Роторный компрессор Советский патент 1992 года по МПК F04C23/02 F04C18/00 

Изобретение относится к насосо- и ком- прессоростроению и может быть использован для нагнетания рабочего тела в автономных криогенных микросистемах активного действия.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является роторный компрессор, содержащий корпус с торцовыми крышками, снабженными перепускными

каналами, в цилиндрической расточке которого размещены три неподвижные перегородки, в одной из которых, установленной соосно с выходным валом, выполнен выпускной осевой канал, а в других перегородках выполнены впускные каналы, сообщающиеся с перепускными каналами крышек, поршни, установленные на рабочем валу в полости корпуса, образующие с перегородками рабочие камеры, кривошипно-шатун- ный механизм с выходным валом, и дуговая накладка с проточками на наружной цилиндрической поверхности поочередно сообщающимися с выпускным каналом перегородки.

Недостатком компрессора является пониженная производительность вследствие использования рабочих камер только со стороны средней перегородки и недолговеч- ность из-за повышенного износа подшипников рабочего вала, нагруженных несимметричными силами давления рабочего тела на поршни, и кривошипно-шатун- ного механизма, нагруженного силами в течение всего времени преобразования вращательного движения в колебательное.

Цель изобретения - повышение производительности за счет использования рабо- чих камер по обе стороны поршней и, кроме того, повышение долговечности за счет разгрузки кривошипного механизма во время работы благодаря непосредственному соединению постоянной муфтой вала бескон- тактного электродвигателя, совершающего колебательное движение, с рабочим валом компрессора, и отсутствию радиальных нагрузок на подшипники рабочего вала в связи с симметричным расположением сил давления рабочего тела на поршни.

Поставленная цель достигается тем, что компрессор снабжен пусковым электродвигателем с управляемой электромагнитной муфтой, бесконтактным электродвигателем постоянного тока с центральным кольцом и постоянной муфтой на валу электродвигателя, маховиком с закрепленным на нем датчиком положения, при этом механизм колебательного движения ротора бескон- тактного электродвигателя выполнен в виде коленчатого вала, втулки, установленной на кривошипе с закрепленными на ней пальцами и центрального кольца вала бесконтактного электродвигателя с радиальными отверстиями, в которых размещены игольчатые подшипники и расположены пальцы втулки, при этом ось кривошипа расположен под углом к оси коленчатого вала, рав- ным половине максимального угла поворота ротора, а центр вращения кривошипа совпадает с точкой пересечения осей вала бесконтактного электродвигателя и коленчатого вала.

Кроме того, с целью повышения давле- ния нагнетаемого рабочего тела, компрессор снабжен второй ступенью, установленной оп- позитно первой и соединенной с валом бесконтактного электродвигателя постоянной муфтой.

Возможность достижения положительного эффекта обеспечивается тем, что компрессор благодаря двухстороннему действию поршней вдвое повышает производительность и благодаря непосредственному соединению постоянной муфтой вала бесконтактного электродвигателя, совершающего колебательное движение под управлением электронного коммутатора, с рабочим валом компрессора кривошипный механизм и подшипники рабочего вала разгружены и не подвергаются интенсивному износу, датчик положения, установленный на равномерно вращающемся маховике, обеспечивает подачу импульсов в электронный коммутатор.

На фиг. 1 схематично показан продольный разрез А-А компрессора по коленчатому валу с кривошипом и пусковому электродвигателю; на фиг. 2 - разрез Б-Б на фиг.; на фиг. 3 - разрез В-В на фиг. 2; на фиг. 4 - схема компановки двухцилиндрового роторного компрессора.

Компрессор содержит пусковой электродвигатель 1 с управляемой электромагнитной муфтой 2 сцепления, привод 3 с высокой точностью угла неполного поворота рабочего вала 4 и роторный цилиндр 5. Привод 3 состоит из бесконтактного электродвигателя постоянного тока 6 и кривошипного механизма 7 колебательного движения с высокой точностью угла неполного поворота рабочего вала 4. Бесконтакт- ный электродвигатель 6 состоит из постоянного магнита 8, изготовленного из закритического материала, поток которого подводится к двум кольцевым параллельным магнитопроводам 9 через спицы, направленные к центру навстречу друг другу (не показаны), двух обмоток 10, охватывающих магнитопроводы 9, и внешнего магни- топровода 11. Кривошипный механизм 7 состоит из картера 12 с крышками 13, в которых на подшипниках 14 размещен коленчатый вал 15с маховиком 16 и кривошипом 17 под углом у0 к общей оси коренных шеек 18, равным половине максимального угла поворота рабочего вала 4 и центром вращения, совпадающим с точкой пересечения общей оси коренных шеек 18 и оси вала с центральным кольцом 19 бесконечного электродвигателя 6, втулки 20, установленной на кривошипе 17 на двух радиально- упорных подшипниках 21, и содержащей два оппозитных шипа 22, вала с центральным кольцом 19, установленного в подшипниках 23 крышек 24 и соединенного при помощи игольчатых подшипников 25 с шипами 22 через монтажное отверстие картера

