ОСЕВОЙ РОТАЦИОННЫЙ КОМПРЕССОР Российский патент 2004 года по МПК F04C18/00 

Изобретение относится к компрессорной технике, а именно к ротационным компрессорам.

Известны ротационные компрессоры, содержащие корпус, ротор с профилированными спирально винтовыми лопатками, вращающиеся перегородки, синхронизирующее устройство и патрубки входа и выхода газа. Камеры сжатия в этих компрессорах образованы внутренним профилем корпуса, поверхностями лопаток ротора и замыкающимися на них вращающимися перегородками. При этом совместное вращение ротора компрессора и дисковых перегородок у этих компрессоров осуществляется с помощью синхронизирующего устройства. (См., например, US пат. №2411707, МПК F 04 C 18/00, 26.11.1941 г. и др.).

К недостатку этих ротационных компрессоров относится то, что непрерывное образование небольших объемов камер сжатия газа достигается синхронизацией участвующих в этом процессе механизмов. Это снижает эффективность компрессора, усложняет их изготовление и эксплуатацию.

Известен ротационный компрессор, характеризующийся как осевой ротационный компрессор, который содержит корпус с окнами входа газа и выхода сжатого газа, в объеме которого установлены ротор и взаимодействующие с его лопатками выполненные в виде дисков перегородки, имеющие прорези. Дисковые перегородки установлены на осях, а их оси перпендикулярны к оси вращения ротора. Ротор представляет колесо в виде диска, на боковой стороне которого находятся симметрично расположенные лопатки пропеллера с правильной винтовой заходностью. Прорези на дисковых перегородках, равные по ширине толщине лопатки, а по длине лопатки, контактируют с лопатками по их длине. При этом в корпусе компрессора окна выхода газа расположены по ходу вращения ротора перед дисками перегородок, на стороне прохождения тыльной кромки лопаток, а окна входа - за ними, на стороне прохождения приемной кромки. Камеры сжатия в этом компрессоре образованы внутренним профилем корпуса, поверхностями лопаток ротора и замыкающимися на них вращающимися дисковыми перегородками. (См. US пат. №3277832 А, МКИ F 04 С 18/00, 11.10.1966 г.).

Неоспоримым преимуществом данного ротационного компрессора, как и заявляемого в изобретении компрессора, является то, что наполнение камеры сжатия газом у него осуществляется методом охвата.

Однако известный осевой ротационный компрессор (аналог) имеет недостатки. Например, этот компрессор не имеет клапанов нагнетания, и поэтому часть нагнетаемого газа постоянно выходит из окон выхода, а затем вновь нагнетается туда. Производительность компрессора ограничена окнами входа газа. Это снижает эффективность компрессора. К тому же для вхождения прорезей дисковых перегородок в контакт с лопатками необходимо осуществлять их синхронное с ротором вращение. Это усложняет изготовление компрессора и его эксплуатацию.

Изобретение направлено на повышение эффективности осевого ротационного компрессора при одновременном упрощении его конструкции.

Техническим результатом, повышающим эффективность осевого ротационного компрессора, при его использовании будет то, что в нем можно исключить повторное нагнетание части выходящего из окон выхода газа и получить более высокую степень сжатия, поэтому перевести компрессор в следующую область применения.

Другим техническим результатом, повышающим эффективность осевого ротационного компрессора, при его использовании будет то, что забор газа лопастями у компрессора открытый, а это увеличивает производительность.

Техническим результатом использования осевого ротационного компрессора будет то, что его конструкция в отличие от аналога упростится.

Указанные технические результаты достигаются тем, что осевой ротационный компрессор, содержащий корпус, ротор-пропеллер и перегородки, отличается от аналога тем, что он снабжен обтекателем, двигателем, шестеренчатой передачей, клапанами нагнетания и двухрядным шариковым подшипником, к наружному кольцу корпуса которого, образуя ротор-пропеллер, прикреплены равномерно расположенные по окружности начала двух винтовых лопастей одинакового захода, атакующие и тыльные кромки которых принадлежат двум параллельным плоскостям, задающим высоту ротора-пропеллера и его кольца, имеющего на внутренней поверхности колесо шестерни, а к внутреннему кольцу корпуса подшипника, являющемуся кольцевой частью корпуса компрессора, имеющего боковую прорезь, к одному из его торцов присоединен обтекатель, внутри которого располагается двигатель, приводящий во вращение ротор-пропеллер с помощью шестеренчатой передачи, а к другому торцу при минимальном зазоре с тыльными кромками лопастей присоединено соосно плоское днище, имеющее диаметр, равный диаметру вписанного в окружность ротора-пропеллера и установленного внутри цилиндрической гильзы на расстоянии, равном высоте ротора-пропеллера от ее края, внутренняя поверхность которой находится на минимальном расстоянии от торцов лопастей, при этом днище имеет две направленные в глубину от поверхности прорези, выполненные в теле ребер днища и проходящие по линии его диметра от мест проекции на поверхность днища наружной поверхности кольца ротора-пропеллера до внутренней поверхности гильзы, в которые вставлены пружины, а затем пластинчатые перегородки, выталкиваемые из прорезей глубиной, равной ширине перегородок на атакующие плоскости лопастей, для образования камер сжатия, к тому же в днище перед пластинчатыми перегородками, встречающимися с атакующими кромками лопастей при вращении ротора в их направлении, установлены клапаны нагнетания, а на удаленном от ротора-пропеллера торце гильзы установлен фланец.

