РОТАЦИОННЫЙ ПЛАСТИНЧАТЫЙ КОМПРЕССОР Российский патент 2008 года по МПК F04C23/00 F04C18/44 

Изобретение относится к ротационным пластинчатым компрессорам - машинам для нагнетания газов в различные пневмосистемы.

Известен ротационный пластинчатый компрессор по RU 2273768^{F04С 18/34, содержащий соосный со статором ротор в виде двух дисков, скрепленных с торцами нагнетающего крыла, выполненного в виде 2/3 цилиндрической трубы. Ось вращения тела крыла сдвинута относительно оси вращения ротора торцевых к крылу дисков на величину эксцентриситета. При вращении ротора крыло движется вокруг цилиндрической части статора и нагнетающей поверхностью захватывает газовую среду. Затем нагнетающая поверхность крыла входит в контакт с перегородкой в пазу цилиндрической части статора по ее образующей и вдавливает ее в паз. При этом происходит сжатие газовой среды до максимального давления и нагнетание ее под клапан нагнетания. Перегородок на статоре выполнено две. Диаметрально противоположно одна другой.}

Недостатком названного компрессора является то, что плотность захваченного крылом газа не превышает атмосферного давления. При контакте крыла с пластинами на статоре присутствует элемент удара. Максимальное давление нагнетаемого компрессором газа ниже характеристик поршневых компрессоров.

В целом конструкция названного компрессора является достаточно сложной, его детали нетрадиционной конфигурации и поэтому для их изготовления требуются специальные технологические приемы. Это затрудняет изготовление названного компрессора.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению и принятым за прототип является ротационный пластинчатый компрессор по JP 2181091 F04С 23/00 А. 13.07.1990 г., содержащий ротор с пластинами, установленными на роторе тангенциально его диаметру, расположенный в полости овальной формы в корпусе компрессора, овальность формы полости вокруг ротора выполнена в поперечном ее сечении относительно оси вращения ротора, торцевую крышку на корпусе названной полости с отверстием всасывания газа из вне корпуса компрессора и торцевую крышку на другой стороне полости; вентилятор с крыльчаткой с внешней стороны торцевой крышки полости, где помещен ротор, нагнетающий газ в отверстие всасывания на названной торцевой крышке; крыльчатка вентилятора установлена на оси ротора и на той же оси установлен шкив привода вращения ротора от внешнего источника вращения; клапаны нагнетания сжатого газа из овальной полости выполнены на корпусе компрессора, ротор расположен по центральной оси овальной полости, диаметр ротора равен диаметру овальной полости по ее короткой оси и касается ее поверхности по образующей и во время вращения ротора скользит по ней.

В зонах, близких к линиям касания наружной поверхности ротора и внутренней поверхности овальной полости в корпусе компрессора, выполнены отверстия, которые являются входными отверстиями клапанов нагнетаний сжатого газа в каналы нагнетания.

Недостатком названного компрессора является, прежде всего, очень большая технологическая трудность изготовления полости сжатия газа овального профиля в поперечном сечении внутри корпуса компрессора при ее высокой точности по всем ее геомерическим характеристикам. Это требует исключительных, индивидуальных для этой конструкции детали технологических приемов в производстве и в эксплуатации. Такая геометрия полости сжатия совершенно не ремонтопригодна.

Так как наружная поверхность ротора во время сжатия газа непрерывно трется о внутренюю поверхность полости сжатия, то сжимаемый в компрессоре газ необходимо предварительно подвергать высокой степени очитки от твердых частиц, которые могут быть нагнетаемы в полость сжатия в компрессоре. Иначе, попадая между поверхностями ротора и внутренней поверхностью полости сжатия газа в компрессоре, такие частицы будут быстро их повреждать по линиям касания ротора и внутренней поверхности полости сжатия и интенсивно их изнашивать. И в результате этого процесса уровень достигаемой компрессии газа в устройстве будет резко снижаться.

Крыльчатка вентилятора, нагнетающего газ из вне компрессора в полость сжатия, вращается со скоростью вращения ротора.

Техническим результатом использования предложенного ротационного компрессора является то, что в нем достигается более высокая степень сжатия газа за один цикл (за один цикл сжатия /один оборот ротора в цилиндре) за счет заполнения полости сжатия газом под давлением более высоким, чем атмосферное.

Техническим результатом использования предложенного ротационного компрессора является то, что достигается возможность создать в полости сжатия газа компрессию, близкую по характеристикам к компрессии в поршневых компрессорах, за счет полного смыкания поверхностей пластин на роторе с плоскостями на роторе в конце каждого цикла сжатия газа.

