БЕЗМАСЛЯНАЯ СПИРАЛЬНАЯ МАШИНА Российский патент 2015 года по МПК F04C18/02 

Изобретение относится к области вакуумного машиностроения и компрессоростроения и может быть использовано в спиральных вакуумных насосах, воздушных и холодильных компрессорных машинах.

Одной из задач при проектировании спиральных машин является снижение остаточного давления, что может быть достигнуто увеличением продолжительности сжатия.

Известен спиральный компрессор, содержащий пару неподвижных спиральных элементов с выступающими из них спиралями, с отверстием всасывания на периферии в одном из них и выхлопным отверстием ближе к центру и подвижный спиральный элемент с выступающими с обеих сторон спиралями, совершающий орбитальное движение. В сборе спиральные элементы образуют рабочие камеры. Воздух всасывается через отверстие всасывания, попадает в рабочие камеры, которые по мере движения к центру уменьшают свой объем и выпускается через выхлопное отверстие в центре. Вал, приводящий в движение подвижную спираль, проходит насквозь через подвижный спиральный элемент (патент DE 3538522, F01C 17/06, F04C 18/02, 1986).

Известна спиральная машина с двухсторонним подвижным спиральным элементом, в которой вал проходит через концевой участок подвижного спирального элемента (патент US 5145344, F01C 1/02, F01C 19/08, 1992).

Недостатком известных конструкций является невозможность увеличения продолжительности сжатия и, как следствие, уменьшения обратных перетеканий, повышения степени сжатия и снижения остаточного давления, без изменения габаритов спиральных элементов или размеров вала.

Известна безмасляная спиральная машина, содержащая установленные на вращающемся валу подвижный спиральный элемент с двумя эвольвентными спиралями, выступающими по разные стороны из основания перпендикулярно ему, образующими с каждой из сторон эвольвентную расточку, и выполненный с возможностью орбитального движения; пару неподвижных спиральных элементов, каждый из которых имеет спираль, выступающую из основания и сопряженную с соответствующей спиралью подвижного спирального элемента, причем эвольвентные расточки подвижного спирального элемента в сборе со спиралями неподвижных спиральных элементов образуют рабочие камеры; в концевом участке спирали подвижного спирального элемента выполнено сквозное отверстие, в основании одного из неподвижных спиральных элементов выполнено выхлопное отверстие, которое соединяется со сквозным отверстием при помощи канала; на торцевой поверхности эвольвентных спиралей подвижного и неподвижных спиральных элементов имеется прямоугольная канавка с уплотнителем, огибающая вал и концевой участок спирали подвижного спирального элемента (патент US №5258046, F01C 19/08, F01C 1/02, 1993).

Последнее изобретение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком данной конструкции является невозможность увеличения продолжительности сжатия без уменьшения размеров вала, что приведет к снижению его прочности, а следовательно, снижению надежности машины.

Задачей изобретения является увеличение продолжительности сжатия при сохранении надежности машины.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в безмасляной спиральной машине, содержащей установленные на вращающемся валу подвижный спиральный элемент с двумя эвольвентными спиралями, выступающими по разные стороны из основания перпендикулярно ему, образующими с каждой из сторон эвольвентную расточку, и выполненный с возможностью орбитального движения;

пару неподвижных спиральных элементов, каждый из которых имеет спираль, выступающую из основания и сопряженную с соответствующей спиралью подвижного спирального элемента, эвольвентные расточки подвижного спирального элемента в сборе со спиралями неподвижных спиральных элементов образуют рабочие камеры;

в концевом участке спирали одного из неподвижных спиральных элементов выполнено выхлопное отверстие, в подвижном спиральном элементе выполнено сквозное отверстие, соединяющее одну из расточек через канал с выхлопным отверстием;

на торцевой поверхности каждой спирали имеется прямоугольная канавка с уплотнителем, огибающая вал и концевой участок спирали подвижного спирального элемента, согласно изобретению

контур сечения концевого участка спирали неподвижного спирального элемента выполнен совокупностью двух дуг окружностей, соединяющих внешнюю и внутреннюю эвольвенты, причем выпуклая дуга, касательная к внешней эвольвенте в точке соединения с ней, имеет радиус равный 0,1÷0,4 от толщины основной части спирали, а вогнутая дуга, касательная к выпуклой дуге и внутренней эвольвенте в точках соединения с ними, имеет угловую длину 90÷180°.