Полученными результатами являются повышение эффективности осевого ротационного компрессора, перевод его в следующую область применения и упрощение его конструкции.

Сущность изобретения поясняется с помощью чертежей. На фиг.1 изображен главный вид осевого ротационного компрессора с поясняющими местными разрезами. На фиг.2 изображен вид сверху осевого ротационного компрессора с поясняющими местными разрезами.

На фиг.1 и 2 изображен осевой ротационный компрессор, который имеет форму тела вращения. Ротор-пропеллер 1 осевого ротационного компрессора выполнен в форме пропеллера - воздушного винта и состоит из скрепленных цилиндрическим кольцом 2 четырех (двух) равномерно расположенных по окружности равных винтовых лопастей 3 с одинаковыми правильными шагами захода. Под правильным шагом захода лопастей воздушного винта подразумевается то, что на всей длине лопастей все линии, образующиеся при пересечениях поверхностей лопастей с концентрично расположенными цилиндрическими поверхностями, соответствуют одному заходу винта. Лопасти 3 своими началами крепятся к внешней поверхности (ободу) кольца 2. Оси симметрии винтовых лопастей 3 перпендикулярны к внешней поверхности кольца 2 и проходят через середину его высоты. Свободные концы лопастей ротора-пропеллера имеют концентричные торцы, отрезанные по линии, образующейся при пересечениях концевых поверхностей лопастей 3 с цилиндрической поверхностью заданного радиуса и сосной с осью ротора-пропеллера 1. Атакующие и тыльные кромки лопастей 3 (на фиг.1 соответственно верхние и нижние кромки лопастей 3) и торцы кольца 2, скрепляющего лопасти 3, принадлежат двум геометрическим параллельным плоскостям, отстоящим друг от друга на определенном расстоянии, которые задают высоту ротора-пропеллера 1 и кольца 2. На внутренней поверхности кольца 2 установлено ведомое колесо шестерни 4. При этом кольцо 2 охватывает кольцевую часть корпуса 5 (статора), так как является наружным кольцом корпуса двухрядного шарикового подшипника, шарики которого, образуя неразъемное соединение, взаимодействуют с наружной поверхностью кольцевой части корпуса 5, представляющего внутреннее кольцо корпуса подшипника. Один торец кольцевой части корпуса 5 вместе с вращающимся на нем ротором-пропеллером 1 соединен с обтекателем 6. Внутри обтекателя 6 располагается прикрепленный к нему двигатель 7, который приводит во вращение ротор-пропеллер 1 с помощью находящейся на его силовом вале ведущей шестерни, входящей в зацепление с колесом шестерни 4, для чего в боку кольцевой части корпуса 5 выполнена прорезь. Другой торец кольцевой части корпуса 5 вместе с вращающимся на нем ротором-пропеллером 1, образуя единое целое корпуса компрессора, соединен с круглым плоским днищем 8, и оси вращения их при этом совмещены. Диаметр плоского днища 8 равен диаметру вписанного в окружность ротора-пропеллера 1. Днище 8, образуя единое целое, установлено внутри цилиндрической гильзы 9 перпендикулярно к его образующей линии на расстоянии, равном высоте ротора-пропеллера 1 от края гильзы. При этом ротор-пропеллер 1 погружается в образовавшийся объем гильзы 9. Концентричные торцы лопастей 3 находятся от внутренней поверхности цилиндрической гильзы 9 на минимальном расстоянии. Также и тыльные кромки лопастей ротора-пропеллера 1 находятся от плоскости плоского днища 8 на минимальном расстоянии. Плоское днище 8 со стороны расположения ротора-пропеллера 1 имеет четыре (две) равные, равномерно расположенные по окружности прорези определенной ширины, которые проходят по линям диаметра днища и направлены в глубину от поверхности перпендикулярно к плоскости днища 8. Прорези выполнены в теле ребер жесткости днища, расположенных на его противоположной стороне (плоскости), и равны по длине кратчайшему расстоянию от точки, расположенной на наружной боковой поверхности кольца 2, до точки, расположенной на внутренней поверхности цилиндрической гильзы 9. В прорези вставлены сначала пружины 10, а затем равные размерам прорезей пластинчатые перегородки 11 прямоугольной формы. В результате боковые поверхности пластинчатых перегородок 10 находятся в контакте с внешней и внутренней поверхностями соответственно обода кольца 2 ротора-пропеллера и цилиндрической гильзы 9 корпуса. Глубины прорезей равны или больше расчетной ширины пластинчатых перегородок 11, поэтому перегородки могут быть полностью утоплены в прорезях. Пластинчатые перегородки 11 выталкиваются пружинами 10 на высоту не больше размера ширины кольца 2, то есть не выше, а несколько ниже атакующих кромок лопастей, так как в прорезях предусмотрены устройства (не указаны), ограничивающие полный выход перегородок 11 из них. Когда кромки выталкиваемых пружинами пластинчатых перегородок 11 находятся в контакте с плоскостями лопастей 3, которые являются атакующими плоскостями лопастей ротора-пропеллера, образуются замкнутые объемы. При этом расстояние между плоскостью днища 8 и атакующими плоскостями лопастей 3 в сечениях по перегородкам 11 при вращении ротора 1 будет изменяться от начального до минимального значения, поэтому образующиеся объемы при контакте кромок перегородок 11 с поверхностями атакующих лопастей 3 представляют камеры сжатия компрессора. Перед пластинчатыми перегородками 11, встречающимися с атакующими кромками лопастей 3 при вращении ротора 1 в их направлении, в плоском днище 8 установлены клапаны нагнетания 12. Клапаны нагнетания 12 представляют закрытые подпружиненными клапанными плитами щели, которые выполнены в теле днища 8 корпуса и расположены вдоль перегородок 11, как можно ближе к ним. Второй удаленный от ротора-пропеллера 1 торец цилиндрической гильзы 9 соединен с фланцем, за который осевой ротационный компрессор крепится, например, к трубопроводу.