Техническим результатом использования предложенного ротационного компрессора является то, что достигается полная герметичность шарнирного соединения пластин на роторе с ротором за счет выполнения шарниров в виде продольных канавок углового профиля по одному краю каждой пластины, встречных одна к другой с противоположных сторон каждой пластины, в которые входят выступы на роторе и кромка плоской пружины, закрепленной на роторе, встречно к выступу на роторе.

Техническим результатом использования предложенного ротационного компрессора является то, что уменьшаются потери мощности приводящего двигателя на преодоление трения пластин о стенки собственных пазов на роторе за счет замены трения плоскостей пластин в пазах на качание пластин вокруг опорной кромки.

Техническим результатом использования предложенного ротационного компрессора является то, что понижается требовательность к степени очистки нагнетаемого газа от засорения твердыми фракциями за счет исключения трения жесткого тела ротора в цилиндре о внутреннюю поверхность цилиндра.

Техническим результатом использования предложенного ротационного компрессора является то, что в клапанах нагнетания на роторе повышается ресурс их работоспособности за счет замены изгиба запорной пластины с использованием упругих качеств материала пластины на качательное движение ее с опорой на крепящую ее скобу с использованием фермы рельефа ее поверхности вблизи седловой поверхности клапана при каждом цикле нагнетания газа в цилиндре компрессора.

Техническим результатом использования предложенного ротационного компрессора является то, что в прямоточных клапанах при поступлении газа из вне корпуса компрессора под давлением большим, чем атмосферное, достигаются минимальные потери производительности источников нагнетания газа в ресивер перед отверстием всасывания газа в полость сжатия газа в цилиндре компрессора.

Техническим результатом использования предложенного ротационного компрессора является то, что все детали компрессора по своей конструкции высоко технологичны при их изготовлении и в эксплуатации.

Указанные технические результаты достигаются в ротационном пластинчатом компрессоре, содержащем ротор с пластинами, расположенный в цилиндре, торцевую крышку с отверстием всасывания и торцевую крышку с каналом нагнетания, вентилятор с крыльчаткой, нагнетающий газ в отверстие всасывания, один или несколько клапанов нагнетания, согласно изобретению компрессор выполнен с двумя ступенями сжатия газа, из которых первой ступенью сжатия является нагнетающий вентилятор, крыльчатка которого снабжена шкивом, соединенным со шкивом, установленным на оси ротора, при этом шкивы установлены с внешней стороны торцевой крышки с отверстием всасывания и выполнены с передаточным числом между ними, умножающим число оборотов крыльчатки по отношению к числу оборотов ротора, причем сжатие газа в цилиндре является второй ступенью сжатия, а нагнетание газа от крыльчатки нагнетающего вентилятора в отверстие всасывания полости сжатия газа в цилиндре осуществлено через полость, отделенную от стороны нагнетания крыльчатки вентилятора перегородкой с односторонним прохождением через нее газового потока, являющуюся первым ресивером, при этом канал нагнетания выполнен по оси ротора.

Кроме того, перегородка, отделяющая первый ресивер, выполнена в виде блока прямоточных клапанов.

Кроме того, первый ресивер выполнен в форме усеченного конуса с меньшим основанием, совмещенным с отверстием всасывания, при этом площадь меньшего основания конуса, которым является поверхность торцевой крышки, равна, как минимум, площади отверстия всасывания, а большим основанием конуса является перегородка, отделяющая первый ресивер от полости нагнетания вентилятора и выполненная в виде блока прямоточных клапанов.

Кроме того, на роторе тангенциально его диаметру установлены две пластины, закрепленные одним краем по образующей ротора с возможностью качания другого края пластин от ротора к внутренней поверхности цилиндра и обратно навстречу одна к другой, при этом полость сжатия газа в цилиндре ограничена пластинами, поверхностями ротора и частью внутренней поверхности цилиндра.

Кроме того, ротор в поперечном сечении выполнен клиновидным.

Кроме того, пластины на роторе имеют по краям, скользящим изнутри по торцевым крышкам цилиндра, на плоскостях, обращенных к ротору, плоские скосы, образующие с этими плоскостями острый угол, максимально равный 20°.

Кроме того, пластины закреплены по разные стороны ротора и выполнены различной ширины, при этом пластины своими кромками, обращенными к клиновидной вершине ротора, выполнены смыкающимися одна с другой на внутренней поверхности цилиндра по одной линии, причем отношение ширины узкой пластины к ширине широкой пластины равно 0,75, а широкая пластина установлена на роторе со стороны одного или нескольких клапанов нагнетания.

