ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР Российский патент 2007 года по МПК F04B25/00 

Изобретение относится к компрессоростроению и может быть использовано при создании поршневых компрессоров, к которым предъявляются жесткие требования по чистоте сжимаемого газа, ресурсу работы и отсутствию вибрации.

Известны компрессоры, содержащие, по крайней мере, один цилиндр с установленным в нем поршнем, имеющим направляющую часть (SU, авторское свидетельство №1682624, М. Кл⁶ F 04 В 25/00, 1991).

Известен также компрессор, содержащий, по крайней мере, один цилиндр с нагнетательными и всасывающими клапанами, поршень с направляющим приводным кривошипно-ползунным механизмом, имеющим пластину с двумя параллельными пазами, в каждом из которых установлены приводные эксцентрики с противовесами и ведущими пальцами, находящиеся в противофазе друг относительно друга (RU №2098662, М. кл.⁶ F 04 В 25/00, 35/00. 1997, фиг.4).

Недостатком известных конструкций является принципиальная невозможность полного устранения износа поверхностей цилиндропоршневой пары из-за боковых усилий, действующих на поршень. Данное обстоятельство возникает в связи с тем, что при работе приводного механизма возникает пара сил, перемещающих поршень вдоль цилиндра и опрокидывающих поршень в связи с наличием расстояния между точками приложения этих сил в направлении оси цилиндра и наличием сил трения между ведущими пальцами и поверхностью пазов, через которые эти пальцы передают усилие на поршень. Направление этих сил трения при контакте каждого ведущего пальца с поверхностью паза, в котором он движется, перпендикулярно оси цилиндра, а точки приложения сил не лежат на одной прямой, в связи с чем и возникает крутящий момент, опрокидывающий поршень. При этом возникают как силы трения поршня о цилиндр, так и колебания, т.к. упомянутая пара сил имеет переменное значение.

Задачей изобретения является повышение ресурса работы компрессора и снижение действующих в нем вибрационных нагрузок.

Указанный технический результат достигается тем, что в поршневом компрессоре продольные оси обоих параллельных пазов находятся на одной линии, перпендикулярной оси цилиндра, а линия, соединяющая оси приводных валов и перпендикулярная этим осям, параллельна продольным осям пазов, при этом пластина приводного кривошипно-шатунного механизма может быть выполнена составной, причем одна ее часть соединена с поршнем, а другая отстоит от первой вдоль оси цилиндра на расстоянии, равном ширине параллельных пазов, и соединена с ней через вставки, толщина которых равна этой же ширине параллельных пазов.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1, 2 показана схема компрессора, в котором привод движения поршня осуществляется от двух электродвигателей, вращающихся с одинаковой частотой и в противоположных направлениях, причем приводные валы обоих электродвигателей закреплены консольно, т.е. имеют опору только с одной стороны. На фиг.3, 4 показана схема компрессора, аналогичная изображенному на фиг.1 и 2, но с приводными валами на двух опорах, причем противовесы обоих валов расположены по обе стороны от механизма привода, а пазы последнего образованы двумя пластинами, разделенными дистанционными вставками. На фиг.5 показана конструкция с приводными валами, закрепленными консольно, и с противовесами, размещенными по обе стороны от поршня. В этом случае ведущие пальцы кривошипов запрессованы в противовесы, которые являются частью кривошипов. На фиг.6 показана конструкция компрессора, приводные валы которого вращаются одним электродвигателем, который вращает только один из валов, причем на обоих валах посажены синхронизирующие шестерни, находящиеся в зацеплении, что обеспечивает одновременное, синхронное и противоположное по направлению вращение обоих приводных валов одним электродвигателем.

Компрессор (фиг.1 и 2) состоит из цилиндра 1, в котором установлены поршень 2 и самодействующие клапаны 3 (всасывающий) и 4 (нагнетательный). Шток 5 поршня 2 жестко соединен с пластиной 6, в которой выполнен паз 7 с установленным в нем приводным пальцем кривошипа 8 и паз 9 с приводным пальцем кривошипа 10. Продольные оси пазов 7 и 9 находятся на одной линии, перпендикулярной оси цилиндра 1. На кривошипах 10 и 8 установлены противовесы соответственно 11 и 12. Кривошип 10 приводится во вращение двигателем 13 через приводной вал 14, а кривошип 8 - двигателем 15 через приводной вал 16. Приводные валы 14 и 16 расположены таким образом, что линия, соединяющая их оси и перпендикулярная этим осям, направлена параллельно продольной оси пазов 7 и 9. Кривошипы 8 и 10 со своими приводными валами 16 и 14 имеют в данном случае консольное исполнение.

Кривошипы 8 и 10 могут иметь по две опоры (фиг.3), при этом пластина 6 выполнена составной (фиг.4), исходя из условий сборки. Здесь к штоку 5 жестко присоединена верхняя планка 17 (на фиг.4 она является частью штока 5), а нижняя планка 18 прикреплена к верхней планке 17 с помощью болтов 19 и 20 через вставки 21, 22 и 23, имеющие высоту, равную необходимому сечению пазов 7 и 9, т.е. фактически - образуя эти пазы. Вставка 23 зафиксирована болтом 24. В этом случае противовесы 11 и 12 размещены по обеим сторонам от поршня 2.