Решение задачи обеспечивает увеличение продолжительности сжатия при сохранении надежности машины.

Изобретение поясняется следующими чертежами:

на фиг. 1 представлена схема предлагаемой спиральной машины;

на фиг. 2 показан разрез А-А предлагаемой спиральной машины;

на фиг. 3 показана геометрия концевого участка неподвижного спирального элемента предлагаемой спиральной машины, где О - центр спирали;

на фиг. 4 показан график зависимости увеличения продолжительности сжатия Δ_СЖ по сравнению с прототипом от угловой длины вогнутой дуги L при различных отношениях радиуса выпуклой дуги r_K к толщине основной части спирали d.

Предлагаемая безмасляная спиральная машина содержит (фиг. 1) установленные на вращающемся валу 1 подвижный спиральный элемент 2 с двумя эвольвентными спиралями 3, выступающими по разные стороны из основания 4 перпендикулярно ему, пару неподвижных спиральных элементов 5 и 6, каждый из которых имеет спираль, выступающую из основания и сопряженную с соответствующей спиралью подвижного спирального элемента 7. Эвольвентные расточки подвижного спирального элемента 2 в сборе со спиралями 7 неподвижных спиральных элементов 5 и 6 образуют рабочие камеры 8. В концевом участке неподвижного спирального элемента 5 выполнено выхлопное отверстие 9, в подвижном спиральном элементе 2 выполнено сквозное отверстие 10, соединяющее одну из эвольвентных расточек 4 через канал 11 (фиг. 2) с выхлопным отверстием 9, на торцевой поверхности каждой спирали имеется прямоугольная канавка 12 с уплотнителем 13. В одной из частей корпуса со стороны подвижного спирального элемента 2 установлено противоповоротное устройство 14 для предотвращения поворота подвижного спирального элемента 2 относительно его геометрической оси. В верхней части корпуса в секторе между концами спиралей расположен всасывающий патрубок 15.

Сущность изобретения заключается в следующем.

В прототипе эвольвентные спирали имеют одинаковую толщину по всей длине с контуром сечения концевого участка, ограниченным выпуклой дугой окружности с радиусом равным 0,5 от толщины основной части спирали. Увеличение продолжительности сжатия в прототипе возможно либо за счет увеличения габаритов машины, либо за счет уменьшения диаметра вала, что приведет к снижению его прочности, и, следовательно, снижению надежности.

В предлагаемой спиральной машине (фиг. 3) контур сечения концевого участка спирали неподвижного спирального элемента образован совокупностью двух дуг окружностей, соединяющих внешнюю 16 и внутреннюю 17 эвольвенты, причем выпуклая дуга ВС, касательная к внешней эвольвенте 16 в точке соединения с ней (точка В), имеет радиус r_K равный 0,1÷0,4 от толщины основной части спирали d, а вогнутая дуга CD, касательная к выпуклой дуге ВС и внутренней эвольвенте 17 в точках соединения с ними (точки С и D), имеет угловую длину L 90÷180°. За счет этого концевой участок в предлагаемой машине может быть продлен к центру спирали О без изменения размеров вала. В результате происходит увеличение продолжительности сжатия, что ведет к снижению остаточного давления, при сохранении надежности машины.

Если радиус выпуклой дуги r_K больше 0,4 от толщины основной части спирали, не происходит значимого увеличения продолжительности сжатия. Если радиус выпуклой дуги r_K меньше 0,1 от толщины основной части спирали, происходит снижение механической прочности этого участка, и увеличиваются перетекания через него.

Угловая длина вогнутой дуги L составляет от 90 до 180 градусов. При данной угловой длине достигается максимальный выигрыш в продолжительности сжатия по сравнению с прототипом.

Контур сечения концевого участка спирали подвижного спирального элемента определяется из условия сопряжения подвижной и неподвижной спиралей.