Кроме того, пластины снабжены шарнирами качания, выполненными в виде продольных, по образующей ротора, радиусного паза и ребра на роторе по разные его стороны, и встречных к ним кромок плоской пружины, установленной на роторе и крепящей пластины к нему, при этом кромки входят с натягом по толщине пластины в угловые, по профилю, пазы на краю каждой пластины, причем на каждой пластине выполнено по два встречных паза, с противоположных сторон пластин и сдвинутых один относительно другого от края пластины.

Кроме того, на кромке широкой пластины, скользящей по внутренней поверхности цилиндра, закреплена прокладка из антифрикционного материала.

Кроме того, между заостренной вершиной ротора и внутренней поверхностью цилиндра выполнен зазор, равный, как минимум, площади входного отверстия или нескольких отверстий клапанов нагнетания, установленных на роторе и выполненных прямоточными.

Кроме того, в теле ротора выполнена полость, являющаяся вторым ресивером, обращенная к каналу нагнетания, выполненному по оси ротора и сообщающаяся с полостью сжатия нагнетаемого газа в цилиндре через один или несколько нагнетательных клапанов, установленных на роторе и выполненных прямоточными, из полости сжатия газа в цилиндре в канал нагнетания газа.

Кроме того, один или несколько нагнетательных клапанов снабжены эластичной запорной пластиной, выполненной ступенчатой и закрепленной в гнезде клапана так, что ступень на пластине направлена параллельно оси ротора, а ее утонченная часть выполнена перекрывающей входное отверстие клапана.

Кроме того, на утолщенной части запорной пластины нагнетательного клапана на стороне, обращенной к седловой поверхности клапана, выполнен скос под острым углом, равным 30°-40°, при этом грань между плоскостью скоса и поверхностью пластины, контактирующей с седловой поверхностью клапана, направлена параллельно оси вращения ротора.

Кроме того, на утолщенной части запорной пластины одного или нескольких нагнетательных клапанов выполнено ступенчатое отверстие, ось которого перпендикулярна поверхности пластины, контактирующей с седловой поверхностью клапана, а часть ступенчатого отверстия большего диаметра обращена в сторону седловой поверхности клапана.

Кроме того, каждый прямоточный клапан выполнен в виде воздуховода квадратного сечения протяженностью минимум три стороны квадрата, в котором его поперечное сечение перекрыто по продольной диагонали воздуховода подвижной пластинкой с возможностью ее поворота вокруг оси, совмещенной с одной из вертикальных кромок воздуховода со стороны поступления газового потока, из положения касания всей плоскостью пластинки со стенкой воздуховода, на которой на кромке воздуховода находится ось поворота подвижной пластинки, до смыкания ее седловыми поверхностями клапана, выполненными в виде рамки, закрепленной на продольной диагонали воздуховода, при этом часть поворотной пластинки, параллельная оси ее поворота, выступает за продольный габарит седловой поверхности клапана со стороны оси ее поворота в виде полоски, отогнутой около оси ее поворота в сторону соседнего воздуховода на угол не менее 90° к плоскости пластинки, а ширина отогнутой полоски равна 1/4 длины стороны воздуховода.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется прилагаемыми чертежами.

На фиг.1 изображен продольный разрез /по оси цилиндра/ компрессора и компановочное расположение его деталей и узлов.

На фиг.2 изображен поперечный разрез цилиндра и ротора в цилиндре по оси одного из отверстий нагнетания сжатого газа из полости сжатия в канал нагнетания ротора. При этом ротор находится в положении, исходном для начала рабочего цикла, в нулевом положении по обозначенному направлению вращения ротора.

На фиг.3 изображен поперечный разрез цилиндра с ротором при повороте ротора на 45° от первоначального нулевого /0°/ положения. При этом условно показано расположение на торцевой крышке 2 цилиндра отверстия всасывания 12 полости сжатия 32 в цилиндре и отверстия 35 на торцевой крышке 3 цилиндра, через которое истекает газ из области вне полости сжатия в цилиндре в атмосферу. Отверстие 35 соосно с отверстием 9 на торцевой крышке 2 цилиндра.

На фиг.4 изображен поперечный разрез цилиндра с ротором при его повороте на 90° от первоначального положения и положение пластин 14 и 15 на роторе при этом.

На фиг.5 изображен поперечный разрез цилиндра с ротором при его повороте на 135° от первоначального положения и положение пластин 14 и 15 на роторе при этом.

На фиг.6 изображен поперечный разрез цилиндра с ротором при его повороте на 180° от первоначального положения и положение пластин 14 и 15 на роторе при этом.