Работа осевого ротационного компрессора осуществляется следующим образом (см. фиг.1 и 2). Осевой ротационный компрессор погружается в среду откачиваемого продукта, например в газовую среду. От источника питания в работу запускается, например, электродвигатель 7. Электродвигатель 7 приводит во вращение ротор-пропеллер 1. Ротор 1, представляющий пропеллер - воздушный винт, вращается на цилиндрической части корпуса 5. Так как концентричные торцы и тыльные кромки лопастей 3 ротора-пропеллера 1 находятся на минимальном расстоянии соответственно от поверхностей гильзы 9 и плоского днища 8 корпуса, а боковые поверхности пластинчатых перегородок 11 находятся в контакте с внешней и внутренней поверхностями соответственно кольца 2 ротора и цилиндрической гильзы 9 корпуса, то в первоначальный момент вращения ротора-пропеллера 1 его атакующие плоскости лопастей 3 образуют объемы, а плоскости начала захода лопастей 3 (плоскости сразу после атакующих кромок) вступают в контакты с кромками ближайших пластинчатых перегородок 11, вытолкнутых пружинами из прорезей днища 8, и тем самым замыкают охватывающие объемы, образуя камеры сжатия, которые можно условно считать герметичными. При дальнейшем вращении ротора-пропеллера 1 атакующие кромки лопастей 3 выдвигаются вперед, осуществляя охват газовой среды перед собой. При этом попадающий под атакующие плоскости лопастей 3 газ испытывает сжатие напора в виду уменьшения расстояния между плоскостью днища 8 и плоскостями лопастей вращающегося ротора и поэтому стремится выйти из незамкнутого охватывающего объема. Но так как газ сжимаем, то скорость распространения возникающего уплотнения при определенном угле захода (атаки) лопастей 3 не достигает критического значения, чтобы помешать наполнению охватывающих объемов атакующими кромками. Поэтому вращающийся с определенной угловой скоростью ротор-пропеллер 1 своими плоскостями начала захода лопастей 3 успевает замкнуть объемы газа на перегородках 11, то есть закрыть камеры сжатия. Одновременно атакующие плоскости лопастей 3 ротора-пропеллера 1 контактируют под углом захода с пластинчатыми перегородками 11, давят во время вращения ротора 1 на них и постепенно перемещают (утапливают) пластинчатые перегородки 11 в прорезь. В результате объемы камер сжатия уменьшаются и, как следствие, атакующие плоскости лопастей 3 сжимают захваченный атакующими кромками газ. По мере приближения тыльных кромок лопастей 3 ротора к пластинчатым перегородкам 11, которые постепенно утапливаются в прорезях, давление в объемах камер сжатия возрастает настолько, что нагнетаемые клапаны 12 открываются, и лопасти 3 своими тыльными кромками задавливают сжатый газ в объем, например, трубопровода, по которому тот поступает потребителю. Когда тыльные кромки лопастей 3 ротора-пропеллера 1 пересекут нагнетаемые клапаны 12, клапаны закроются. Когда тыльные кромки лопастей 3 ротора пересекут кромки пластинчатых перегородок 11, пружины 10 вытолкнут перегородки 11 из прорезей. Так как ротор 1 осевого ротационного компрессора вращается постоянно, то охватывающие объемы будут образовываться в непрерывной последовательности. Значит, осевой ротационный компрессор будет постоянно откачивать, а затем объемно сжимать газовую среду. Причем в определенных условиях осевой ротационный компрессор может работать как вакуумный насос, создавая достаточную разреженность в откачиваемой газовой среде.