При синхронном и противоположно направленном вращении приводных валов 14 и 16, которое обеспечивается одним электродвигателем (фиг.6), на этих валах установлены синхронизирующие шестерни 25 и 26, находящиеся в постоянном зацеплении, а двигатель вращает только один из валов 14 или 16.

Компрессор работает следующим образом (фиг.1 и 2). При синхронном и противоположно направленном вращении двигателей 13 и 15 соответствующее вращение передается через приводные валы 14 и 16 на кривошипы 10 и 8, которые своими ведущими пальцами, входящими в пазы 7 и 9, перемещают пластину 6, придавая ей возвратно-поступательное движение вдоль оси цилиндра 1. Вместе с пластиной 6, соединенной штоком 5 с поршнем 1, последний также совершает возвратно-поступательное движение, в результате чего газ всасывается через клапан 3, сжимается и вытесняется через клапан 4.

В общем случае на пластину 6 действуют следующие силы (см. фиг.1-6):

- F_П=F_Г+F_И - сила со стороны поршня F_П, состоящая из суммы двух сил - сил со стороны сжимаемого газа F_Г и сил инерции F_И от возвратно-поступательно движущихся частей, присоединенных к поршню (шток 5 и пластина 6);

- 2F_К - сила со стороны кривошипов, которая уравновешивает силу F_Г, действующую на поршень со стороны сжимаемого газа;

- F_ИН - сумма сил инерции противовесов (сумма центробежных сил), которая уравновешивает силы инерции F_И со стороны возвратно-поступательно движущихся частей;

- Пара сил трения F_Т, которые возникают при трении ведущих пальцев о поверхности пазов 7 и 9, причем эти силы равны, противоположно направлены и лежат на одной линии, т.е. они взаимно уничтожаются и не оказывают на положение поршня никакого влияния, а также не создают неуравновешенных сил и моментов.

Таким образом, в предложенной конструкции сумма всех сил, действующих в компрессоре, равна нулю.

Сумма действующих моментов от сил не равна нулю в конструкциях, изображенных на фиг.1 и 2 и фиг.6. В этих конструкциях возникает момент от пары сил F_ИН/2, т.к. противовесы 11 и 12 находятся на некотором расстоянии друг от друга. Однако эти колебания находятся в плоскости, которая проходит через оси приводных двигателей, т.е. жесткость и момент инерции конструкции компрессора в этой плоскости очень велики, и амплитуда колебаний компрессора не может быть значительной.

В том случае, когда вибрация компрессора вообще недопустима, возможно использование конструкций, изображенных на фиг 3 и 5, в которых масса каждого из противовесов 11 и 12 разнесена по обе стороны от оси цилиндра, а сами противовесы 11 и 12 (т.е. их «половинки») находятся на одной линии. В этом случае силы инерции противовесов симметричны относительно оси цилиндра и момента от пары сил не возникает. Т.е. в данном случае компрессор полностью уравновешен.

Таким образом, в предложенной конструкции нет условий для возникновения как боковых усилий, действующих на поршень и вызывающих износ цилиндропоршневой пары, так и для сил инерции, которые могли бы вызвать вибрацию компрессора, что позволяет увеличить ресурс его работы и общие потребительские свойства.

Устройство предназначено для использования в области компрессоростроения. Поршневой компрессор содержит, по крайней мере, один цилиндр с нагнетательными и всасывающими клапанами. Поршень с направляющим приводным кривошипно-ползунным механизмом имеет пластину с двумя параллельными пазами, в каждом из которых установлены приводные эксцентрики с противовесами и ведущими пальцами, находящиеся в противофазе друг относительно друга и соединенные с приводными валами. Продольные оси обоих параллельных пазов находятся на одной линии, перпендикулярной оси цилиндра. Линия, соединяющая оси приводных валов и перпендикулярная этим осям, параллельна продольным осям пазов. Пластина приводного кривошипно-шатунного механизма может быть выполнена составной, причем одна ее часть соединена с поршнем, а другая отстоит от первой вдоль оси цилиндра на расстоянии, равном ширине параллельных пазов, и соединена с ней через вставки, толщина которых равна этой же ширине параллельных пазов. Повышается ресурс работы компрессора, снижаются вибрационные нагрузки. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Поршневой компрессор, содержащий, по крайней мере, один цилиндр с нагнетательными и всасывающими клапанами, поршень с направляющим приводным кривошипно-ползунным механизмом, имеющим шток в виде пластины с двумя параллельными пазами, в каждом из которых установлены приводные эксцентрики с противовесами и ведущими пальцами, находящиеся в противофазе относительно друг друга и соединенные с приводными валами, отличающийся тем, что продольные оси обоих параллельных пазов находятся на одной линии, перпендикулярной оси цилиндра, а линия, соединяющая оси приводных валов и перпендикулярная этим осям, параллельна продольным осям упомянутых пазов.2. Поршневой компрессор по п.1, отличающийся тем, что пластина приводного кривошипно-шатунного механизма выполнена составной, причем одна ее часть соединена с поршнем, а другая отстоит от первой вдоль оси цилиндра на расстоянии, равном ширине параллельных пазов, и соединена с ней через вставки, толщина которых равна этой же ширине параллельных пазов.