На фиг.7 изображен поперечный разрез цилиндра с ротором при его повороте на 270° от первоначального положения и положение пластин 14 и 15 на роторе при этом.

На фиг.8 изображен поперчный разрез цилиндра с ротором при его повороте на 315° от первоначального положения и положение пластин 14 и 15 на роторе при этом.

На фиг.9 изображен вид "Б" на прямоточные клапан 34 на фрагменте перегородки 38 между крыльчаткой 37 вентилятора и ресивером 11.

На фиг.10 изображен разрез А-А прямоточного клапана 34.

На фиг.11 изображен разрез А-А прямоточного клапана 34 при открытой створке 40.

Предложенный ротационный пластинчатый компрессор состоит из цилиндра 1, закрытого с торцов крышками 2 и 3. Внутри цилиндра помещен ротор 4, на оси которого, выступающей за крышку 2, установлен шкив-маховик 5, соединенный со шкивом 6, на оси которого закреплена крыльчатка 7 вентилятора, засасывающая газ из вне компрессора через отверстие 8 и нагнетающая этот газ через перегородку 37 в полость 11, являющуюся ресивером первым I.

Газ из ресивера 11 нагнетается через отверстие 12 в полость сжатия 32 внутри цилиндра 1. На торцевой крышке 2 выполнено отверстие 9, а на торцевой крышке 3 выполнено отверстие 35, через которые из полости 33 в цилиндре 1 вытекает газ, который вытесняется ротором 4 при его вращении. Отверстие 9 функционально соединено с отверстием 8 каналом 10 с крыльчаткой 7. На оси ротора 4 плотно к крышке 2 установлен щиток-распределитель /золотник/ 13. На роторе 4 установлены пластины 14 и 15 тангенциально к нему с возможностью смыкаться с плоскостями 16 и 17 на противоположных гранях ротора 4. На одной из граней ротора 4 установлена пластина 25, на которой выполнено отверстие 18, являющееся каналом нагнетания, входным, прямоточного клапана, который состоит из запорной пластины 20, смыкающейся своей рабочей поверхностью с седловой поверхностью 21 клапана нагнетания. Запорная пластина 20 опирается на скобу 22 и удерживается от продольных смещений относительно отверстия 18 ребром 24 и стенкой 43 на утолщенной части 44 запорной пластины 20. В этом утолщении выполнено ступенчатое отверстие 46. По оси ротора 4 выполнен канал нагнетания 19, сообщающийся с отверстием нагнетания 18 через ресивер второй 36.

На роторе 4 закреплены с помощью плоской пружины 29 пластины 14 и 15 с возможностью качания навстречу одна другой. Между ними образована полость сжатия 32 нагнетаемого газа. За внешними от ротора 4 поверхностями пластин 14 и 15 образуется полость 33 "вне полости сжатия".

Герметичное соединение пластин 14 и 15 с ротором 4 обеспечено шарнирами, содержащими конструктивные элементы 26, 27, 28, 48, 49, 50, 51.

Перегородка 37 представляет собой блок прямоточных клапанов, каждый из которых состоит из стенок 54, пластин 34 с отогнутой полоской 56, опорных рамок 42 с седловой поверхностью 41. Подвижные пластины 34 имеют возможность поворота на осях 55.

Заявляемый компрессор работает следующим образом.

При вращении ротора 4 движение передается через маховик-шкив 5 на оси ротора и шкив 6 на оси крыльчатки вентилятора 7 с умножением числа ее оборотов относительно числа оборотов ротора самой крыльчатки - активному органу первой ступени сжатия газа в компрессоре. При этом заборной стороной крыльчатки вентилятора газ из вне компрессора засасывается через отверстие 8 и нагнетается через перегородку 37, выполненную в виде блока прямоточных клапанов 34, в ресивер 11. При этом в ресивере 11 создается давление газа выше атмосферного. Этим обосновано определение нагнетающего вентилятора с крыльчаткой 7 и ресивером 11, как первая ступень сжатия газа в заявляемом компрессоре.

