 15, который является выходом сообщения с атмосферой.

Компрессионный блок работает следующим образом.

Включаем вентилятор 10, включаем привод вала 6. Вентилятор 10 создает разрежение в узкой конфузорной части корпуса 8 компрессионных элементов. Образовавшийся вынужденный воздушный поток, начало которого совпадает с зоной всасывания компрессионных элементов - эвольвентных спиралей 1, 2 - через фильтрующий элемент 9 и систему сквозных окон цилиндрической части корпуса 8 компрессионных элементов направлен непосредственно на внешнюю поверхность эвольвентных спиралей 1, 2 и далее через продолжение сквозных окон цилиндрической части корпуса 8 компрессионных элементов направлен в конфузорную часть корпуса 8 компрессионных элементов на штуцер-теплообменник 11, попутно обдувая тыльную сторону неподвижной эвольвентной спирали 1 и далее патрубок 13, тем самым осуществляется интенсивный теплоотвод от нагреваемых во время работы компрессионных элементов как в режиме "работа", так и в режиме "пауза". Интенсивность вынужденного теплообмена зависит от скорости потока, который обеспечивается характеристиками вентилятора 10.

Работа компрессионных элементов следующая. Вращательное движение приводного вала 6 с помощью эксцентрикового вала 5 и шарикового противоповоротного устройства 4 преобразовывается в планетарное движение подвижной эвольвентной спирали 2, установленной с зазором относительно неподвижной эвольвентной спирали 1. При этом атмосферный воздух, всасывающийся через фильтрующий элемент 9, постепенно сжимается, и транспортируется от периферии к центру компрессионной камеры 12, и через центральное отверстие в неподвижной эвольвентной спирали 1 поступает в штуцер-теплообменник 11, и далее через патрубок 13 в линию нагнетания компрессора.

При переходе компрессионного блока в режим "пауза", управляющий сигнал, поступающий с регулятора давления компрессора, открывает электромагнитный клапан 15 и соединяет выход компрессионной камеры компрессионного блока с атмосферой. Давление в патрубке 13 падает, в результате чего закрывается механический обратный клапан 14, и компрессионная камера компрессионного блока работает как вентилятор, образуя вынужденный воздушный поток, начало которого совпадает с зоной всасывания компрессионных элементов, через фильтрующий элемент 9 и систему сквозных окон цилиндрической части корпуса 8 компрессионных элементов, тем самым осуществляется интенсивный теплоотвод от внутренних поверхностей компрессионных элементов.

Интенсивность вынужденного теплообмена зависит от скорости потока, который обеспечивается производительностью компрессионного блока.

Рассмотрим пример охлаждения компрессионных элементов компрессионного блока, выполненных в виде пары эвольвентных спиралей компрессионных блоков производительностью 60 л/мин и 120 л/мин при давлении нагнетания 0,5 МПа с помощью предлагаемого технического решения. Конструкции компрессионных блоков одинаковы. Различие заключается в скорости вращения приводного вала 6, n = 1500 об/мин для производительности 60 л/мин и n = 3000 об/мин для производительности 120 л/мин. Воздух, имея начальную температуру 20^oС, нагревается до 160^oС при сжатии его от 0,1 до 0,5 МПа.

Количество теплоты, которое необходимо отвести для нормальной работы компрессионных блоков, составляет для производительности 60 л/мин порядка 650 Вт, а для производительности 120 л/мин, - порядка 1000 Вт. С этой целью в компрессионном блоке производительностью 60 л/мин установлен вентилятор, обеспечивающий расход воздушного потока 2,3 м/мин, а в компрессионном блоке производительностью 120 л/мин установлен вентилятор, обеспечивающий расход воздушного потока 4,6 м/мин.

В режиме "пауза" компрессионный блок производительностью 60 л/мин, работая как вентилятор, обеспечивает расход воздушного потока порядка 100 л/мин, компрессионный блок производительностью 120 л/мин, работая как вентилятор, обеспечивает расход воздушного потока порядка 200 л/мин.

Проведение процесса охлаждения по предлагаемому техническому решению позволяет обеспечить непрерывную работу компрессионного блока при температуре окружающей среды до 40^oС.

Изобретение может быть использовано в бессмазочных компрессионных блоках. Блок содержит компрессионные элементы, выполненные в виде пары эвольвентных спиралей - неподвижной и подвижной, образующих компрессионную камеру. Подвижная эвольвентная спираль соединена с механизмом преобразования движения. Единый корпус выполнен в виде части корпуса механизма преобразования движения, в которой размещен механизм преобразования движения и части корпуса компрессионных элементов, в которой размещены компрессионная камера, вентилятор, штуцер-теплообменник, соединенный с выходом компрессионной камеры, переходящей в патрубок, соединенный с механическим обратным клапаном, который является выходом соединения с линией нагнетания компрессора и соединенный с электромагнитным клапаном, который является выходом сообщения с атмосферой. Повышается интенсивность отвода тепла вынужденным конвективным теплообменом от компрессионных элементов и улучшаются условия работы блока. 1 ил.

Компрессионный блок воздушного охлаждения, содержащий компрессионные элементы, выполненные в виде пары эвольвентных спиралей - неподвижной и подвижной, образующих компрессионную камеру, подвижная эвольвентная спираль соединена с механизмом преобразования движения, при этом компрессионная камера и механизм преобразования движения размещены в едином корпусе, снабженном вентилятором, отличающийся тем, что единый корпус выполнен в виде части корпуса механизма преобразования движения, в которой размещен механизм преобразования движения и части корпуса компрессионных элементов, в которой размещены компрессионная камера, вентилятор, штуцер-теплообменник, соединенный с выходом компрессионной камеры, переходящей в патрубок, соединенный с механическим обратным клапаном, который является выходом соединения с линией нагнетания компрессора и соединенный с электромагнитным клапаном, который является выходом сообщения с атмосферой.