Изобретение относится к компрессорной технике. Осевой ротационный компрессор снабжен двухрядным шариковым подшипником, к наружному кольцу корпуса которого, образуя ротор-пропеллер, прикреплены равномерно расположенные по окружности начала двух винтовых лопастей одинакового захода. К внутреннему кольцу корпуса подшипника, являющемуся кольцевой частью корпуса компрессора, имеющего боковую прорезь, к одному из его торцов присоединен обтекатель с двигателем, а другому торцу при минимальном зазоре с тыльными кромками лопастей присоединено соосно плоское днище, имеющее диаметр, равный диаметру вписанного в окружность ротора-пропеллера и установленного внутри цилиндрической гильзы на расстоянии, равном высоте ротора-пропеллера от ее края, внутренняя поверхность которой находится на минимальном расстоянии от торцов лопастей. Днище имеет две направленные в глубину от поверхности прорези, в которые вставлены пружины, а затем пластинчатые перегородки, выталкиваемые из прорезей глубиной, равной ширине перегородок на атакующие плоскости лопастей, для образования камер сжатия. В днище перед пластинчатыми перегородками установлены клапаны нагнетания, а на удаленном от ротора торце гильзы установлен фланец. Повышается эффективность компрессора при одновременном упрощении его конструкции. 2 ил.

Осевой ротационный компрессор, содержащий корпус, ротор-пропеллер и перегородки, отличающийся тем, что он снабжен обтекателем, двигателем, шестеренчатой передачей, клапанами нагнетания и двурядным шариковым подшипником, к наружному кольцу корпуса которого, образуя ротор-пропеллер, прикреплены равномерно расположенные по окружности начала двух винтовых лопастей одинакового захода, атакующие и тыльные кромки которых принадлежат двум параллельным плоскостям, задающим высоту ротора-пропеллера и его кольца, имеющего на внутренней поверхности колесо шестерни, а к внутреннему кольцу корпуса подшипника, являющемуся кольцевой частью корпуса компрессора, имеющего боковую прорезь, к одному из его торцев присоединен обтекатель, внутри которого располагается двигатель, приводящий во вращение ротор-пропеллер с помощью шестеренчатой передачи, а к другому торцу при минимальном зазоре с тыльными кромками лопастей присоединено соосно плоское днище, имеющее диаметр, равный диаметру вписанного в окружность ротора-пропеллера и установленного внутри цилиндрической гильзы на расстоянии, равном высоте ротора-пропеллера от ее края, внутренняя поверхность которой находится на минимальном расстоянии от торцов лопастей, при этом днище имеет две направленные в глубину от поверхности прорези, выполненные в теле ребер днища и проходящие по линии его диметра от мест проекции на поверхность днища наружной поверхности кольца ротора-пропеллера до внутренней поверхности гильзы, в которые вставлены пружины, а затем пластинчатые перегородки, выталкиваемые из прорезей глубиной, равной ширине перегородок, на атакующие плоскости лопастей, для образования камер сжатия, к тому же в днище перед пластинчатыми перегородками, встречающимися с атакующими кромками лопастей при вращении ротора в их направлении, установлены клапаны нагнетания, а на удаленном от ротора торце гильзы установлен фланец.