Компрессор с бесконтактным уплотнением поршня

 

Сущность изобретения: поршень (5) установлен в цилиндре (1) с образованием рабочей полости. В цилиндре (1) выполнены дроссельные отверстия (2), сообщенные трубопроводом нагнетания, на боковой поверхности поршня (5) - кольцевая проточка (6), сообщенная с трубопроводом всасывания полостью поршня (5). На боковой поверхности поршня (5) выполнены продольные канавки (8), сообщенные с рабочей полостью. Расстояние от проточки (6) до канавок (8) лежит в пределах 1-5 величин ширины канавок (8). Параметры канавок (8) определяют из комплекса подобия ..,5, определяемого с помощью уравнения. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (и)з F 04 В 39/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4810211/29 (22) 04.04.90 (46) 23.06.92. Бюл. М 23 (71) Омское научно-производственное обьединение микрокриогенной техники "Микрокриогенмаш" (72) В.А.Лесуков и И.В.Боровик (53) 621.512(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hL 821742, кл. F 04 В 31/00, 1981. (54) КОМПРЕССОР С БЕСКОНТАКТНЫМ

УПЛОТНЕНИЕМ ПОРШНЯ

„, SU,, 1742511 А1

2 (57) Сущность изобретения: поршень (5) установлен в цилиндре (1) с образованием ра. бочей полости, В цилиндре (1) выполнены дроссельные отверстия (2), сообщенные трубопроводом нагнетания, на боковой поверхности поршня (5) — кольцевая проточка (6), сообщенная с трубопроводом всасывания полостью поршня (5). На боковой поверхности поршня (5) выполнены продольные канавки (8), сообщенные с рабочей полостью.

Расстояние от .проточки (6) до канавок (8) лежит в пределах 1-5 величин ширины канавок (8), Параметры канавок (8) определяют из комплекса подобия Ск=2...5, определяемого с помощью уравнения. 1 ил.

1742511

Изобретение относится к компрессоростроению и касается компрессоров с бесконтактным уплотнением поршня.

Известен компрессор с бесконтактным уплотнением поршня. седержащий цилиндр и установленный с образованием камеры сжатия поршень, причем в стенке цилиндра выполнена кольцевая проточка, подключенная к источнику высокого давления. Отверстия рядов смещены одно относительно другого в окружном направлении.

Недостаток известной конструкции заключается в том, что цилиндрическое исполнение боковой поверхности части поршня от камеры сжатия до кольцевой проточки приводит к появлению прижимающей децентрирующей силы на этом участке при ненулевом эксцентриситете поршня в цилиндре, Эта сила противодействует центрирующей силе подшипника, уменьшает общую несущую способность и, таким образом, снижает надежность компрессора.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является компрессор с бесконтактным уплотнением поршня.

Поршень и цилиндр компрессора образуют аэростатический подшипник. Аэростатический подшпник имеет основной ряд питающих дроссельных отверстий, соединенных с линией высокого давления, дополнительный ряд дроссельных отверстий, питаемый от автономного давления, и кольцевые проточки.

Недостатком компрессора является как необходимость дополнительного автономного источника давления, так и наличие двух кольцевых проточек, обусловливающих увеличенный расход газа, Целью изобретения является повышение надежности и долговечности путем центрирования поршня.

Поставленная цель достигается тем, что в компрессоре с бесконтактным уплотнением поршня, содержащем цилиндр, поршень, установленный в цилиндре с образованием рабочей полости, трубопроводы всасывания и нагнетания газа, при этом в цилиндре выполнены дроссельные отверстия, сообщенные с трубопроводом нагнетания, а на боковой поверхности поршня — кольцевая проточка, сообщенная с трубопроводом всасывания посредством полости поршня, на боковой поверхности поршня выполнены продольные канавки, сообщенные с рабочей полостью, при этом расстояние от проточки до канавок лежит в пределах 1-5 величины ширины канавок, а параметры канавок определяются из комплекса подобия С»-2...5, определяемого согласно уравнению

С»=й» Ro }, где R»=hoc»(— — 1); г

1»

5 — э — з

1p y = —. } ос = 1 + J»(gск,")

"ок = 1 + к(}1о»» 1) :

15 Ьос» = 1 + — (1 + h») — 1);

h 1+- (1+и) . 1), 20 В Н„ ь= —;ь»= — ";

r с

 — ширина канавки;

Н» — глубина канавки; » — длина канавки;

L — половина расстояния от торца поршня до центра проточки;

r — радиус подвеса в районе канавок;

c — средний радиальный зазор;

n — число канавок, Указанные зависимости и оптимальная величина комплекса подобия С» выведены на основе численного моделирования работы . аэростатического подшипника поршня и его области канавок и уплотнительного пояска.

4О При смещении поршня в цилиндре со стороны уменьшения радиального зазора происходит увеличение сопротивления движения газа и приводит за счет канавок к повышению давления в зазоре, а с другой

45 стороны поршня в зазоре протекает процесс, противоположный описанному. Все это ведет к появлению центрирующей силы, направленной в одну сторону с центрирующей силой. аэростатического подшипника.