Одновременно с засасыванием газа крыльчаткой 7 через отверстие 8 происходит отсос газа из цилиндра из области цилиндра вне полости сжатия через отверстие 9 и канал 10. Это количество газа становится составляющей всего объема газа, который нагнетается крыльчаткой вентилятора в ресивер 11. Из ресивера газ нагнетается вентилятором в полость сжатия газа в цилиндре через отверстие всасывания 12 на торцевой крышке 2 цилиндра. При этом щиток-распределитель /золотник/ 13, жестко закрепленный на оси ротора и скользящий по торцевой крышке 2 цилиндра, перекрывает поочередно отверстия 9 и 12 на крышке 2 цилиндра. И так осуществляется доступ газа из ресивера 11 в полость сжатия газа 32 в цилиндре или соединение области в цилиндре вне полости сжатия газа 33 через канал 10 с полостью, в которой находится крыльчатка вентилятора, перед ресивером и нагнетание, крыльчаткой вентилятора газа в ресивер. При этом отверстия 9 и 12 на крышке цилиндра перекрываются в следующей последовательности:

- при повороте ротора 4 от исходного /нулевого/ положения

от 0° до 30° - отверстие 8 полностью открыто. Происходит отсос газа из области цилиндра вне полости сжатия газа 33 и истечение газа через отверстие 35 за пределы компрессора.

от 30° до 45° - отверстия 9 и 35 частично перекрыты пластиной 14, закрепленной на роторе 4, приблизительно на половину их диаметра. Со стороны золотника отверстие 9 открыто полностью.

от 45° до 90° - отверстия 9 и 35 открыты полностью. Происходят отсос газа из области цилиндра вне полости сжатия 33 и истечение газа через отверстие 35.

от 90° до 140° - отверстие 9 открыто со стороны золотника полностью. Изнутри цилиндра в какой-то момент отверстия 9 и 35 перекрыты частично торцами пластин 14 и 15. Происходит отсос газа из области цилиндра вне полости сжатия 33 и истечение газа через отверстие 35. Отверстие 12 открыто полностью. Происходит нагнетание газа в полость сжатия газа 32 в цилиндре из ресивера 11. При этом в полости сжатия 32 создается давление, превышающее атмосферное, см. фиг.5.

от 140° до 240° - отверстия 9 и 35 перекрыты. Отверстие 12 открыто полностью. Продолжается нагнетание газа в полость сжатия газа 32 в цилиндре, см. фиг.6.

от 240° до 315° - отверстия 12, 9 и 35 перекрыты полностью. Происходит начало сжатия газа в полости сжатия 32 и нагнетание его через отверстие 18 на роторе 4 и с отжатием запорной пластины 20 прямоточного клапана, в ресивер 36 на роторе и далее в канал нагнетания 19 на роторе по его оси.

от 315° до 360° - отверстия 12 и 9 перекрыты. Происходит завершение сжатия газа в полости сжатия 32 и нагнетание его в ресивер 36 и далее в канал нагнетания газа 19.

Отсос газа из цилиндра 1 из области вне полости сжатия газа 32 через канал 10 и отверстие 9 и истечение газа через отверстие 35 в торцевой крышке цилиндра 3 необходимы для того, чтобы уменьшить давление газа на пластину 15 на роторе 4 при его вращении с большой скоростью и этим способствовать плотному прилеганию кромки пластины 15 к зеркалу цилиндра.

Пластины 14 и 15 на роторе 4 усилием пружины 29 удерживаются в положении "постоянно раскрытыми" от плоскостей 16 и 17 ротора, и внешние кромки пластин 14 и 15 скользят при вращении ротора по зеркалу цилиндра. При этом усилие прижатия кромки пластины 14 к зеркалу цилиндра только такое, чтобы преодолеть усилие трения торцевых краев этой пластины по плоскостям торцевых крышек 2 и 3 цилиндра и обеспечить надежное раскрытие пластины 14 от плоскости 16 на роторе 4 к зеркалу цилиндра. Усилие давления пружины 29 на контактирующую с ней поверхность пластаны 15 подобрано таким, чтобы обеспечить примыкание кромки пластины 15 к зеркалу цилиндра, преодолевая сопротивление газа с обратной стороны этой пластины в области 33 цилиндра /вне полости сжатия газа/, возникающее при вращении ротора с большой скоростью /минимум 3000 об/минуту/, а также усилие трения торцевых краев этой пластины по плоскостям торцевых крышек 2 и 3 цилиндра.

При этом для максимально большего объема полости сжатия 32 и опережающего раскрытия пластины 15 от плоскости 17 на роторе 4 к зеркалу цилиндра по сравнению с подобным же движением пластины 14 от плоскости 16 на роторе к зеркалу цилиндра и опережающего примыкания пластины 15 в обратном направлении к плоскости 17 по сравнению с подобным же движением пластины 14 к плоскости 16, ширина пластины 15 принимается с коэффициентом К₁ по отношению к ширине пластины 14

К₁=b/В=0,75,

где b - ширина пластины 15,

В - ширина пластины 14.

