Роторный компрессор

 

Изобретение относится к насосои компрессоростроению и может быть использовано для нагнетания рабочего тела в автономных криогенных установках. Цельповышение объемной производительности. Компрессор снабжен корпусом с расточкой, в который установлены неподвижные перегородки , ротор с закрепленными на нем секторными 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s F 04 С 23/02, 18/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 м ) ,фь

C)

ОО К) (21) 4793529/29 (22) 20.02.90 (46) 15.06.92. Бюл. ¹ 22 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро по криогенной технике с опытным производством Физико-технического института низких температур АН

УССР (72) В.Н.Замошников, Б.Н.Муринец-Маркевич и И.Е.Левчук (53) 621.514 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1506170, кл. F 04 С 21/00, 1987. (54) РОТОРНЫЙ КОМПРЕССОР (57) Изобретение относится к насосо- и компрессоростроению 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 секторными поршнями и механизм колебательного движения ротора, включающий вал с кривошипам, а также пусковым электродвигателем с приводным валом и заИзобретение относится к насоса- и компрессоростроению 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

„„. Ж„„1740782 А1 крепленной 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. 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 перегород1740782 ками рабочие камеры, кривошипно-шатунный 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 сто. роны средней перегородки и недолговечность из-за повышенного износа подшипников рабочего вала, нагруженных несимметричными силами давления рабочего тела на поршни, и кривошипно-шатунного механизма, нагруженного силами в течение всего времени преобразования вращательного движения в колебательное, 5

Цель изобретения — повышение производительности за счет использования рабо20 ния нагнетаемого рабочего тела, компрессор снабжен второй ступенью, установленной оппозитно первой и соединенной с валом бесконтактного электродвигателя постоянной муфтой, 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- 25 тактного электродвигателя, совершающего колебательное движение, с рабочим валом. компрессора, и отсутствию радиальных нагрузок на подшипники рабочего вала в связи с симметричным расположением сил 30 давления рабочего тела на поршни.

Поставленная цель достигается тем, что компрессор снабжен пусковым электродвигателем с управляемой электромагнитной муфтой, бесконтактным электродвигателем 35 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- 40 тактного электродвигателя выполнен в виде коленчатого вала, втулки, установленной на кривошипе с закрепленными на ней пальцами и центрального кольца вала бесконтактного электродвигателя с радиальными 45 отверстиями, в которых размещены игольчатые подшипники и расположены пальцы втулки, при этом ось кривошипа расположен под углом к оси коленчатого вала, равным половине максимального угла 50 поворота ротора, а центр вращения кривошипа совпадает с точкой пересечения осей вала бесконтактного электродвигателя и коленчатого вала.

Кроме того, с целью повышения давле- 55

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 кривошипам и пусковому электродвигателю; на фиг. 2 — разрез Б — Б на фиг„на фиг. 3 — разрез  — 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, Бесконтактный 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 магнитопровода 11. Кривошипный механизм 7 состоит из картера 12 с крышками 13, в которых на подшипниках 14 размещен коленчатый вал 15 с маховиком 16 и кривошипом 17 под углом уо 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 радиальноупорных подшипниках 21, и содержащей два оппозитных шипа 22, вала с центральным кольцом 19, установленного в подшипниках 23 крышек 24 и соединенного при помощи игольчатых подшипни;ов 25 с шипами 22 через монтажное отверстие картера

1740782

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 секторообразными 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 поршней 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 качательное. Датчик 37 положения, установленный на маховике 16, генерирует импульсы управления которые обеспечивают надежную коммутацию обмоток 10 бегконтактного электродвигателя 6 при помощи электронного коммутатора (не показан), B результате электромагнитного взаимодействия обмоток 10 и магнитного поля постоянного магнита 8 магнитоп роводы 9, установленные на валу 19 с 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 гральным

55 кольцом равен удвоенному углу уо 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 валом

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 всасывания, 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 сили симметричны и радиальная нагрузка на подшипники рабочего вала отсутствует.

Кроме того, значительно разгружены и под1740782 шипники 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 закрепленными на нем секторными поршнями, размещенными между перегородками с образованием рабочих камер, и механизм колебательного движения ротора, включающий вал скривошипом, отл и чаю щи йся тем, что, с целью повышения производительности, компрессор снабжен пусковым электродвигателем с приводным валом .и закрепленной на нем электромагнитной муфтой, а также двигателем постоянного тока 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

5 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 кри10 вошипе, 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

15 другу, равным половине максимального угла поворота ротора, а оси пальцев и кривошипа проходят через точку пересечения осей валов компрессора и приводного электродвигателя, 20 2. Компрессор по и. 1,о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения давления нагнетаемого рабочего тела, компрессор снабжен второй ступенью, установленной оппозитно первой и соединенной с валом

25 электродвигателя постоянного тока посредством муфты сцепления.

1740782

Б-б