12, закрываемое крышками 26. Роторный цилиндр 5 состоит из цилиндра 27, в котором диаметрально противоположно закреплены секторообразные перегородки 28, рабочего вала 4 и диаметрально противоположно закрепленными на нем секторооб- разными поршнями 29, установленного на подшипниках 30 и соединенного постоянной муфтой 31 с валом 19 бесконтактного электродвигателя 6, клапанных досок 32 и 33 с всасывающими 34 и нагнетательными 35 клапанами и крышками 36. В каждом роторном цилиндре 5 образуется по четыре рабочей камеры Г, Д, Е, Ж. Постоянная муфта 31 предназначена кроме передачи крутящегося момента еще и для фиксации взаимного углового положения валов 4 и 19, На уплотняющие поверхности (цилиндрические и торцовые) рабочего вала 4 и поршней 29 нанесен тонкий слой твердого самосмазывающегося покрытия, облегчающего приработку и предохраняющего от задиров. В мертвых точках рабочего вала 4 зазор между боковыми гранями перегородок 28 и пор- шней 29 не превышает 0,1-0,2 мм. На маховике 16 установлен датчик 37 положения. На картере 12 может быть оппозитно первому установлен второй роторный цилиндр 38, соединенный постоянной муфтой 39 с валом 19 (фиг. 4), т.е. цилиндр второй ступени сжатия.

Компрессор работает следующим образом.

При включении пускового электродвигателя 1 коленчатый вал 15 с маховиком 16 приводится во вращательное движение, а вал 19 с центральным кольцом - в качатель- ное. Датчик 37 положения, установленный на маховике 16, генерирует импульсы управления которые обеспечивают надежную коммутацию обмоток 10 бесконтактного электродвигателя 6 при помощи электронного коммутатора (не показан), В результате электромагнитного взаимодействия обмоток 10 и магнитного поля постоянного магнита 8 магнитопроводы 9, установленные на валу 19с центральным кольцом, совершают неполноповоротное качательное движение и при помощи подшипников 25 и шипов 22 поддерживают через втулку 20 и кривошип 17 вращательное движение коленчатого вала 15. После пуска электродвигатель 1 автоматически отключается при помощи управляемой электромагнитной муфты 2 сцепления. Равномерность хода компрессора и надежность коммутации обмоток 10 бесконтактного электродвигателя 6 постоянного тока обеспечиваются маховиком 16 и датчиком 37 положения. При этом угол неполного поворота вала 19 с цен;ральным

кольцом равен удвоенному углу у0 наклона кривошипа 17 к общей оси коренных шеек 18 коленчатого вала 15. Крутящий момент, создаваемый магнитопроводами 9, передается непосредственно через постоянную муфту 31 рабочему валу 4. Кривошипный механизм 7 качания рабочего вала 4 выполняет лишь функции механизма, задающего высокую точность угла неполного поворота

рабочего вала 4, и нагружен только разностью моментов, создаваемых бесконтактным электродвигателем 6 и рабочим вало 4 роторного цилиндра 5, в результате чего износ рабочих поверхностей кривошипного

механизма 7 незначителен и практически не влияет на долговечность роторного компрессора. Кроме того, симметричное действие поршневых сил на секторообразные поршни 29 не создает радиальную нагрузку

на подшипники 30.

При повороте рабочего вала 4 (фиг. 3) по часовой стрелке впереди поршней 29 в камерах Г и Д происходит сначала сжатие рабочего тела до давления нагнетания, а затем

после открытия нагнетательных клапанов 35 - выталкивание рабочего тела в ресивер. Сзади поршней 29 в камерах Е и Ж происходит в это время сначала расширение вса- сывания, а затем после открытия

всасывающих клапанов 34 - наполнение камер Е и Ж из ресивера низкого давления.