При этом, исходя из условия обеспечения встречи плоскости широкой пластины 14 с зеркалом цилиндра под углом 45° максимум к условной касательной плоскости к цилиндру зеркала детали "цилиндр компрессора" по образующей цилиндра зеркала, совпадающей с кромкой пластины 14, скользящей по зеркалу цилиндра, соотношение диаметра образующего цилиндра ротора - d и диаметра зеркала детали "цилиндр" - D принимается с коэффициентом K₂

K₂=d/D=0,75,

где D - диаметр зеркала детали "цилиндр",

d - диаметр образующего цилиндра ротора.

При этом за ширину пластины 14 и 15 принимается ее размер от кромки, скользящей по зеркалу цилиндра до линии опоры каждой пластины на роторе.

При этом пластины на роторе имеют по краям, скользящим изнутри по торцевым крышкам цилиндра, на плоскостях обращенных к ротору, плоские узкие скосы, образующие с этими плоскостями острый угол, равный 20° максимум. Эти скосы обеспечивают эффект вихревого уплотнения между краями пластин 14 и 15 и торцевыми крышками 2 и 3 цилиндра.

После прекращения заполнения полости сжатия 32 в цилиндре газом от крыльчатки 7 нагнетающего вентилятора через ресивер 11 и отверстие 12 в торцевой крышке 2, которое происходит в секторе поворота ротора от 100° от исходного положения до 240°, начинается сжатие газа в полости 32 и нагнетание его в канал 19 по оси ротора. Нагнетание происходит через клапан нагнетания, один или несколько на роторе, через отверстие 18 в пластине 25 на роторе, запорную пластину 20, которая удерживается около пластины 25 скобой 22 и ресивер 36, через который проходит канал нагнетания 19 газа по оси ротора.

Ресивер 36 клапана нагнетания, или нескольких клапанов, на роторе максимально возможно увеличен по диаметру и часть канала нагнетания 19 по оси ротора также максимально увеличена по отношению к диаметру пневмомагистрали за пределами торца оси ротора и являются совокупно ресивером вторым. Он необходим, так как при нагнетании газа через клапан нагнетания в канале нагнетания 19 малого объема создается значительное избыточное давление, которое порождает в клапане нагнетания на роторе увеличенное сопротивление прохождению потока газа из полости 32 сжатия газа в цилиндре тем, что вокруг отклоняющейся под напором потока сжатого газа через отверстие 18 запорной пластины 20 мало места для незатрудненного протекания газа в гнезде 36 клапана нагнетания и без полости ресивера там возникают встречные завихрения потоков сжатого газа.

При этом, так как клапан нагнетания, состоящий из конструктивных элементов 18, 20, 21, 23, 24, 25, 43, 44, 45, 46 выполнен на роторе 4, а канал нагнетания 19 выполнен по его оси вращения, то все его конструктивные элементы подвергаются во время работы компрессора /вращения ротора/ различным видам центробежных и инерционных нагрузок. И в результате этого запорная пластина 20 клапана нагнетания может смещаться к стенке ресивера 36 и не перекрывать надежно входное отверстие 18 на седловой поверхности 21 клапана и для ее четкого позиционирования относительно отверстия 18 эластичная запорная пластина 20 выполнена ступенчатой со стороны обратной от седловой поверхности 21 и без зазора с опорой на скобу 22 примыкает к седловой поверхности 21 клапана. При этом направление ступени утолщенной части 23 выполнено на запорной пластине параллельно оси вращения ротора. При этом утолщенная часть 23 запорной пластины является противовесом, который под действием сил инерции стремится оторваться от седловой поверхности 21, поворачиваясь вокруг скобы 22. Так обеспечивается ускоренное возвращение запорной пластины из отклоненного от седловой поверхности положения, происходящего при протекании потока газа через отверстие 18, в положение смыкания с седловой поверхностью, когда потока газа через отверстие 18 нет. Той же цели служит и ступенчатое отверстие 46 на утолщенной части 44 запорной пластины, так как газ, протекающий из ресивера через отверстие меньшего диаметра, создает в отверстии большее подпорное давление на возврат утоньшенной части запорной пластины в положение смыкания с седловой поверхностью клапана нагнетания на роторе. В результате плоскость запорной пластины 20 оказывается прижатой с некоторым усилием к седловой поверхности 21 даже тогда, когда в ресивере 36 встречное давление газа еще очень мало. При этом утолщенная часть 23 запорной пластины 20 удерживается от трения о стенку гнезда 36 пирамидальным ребром 24, выполненным параллельно стенке 43. Наличие скоса 45 на утолщенной части запорной пластины 20 замещает изгиб утоньшенной части запорной пластины 20 при протекании газа через отверстие 18 клапана нагнетания ее качанием вокруг скобы 22. Этим увеличивается ресурс работоспособности запорной пластины 20.

