Ротационный компрессор Советский патент 1993 года по МПК F04C18/00 

Изобретение относится к компрессоро- строению и предназначено для сжатия и перемещения газа из области низкого давления в область высокого давления.

Известна конструкция ротационного компрессора, содержащего корпус с цилиндрической рабочей камерой и устройствами газораспределения, концентричные валы, размещенные в корпусе, поршни, установленные на валах с образованием в рабочей камере торообразных рабочих.ячеек, и механизм привода поршней и валов.

Недостатком такого компрессора является то, что при минимальном объеме торо- образной рабочей ячейки после окончания процесса нагнетания за счет гидравлических потерь в процессе нагнетания давление рабочего газа в этой ячейке больше, чем давление газа в камере нагнетания. При этом увеличиваются потери производитель- ности и индикаторные потери, что ведет к снижению экономичности работы компрессора.

Наиболее близкой является конструкция ротационного компрессора, содержа- щего корпус с рабочей камерой и камерой синхронизации, камерами всасывания и нагнетания, каждое из которых имеет переднюю и заднюю кромки, размещенные в корпусе концентричные валы, на каждом из которых закреплен поршень секторного типа, а в камере синхронизации размещен механизм синхронизации валов.

По сравнению с описанным выше аналогом потери давления в окне нагнетания в данной конструкции меньше, так как здесь отсутствуют самодействующие запорные органы. Следовательно, становится меньше и давление (и масса) порции газа, которая остается в рабочей ячейке после окончания процесса нагнетания. Однако давление этой порции газа остается больше давления газа в камере нагнетания, так как гидравлические потери газа в окне нагнетания имеют место. Эти потери растут с увеличением ча- стоты вращения роторов. При этом, естественно, растут потери производительности и растет энергопотребление компрессора.

Целью изобретения является повышение производительности.

Поставленная цель достигается тем, что ротационный компрессор содержит корпус с окнами всасывания и нагнетания и цилиндрической рабочей камерой, размещенные в камере концентричные валы, на каждом из которых закреплен, по меньшей мере, один поршень секторного типа, и механизм синхронизации валов, размещенный в камере синхронизации, при этом компрессор снабжен вкладышем, выполненным из антифрикционного материала, на цилиндрической поверхности рабочей камеры на участке между задней кромкой окна нагнетания и передней кромкой окна всасывания выполнена профилированная проточка, в которой закреплен вкладыш, при этом проточка сообщена с окном нагнетания, а площадь ее проходного сечения уменьшается в направлении вращения поршней.

На фиг.1 схематично показан поперечный разрез ротационного компрессора; на фиг.2 - индикаторные диаграммы рабочего процесса прототипа и заявляемого устройства.

Ротационный компрессор (фиг.1) содержит корпус 1 с рабочей камерой 2 и камерами синхронизации, всасывания и нагнетания (условно не показаны), окнами всасывания 3 и нагнетания 4, каждое из которых имеет переднюю кромку 5, 6 и заднюю кромку 7, 8, размещенные в корпусе 1 в опорных узлах с возможностью вращения концентричные валы 9, 10. На валу 9 закреплен поршень секторного типа 11; на валу 10 закреплен поршень секторного типа 12 (место соединения деталей 10 и 12 в разрез не попало). В камере синхронизации размещен механизм синхронизации валов 9, 10 (условно не показан). Поверхности камеры 2 и поршней 11, 12 образуют между собой торообразные рабочие ячейки секторного типа 13, 14. На внутренней поверхности рабочей камеры 2 между кромками 5 и 8 вдоль кромки 8 окна 4 выполнена проточка 15,соединяющаяся с окном 4.Площадь проходного сечения проточки 15, измеряемая в радиальной плоскости, проходящей через ось вращения валов 9, 10, увеличивается в направлении от кромки 5 к кромке 8. На поверхности проточки 15 установлен вкладыш 16, выполненный из антифрикционного материала и выступающий над зеркалом поверхности рабочей камеры 2.

Ротационный компрессор работает следующим образом.

Крутящий момент, подаваемый на приводной вал компрессора, через механизм синхронизации подается на концентричные валыЭ, 10и поршни 11,12. При этом поршни 11, 12 вращаются в камере 2 с переменной угловой скоростью так, что образованные ими рабочие ячейки 13 (14) периодически изменяют свой объем от минимальной величины до максимальной и наоборот. При увеличении объема рабочих ячеек 13 (14) от минимальной величины происходит обратное расширение газа в них до момента соединения этих ячеек с окном всасывания 3; при дальнейшем увеличении их обьема они заполняются через окно 3 свежей порцией