При повороте рабочего вала 4 против часовой стрелки впереди поршней 29 в камерах Е и Ж происходит сначала процесс

открытия нагнетательных клапанов 35 - выталкивание рабочего тела в ресивер. Сзади поршней 29 в камерах Г и Д происходит в это время сначала расширение рабочего тела из мертвых объемов камер Г и Д до давления всасывания, а затем после открытия всасывающих клапанов 34 - наполнение камер Г и Д из ресивера низкого давления. Далее процесс компримирования рабочего тела в камерах Г, Д, Е и Ж повторяется.

Аналогично работает и роторный цилиндр 38 второй ступени сжатия.

По сравнению с известным, имеющим рабочие камеры только со стороны средней перегородки, в предлагаемом компрессоре

вдвое увеличивается число рабочих камер за счет использования второй стороны поршней и перегородок, В известном устройстве на рабочий вал действуют несимметричные поршневые силы, которые создают радиальную нагрузку на подшипники рабочего вала, в предлагаемом компрессоре поршневые си- ли симметричны и радиальная нагрузка на подшипники рабочего вала отсутствует. Кроме того, значительно разгружены и подшипники кривошипного механизма в связи с передачей крутящего момента бесконтактного электродвигателя непосредственно рабочему валу через постоянную муфту.

Предлагаемое решение по сравнению с известным благодаря использованию обеих сторон поршней и передаче крутящего момента от бесконтактного электродвигателя постоянного тока непосредственно рабочему валу компрессора и не менее чем в 5 раз увеличить долговечность,

Формула изобретения 1. Роторный компрессор, содержащий корпус с расточкой, в которой установлены неподвижные перегородки, ротор с закреп- ленными на нем секторными поршнями, размещенными между перегородками с образованием рабочих камер, и механизм колебательного движения ротора, включающий вал с кривошипом, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, компрессор снабжен пусковым электродвигателем с приводным валом и закрепленной на нем электромагнитной муфтой, а также двигателем постоянного то- ка с постоянной муфтой сцепления, расположенной на его валу, и маховиком с установленным на нем датчиком положения, механизм колебательного движения ротора кинематически связан с валами пускового электродвигателя и двигателя постоянного тока и выполнен в виде втулки с закрепленными на ней пальцами и центрального кольца, установленного на валу двигателя постоянного тока, втулка размещена на кривошипе, а в кольце выполнены радиальные отверстия, в которых установлены игольчатые подшипники и пальцы втулки, при этом оси кривошипа и вала пускового электродвигателя расположены под углом друг к другу, равным половине максимального угла поворота ротора, а оси пальцев и кривошипа проходят через точку пересечения осей валов компрессора и приводного электродвигателя,

2. Компрессор по п. 1 ,о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что, с целью повышения давления нагнетаемого рабочего тела, компрессор снабжен второй ступенью, установленной оппозитно первой и соединенной с валом электродвигателя постоянного тока посредством муфты сцепления.

Изобретение относится к насосо- и ком- прессоростроению и может быть использовано для нагнетания рабочего тела в автономных криогенных установках. Цель- повышение объемной производительности. Компрессор снабжен корпусом с расточкой, в который установлены неподвижные перегородки, ротор с закрепленными на нем сек- торными поршнями и механизм колебательного движения ротора, включающий вал с кривошипом, а также пусковым электродвигателем с приводным валом и закрепленной на нем электромагнитной муфтой, двигателем постоянного тока с постоянной муфтой сцепления, расположенной на его валу, и маховиком с установленным на нем датчиком положения. При этом механизм колебательного движения ротора кинематически связан с валами пускового электродвигателя постоянного тока и выполнен в виде втулки с закрепленными на ней пальцами и центрального кольца, установленного на валу двигателя постоянного тока, втулка размещена на кривошипе, а в кольце выполнены радиальные отверстия, в которых установлены игольчатые подшипники и пальцы втулки, при этом оси кривошипа и вала пускового электродвигателя расположены под углом друг к другу, равным половине максимального угла поворота ротора, а оси пальцев и кривошипа проходят через точку пересечения осей валов компрессора и приводного электродвигателя. С целью повышения давления нагнетаемого рабочего тела компрессор снабжен второй ступенью, установленной оппозитно первой и соединенной с валом электродвигателя постоянного тока посредством муфты сцепления. 1 з п. ф-лы, 4 ил. (Л С XS N о N4 00 iK

ШЩ222&

12 1

8