На основном рабочем органе компрессора - роторе 4 пластины 14 и 15, между которыми образована полость сжатия газа 32, закреплены с возможностью качания каждой пластины на кромке параллельной оси вращения ротора на шарнирах, которые обеспечивают герметичное соединение этих пластин с ротором. Обе пластины, 14 и 15, удерживаются в рабочем положении плоской пружиной 29. При этом жесткость пружины достаточна, чтобы в процессе сжатия газа между пластинами 14 и 15 и телом ротора, обеспечить их надежное крепление на роторе 4 при нагнетании в ресивер 36 и канал нагнетания 19 газа под давлением, например, в 4 атмосферы /4 кг/см²/.

Шарнир соединения пластины 14 с ротором 4 выполнен в виде радиусного паза 27 на роторе, в который со свободным скольжением входит опорная шарнирная радиусная поверхность 26 на краю пластины 14. На некотором расстоянии от нее на пластине 14 выполнено углубление 49, в которое упирается с натягом радиусный торец кромки 48 пружины 29. При этом центр радиусного углубления 49 смещен относительно центра радиуса паза 27 так, что величина этого смещения является плечом рычага с опорой в пазу 27, а вторым плечом этого рычага является расстояние от центра радиуса паза 27 до противоположной кромки 52 на пластине, и которая скользит по зеркалу цилиндра. Эта рычажная система под нагрузкой пружины 29 обеспечивает необходимое постоянное примыкание кромки 52 пластины 14 к поверхности зеркала цилиндра. А присутствие давления радиусной поверхности 26 на краю пластины 14 в стенку радиусного паза 27 обеспечивает герметичность подвижного соединения пластины 14 с ротором 4 от возможности протекания через этот шарнир газа, сжимаемого в полости сжатия 32.

Шарнир соединения пластины 15 с ротором 4 выполнен в виде опорного ребра 28 на роторе 4, на которое опирается с возможностью качания впадиной своего углового профиля пластина 15 по всей своей длине на роторе. Встречно-опорному ребру 28 на роторе 4 в углубление 50 на пластине 15 упирается с натягом радиусный торец кромки 51 плоской пружины 29. При этом центр углубления 50 на пластине 15 смещен в сторону тела ротора относительно вершины ребра 28 на роторе так, что величина этого смещения является плечом рычага с опорой на вершину ребра 28, а вторым плечом этого рычага является расстояние от вершины ребра 28 на роторе 4 до противоположной кромки 53 на пластине 15, и которая скользит по зеркалу цилиндра. Эта рычажная система под нагрузкой пружины 29, значительно большей, чем нагрузка создаваемая другим, противоположным краем пружины 29 на пластину 14, обеспечивает необходимое постоянное примыкание кромки 53 к поверхности зеркала цилиндра. А присутствие давления вершины ребра 28 во впадину углового профиля пластины 15 обеспечивает герметичность подвижного шарнирного соединения пластины 15 с ротором 4 от возможного протекания через этот шарнир сжимаемого в полости сжатия газа 32. Отличием рычажной системы на пластине 14 от рычажной системы на пластине 15 является то, что короткое плечо рычага на пластине 15 выполнено значительно большим по сравнению с коротким плечом рычага на пластине 14. Это вызвано тем, что при своем движении внутри цилиндра в "открытом" положении от тела ротора 4 пластина 15, скользя своей кромкой 53 по зеркалу цилиндра и обеспечивая этот контакт непрерывно, должна преодолевать давление газа, который в каком-то количестве присутствует в цилиндре в области 33 вне полости сжатия 32 и давит на кромку 53 пластины 15.

Прямоточные клапаны, которые соединены в блок, являются перегородкой 37, которая отделяет крыльчатку 7 вентилятора, засасывающую газ из вне компрессора вовнутрь его через отверстие 8 от ресивера 11, конструктивно выполнены в виде квадратных ячеек, образующие, будучи соединенными в блок, ячеистую перегородку 37. При этом каждый прямоточный клапан-ячейка в перегородке работает как воздуховод квадратного сечения со стенками 54, на которых на их передних вертикальных кромках, могут поворачиваться пластины 40 на осях 55 под давлением потока газа от крыльчатки 7 до смыкания с седловой поверхностью 41 клапана.

Часть поворотной пластинки, параллельная оси поворота, выступает за габарит седловой поверхности со стороны оси поворота пластинки и отогнута около оси ее поворота в сторону соседнего воздуховода на угол не менее 90° к плоскости пластинки, а ширина отогнутой полоски принята равной 1/4 длины стороны воздуховода.