газа. При достижении объемом рабочей ячейки максимальной величины она отсекается от окна 3 кромкой 7; и затем начинается уменьшение объема рабочей ячейки, то есть сжатие газа. Процесс сжатия протекает до тех пор, пока ячейка 13 (14) не начинает взаимодействовать с окном 4: в этом случае начинается процесс нагнетания и газ выталкивается из рабочей ячейки в окно 4. Так как в процессе нагнетания имеют место гидрав- лические потери, то к тому моменту, когда ячейка 13 (14) пройдет заднюю кромку 8, давление газа в этой ячейке будет больше, чем в камере нагнетания и окне 4, поэтому при минимальном объеме рабочей ячейки 13, показанном на чертеже, газ по проточке 15 будет продолжать поступать в окно 4 из ячейки 13. При этом снижается количество газа в ячейке 13, которое переносится в окно 3, снижается также давление газа в ячейке 13 и, следовательно, снижаются утечки газа в ячейку 14, в которой начинается процесс сжатия, по зазорам (например, по зазору между поршнем 12 и в алом 9). Такое снижение давления обусловливает снижение индикаторной работы, потребляемой компрессором. Сказанноехорошо иллюстрируется представленными на фиг.2 индикаторными диаграммами. Здесь диаграмма изменения давления в зависимости от изменения объема рабочей ячейки 1-2-3-4-5-1 характерна для прототипа. Очевидно, что рабочий процесс прототипа сопровождается большими индикаторными потерями в процессе нагнетания (площадка 2-3-4-2). При этом процесс всасывания должен начинаться в точке 5, то есть, полезный описанный объем определяется величиной отрезка 5-1. При работе заявляемого устройства рабочий процесс заметно изменяется (диаграмма 1- 2-3-4-5-1): во-первых, за счет дополнительного выталкивания газа в камеру нагнетания по проточке 15 снижается давление в рабочей ячейке и индикаторные по- тери на нагнетании (площадка 2-3-4-2 меньше площадки 2-3-4-2); во-вторых, за счет снижения количества газа, остающегося в рабочей ячейке, процесс всасывания должен начинаться в точке 5, то есть, по сравнениюс прототипом, полезный описанный объем увеличивается и определяется длиной отрезка 5-1, то есть увеличивается производительность.

Следует также отметить, что проточка 15 является как бы продолжением окна 4, что позволяет снижать индикаторные потери на конечном участке процесса нагнетания.

Вкладыш 16 позволяет уменьшить проходное сечение зазора, образованного внешними поверхностями поршней 11, 12 и поверхностью камеры 2 и заключенного между кромками 5 и 8. При этом снижаются утечки газа из окна 4 в окно 3 и тем самым также увеличивается производительность компрессора,

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет обеспечить повышение производительности компрессора за счет снижения индикаторных потерь в процессе нагнетания и снижения остаточного количества сжатого газа в рабочей ячейке. По сравнению с прототипом, по предварительной оценке, производительность компрессора и его экономичность повысятся на 2-4%. Отсутствие достаточного количества необходимых данных не позволяет оценить величину экономического эффекта от использования заявляемого технического решения.

Формула изобретения

Ротационный компрессор, содержащий корпус с окнами всасывания и нагнетания и цилиндрической рабочей камерой, размещенные в камере концентричные валы, на каждом из которых закреплен по меньшей мере один поршень секторного типа, и ме- ханизм синхронизации валов, размещенный в камере синхронизации, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, компрессор снабжен вкладышем, выполненным из антифрикционного материала, на цилиндрической поверхности рабочей камеры на участке между задней кромкой окна нагнетания и передней кромкой окна всасывания выполнена профилированная проточка, в которой закреплен вкладыш, при этом проточка сообщена с окном нагнетания, а площадь ее проходного сечения уменьшается в направлении вращения поршней.

Фиг.1

Использование: в компрессорострое- нии и предназначено для сжатия и перемещения газа из области низкого давления в область высокого давления. Сущность изобретения: крутящий момент подается на концентричные валы 9, 10 и поршни 11, 12, которые вращаются в камере 2 с переменной угловой скоростью так, что образован- ные ими рабочие ячейки 13 (14) периодически изменяют свой объем от min до max и наоборот. При достижении объемом рабочей ячейки max она отсекается от окна 3 кромкой 7, а затем начинается процесс сжатия газа, который протекает-до тех пор, пока ячейка 13 (14) не начнет взаимодействовать с окном 4. В процессе нагнетания имеют место гидравлические потери, когда ячейка 13 (14) пройдет заднюю кромку 8, давление газа в этой ячейке будет больше, чем в камере нагнетания и окне 4, то при min объеме рабочей ячейки 13, газ по проточке 15 будет продолжать поступать в окно 4 из ячейки 13, т.е. снижаются утечки газа в ячейку 14, в которой начнется процесс сжатия. Такое снижение давления обуславливает снижение индикаторной работы. 2 ил. 16 1 13 (Л С