На фиг. 4 представлена зависимость увеличения продолжительности сжатия Δ_СЖ по сравнению с прототипом от угловой длины вогнутой дуги L при различных отношениях радиуса выпуклой дуги r_K к толщине основной части спирали d.

График наглядно показывает, что в предлагаемой спиральной машине по сравнению с прототипом максимальный выигрыш в продолжительности сжатия происходит при любом радиусе выпуклой дуги в переделах 0,1÷0,4 от толщины основной части спирали и угловой длине вогнутой дуги 90÷180°.

Предлагаемая спиральная машина работает следующим образом. Всасывание осуществляется через всасывающий патрубок 15. При орбитальном движении подвижного спирального элемента 2 относительно неподвижных спиральных элементов 5 и 6 между спиралями образуются две рабочие камеры 8. Сжатие и перемещение газа со стороны всасывания в сторону нагнетания происходит благодаря уменьшению объемов рабочих камер. В определенный момент происходит объединение рабочих камер друг с другом и вытеснение сжимаемой среды через выхлопное отверстие 9. Причем перепуск газа в выхлопное отверстие из рабочих камер, непосредственно не соединенных с ним, осуществляется через сквозное отверстие 10.

Таким образом, конструкция предложенной безмасляной спиральной машины позволяет увеличить продолжительность сжатия, что уменьшит перетекания и, как следствие, снизит остаточное давление, при сохранении надежности машины.

Изобретение относится к области вакуумного машиностроения и компрессоростроения и может быть использовано в спиральных вакуумных насосах, воздушных и холодильных компрессорных машинах. Безмасляная спиральная машина содержит установленные на вращающемся валу подвижный спиральный элемент с двумя эвольвентными спиралями, выступающими по разные стороны из основания перпендикулярно ему, образующими с каждой из сторон эвольвентную расточку, и выполненный с возможностью орбитального движения, и пару неподвижных спиральных элементов, каждый из которых имеет спираль, выступающую из основания и сопряженную с соответствующей спиралью подвижного спирального элемента. Эвольвентные расточки подвижного элемента в сборе со спиралями неподвижных элементов образуют рабочие камеры. Контур сечения концевого участка спирали неподвижного спирального элемента выполнен совокупностью двух дуг окружностей, соединяющих внешнюю и внутреннюю эвольвенты. Выпуклая дуга, касательная к внешней эвольвенте, и вогнутая дуга, касательная к выпуклой дуге и внутренней эвольвенте выполнены по определенным зависимостям. Изобретение позволяет увеличить продолжительность сжатия, что уменьшит перетекания и, как следствие, повысит степень сжатия, снизит остаточное давление при сохранении надежности машины. 4 ил.

Безмасляная спиральная машина, содержащая установленные на вращающемся валу подвижный спиральный элемент, выполненный с возможностью орбитального движения, с двумя эвольвентными спиралями, выступающими по разные стороны из основания перпендикулярно ему, образующими с каждой из сторон эвольвентную расточку;
пару неподвижных спиральных элементов, каждый из которых имеет спираль, выступающую из основания и сопряженную с соответствующей спиралью подвижного спирального элемента, эвольвентные расточки подвижного спирального элемента в сборе со спиралями неподвижных спиральных элементов образуют рабочие камеры;
в концевом участке спирали одного из неподвижных спиральных элементов выполнено выхлопное отверстие, в подвижном спиральном элементе выполнено сквозное отверстие, соединяющее одну из расточек через канал с выхлопным отверстием;
на торцевой поверхности каждой спирали имеется прямоугольная канавка с уплотнителем, огибающая вал и концевой участок спирали подвижного спирального элемента, отличающаяся тем, что
контур сечения концевого участка спирали неподвижного спирального элемента выполнен совокупностью двух дуг окружностей, соединяющих внешнюю и внутреннюю эвольвенты, причем выпуклая дуга, касательная к внешней эвольвенте в точке соединения с ней, имеет радиус, равный 0,1÷0,4 от толщины основной части спирали, а вогнутая дуга, касательная к выпуклой дуге и внутренней эвольвенте в точках соединения с ними, имеет угловую длину 90÷180^°.