Под давлением потока газа от крыльчатки 7 вентилятора пластинка 34 прямоточного клапана отклоняется к стенке воздуховода практически без сопротивления потоку газа. При возникновении в ресивере 11 обратного давления газа в моменты, когда отверстие 12 нагнетания газа в полость сжатия газа 32 в цилиндре перекрыто золотником 13, пластина 40 поворачивается в сторону седловой поверхности 41 клапана до смыкания с ней. При этом отогнутая полоска 56 на пластине 40, воспринимая давление газа от крыльчатки 7, способствует этому повороту. Разделение области образования потока газа от нагнетающей крыльчатки 7 вентилятора и газа перед золотником 13, когда отверстие 12 им перекрыто, необходимо для стабилизации динамики образования потока газа от нагнетающей крыльчатки 7 вентилятора, когда направление нагнетаемого потока четко определено и нет встречной отраженной волны. Это же требование относится и к обеспечению наиболее плотного нагнетания газа в полость сжатия в цилиндре компрессора.

Изобретение относится к ротационным пластинчатым компрессорам. Ротационный пластинчатый компрессор содержит ротор с пластинами, расположенный в цилиндре, торцевую крышку с отверстием всасывания и торцевую крышку с каналом нагнетания, вентилятор с крыльчаткой, нагнетающий газ в отверстие всасывания, один или несколько клапанов нагнетания. Компрессор выполнен с двумя ступенями сжатия газа, из которых первой ступенью сжатия является нагнетающий вентилятор, крыльчатка которого снабжена шкивом, соединенным со шкивом, установленным на оси ротора. Шкивы установлены с внешней стороны торцевой крышки с отверстием всасывания и выполнены с передаточным числом между ними, умножающим число оборотов крыльчатки по отношению к числу оборотов ротора. Сжатие газа в цилиндре является второй ступенью сжатия, а нагнетание газа от крыльчатки нагнетающего вентилятора в отверстие всасывания полости сжатия газа в цилиндре осуществлено через полость, отделенную от стороны нагнетания крыльчатки вентилятора перегородкой с односторонним прохождением через нее газового потока, являющуюся первым ресивером. Канал нагнетания выполнен по оси ротора. Достигается высокая степень сжатия газа за один цикл за счет заполнения полости сжатия газом под давлением более высоким, чем атмосферное. 14 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Ротационный пластинчатый компрессор, содержащий ротор с пластинами, расположенный в цилиндре, торцевую крышку с отверстием всасывания и торцевую крышку с каналом нагнетания, вентилятор с крыльчаткой, нагнетающий газ в отверстие всасывания, один или несколько клапанов нагнетания, отличающийся тем, что компрессор выполнен с двумя ступенями сжатия газа, из которых первой ступенью сжатия является нагнетающий вентилятор, крыльчатка которого снабжена шкивом, соединенным со шкивом, установленным на оси ротора, при этом шкивы установлены с внешней стороны торцевой крышки с отверстием всасывания и выполнены с передаточным числом между ними, умножающим число оборотов крыльчатки по отношению к числу оборотов ротора, причем сжатие газа в цилиндре является второй ступенью сжатия, а нагнетание газа от крыльчатки нагнетающего вентилятора в отверстие всасывания полости сжатия газа в цилиндре осуществлено через полость, отделенную от стороны нагнетания крыльчатки вентилятора перегородкой с односторонним прохождением через нее газового потока, являющуюся первым ресивером, при этом канал нагнетания выполнен по оси ротора.2. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что перегородка, отделяющая первый ресивер, выполнена в виде блока прямоточных клапанов.3. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что первый ресивер выполнен в форме усеченного конуса с меньшим основанием, совмещенным с отверстием всасывания, при этом площадь меньшего основания конуса, которым является поверхность торцевой крышки, равна, как минимум, площади отверстия всасывания, а большим основанием конуса является перегородка, отделяющая первый ресивер от полости нагнетания вентилятора и выполненная в виде блока прямоточных клапанов.4. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что на роторе тангенциально его диаметру установлены две пластины, закрепленные одним краем по образующей ротора с возможностью качания другого края пластин от ротора к внутренней поверхности цилиндра и обратно навстречу одна к другой, при этом полость сжатия газа в цилиндре ограничена пластинами, поверхностями ротора и частью внутренней поверхности цилиндра.

5 Компрессор по п.1, отличающийся тем, что ротор в поперечном сечении выполнен клиновидным.