Вследствие этого повышается надежность центрирования поршня в цилиндре.

Предлагаемый компрессор отличается от известного тем; что на боковой поверхности поршня выполнены осевые канавки, 55 примыкающие с одной стороны к камере сжатия, а с другой не доходящие до кольцевой проточки на величину 1-5в.

На чертеже представлено схематическое изображение компрессора с бесконтактным уплотнением поршня, 1742511

Ск=Rx Ro j, 5 где В =h««(— — 1); г 1 к (Ос)3. ()з -к к — (уц °

3Q  — ширина канавки;

Нк — глубина канавки;

LK — длина канавки;

L — половина расстояния от торца до центра проточки; г — радиус подвеса в районе канавок; с — средний радиальный зазор;

n — число канавок.

Предлагаемые выражения позволяют с, учетом технологических возможностей изготовление подвеса с канавками производить, ориентируясь на С, обоснованный выбор его размеров, Формула изобретения

45 Компрессор с бесконтактным уплотнением поршня, содержащий цилиндр,поршень, установленный в цилиндре с образованием рабочей полости, трубопроводы всасывания и нагнетания газа, при

50 этом в. цилиндре выполнены дроссельные отверстия, сообщенные трубопроводом нагнетания, а на боковой поверхности поршня — кольцевая проточка, сообщенная с трубопроводом всасывания посредством полости

55 поршня, отличающийся тем,что,с целью повышения надежности и долговечности путем центрирования поршня, на боковой поверхности поршня выполнены продольные канавки; сообщенные с рабочей полостью, при этом расстояние от проВ цилиндре 1 с дроссельными отверстиями 2, сообщенными с трубопроводом 3.нагнетания, установлен с зазором и с образованием камеры 4 сжатия поршень 5, на боковой поверхности которого выполнена. кольцевая проточка 6, соединенная с трубопроводом 7 всасывания. На боковой поверхности поршня выполнены осевые канавки 8, примыкающие к камере 4 сжатия, а их длина меньше расстояния от камеры сжатия до кольцевой проточки. По другую сторону от проточки 6 в (вправлении штока 9 поверхность 10 поршня цилиндрическая и вместе с поверхностью цилиндра 1 образует аэростатический подшипник.

Предлагаемый компрессор с бесконтактным уплотнением поршня работает следующим образом.

При возвратном движении поршня 5 газ из полости 7 всасывания через всасывающий клапан поступает в камеру 4 сжатия.

При поступательном движении поршня происходит сжатие и нагнетание газа в полость

3 нагнетания.

Кольцевая проточка 6, подключенная к всасывающей полости, исключает влияние переменного давления в камере 4 сжатия на давление в рабочем зазоре аэростатического подшипника и не снижает несущей способности. Без кольцевой проточки несущая способность на ходе нагнетания может уменьшаться более, чем в 2 раза, Наддув газа в аэростатический подшипник осуществляется через дроссельные устройства.

При смещении поршня 5 из центрального положения под действием внешней нагрузки и уменьшении радиального зазора, например слева увеличивается сопротивление движению газа, что приводит к повышению давления в зазоре, а справа давление в зазоре падает, и под действием разности давлений возникает восстанавливающая сила, способствующая центрированию поршня. Это происходит за счет того, что существует внутреннее дросселирование газового потока в смазочном слое при его осевом движении. Дросселирование вызывается тем, что газовый поток "свободно" двигающийся по осевым канавкам 8, на выходе пережимается гладкой частью — уплотнительным пояском. За счет того, что это

"пережатие" неодинаково справа и слева сместившегося подвеса, возникает поле давлений на рабочей поверхности, генерирующее подьемную силу. Следовательно, несущая способность зависит прежде всего от степени "пережатия" потока. Проведенные исследования с помощью численного моделирования позволяют выявить комплекс подобия, от которого зависит несущая способность подвеса. величина которого составляет Ск=2-5:

) = —,.; 1ос = 1 + !к(киоск — 1);

-з -з

15 з з ок = 1 +1к()Ъкк — 1):

13оак -1 +g((1 +ha) 1);

Ь вЂ” 1+ (1 +Ь ) K

B H

Ь= — йк= —

1742511 о»к — 1 + — ф(1 + h») — 1}, 5 В, Нк "к= —, г с

Ск=R» Ro g где R»=hoc»(— — 1);

2 1! к -к к — дц р

Rî = () (р-) — з — з у= —; hoc =1+I»(hoe» -1);

Составитель В.Лесуков

Техред М. Моргентал Корректор M.Ìàêñèìèøèíåö

Редактор Н.Гунько

Заказ 2271 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 точки до канавок лежит в пределах 1-5 величины ширины канавок, а параметры канавок определяются из комплекса подобия Ск-2-5, определяемого согласно уравнению ок =1+ 4(ho»» — 1);

3 3 атос» — 1 + — ф(1 + ») — 1),  — ширина канавки;

Нк — глубина канавки:

Li — длина канавки;

15 L — половина расстояния от торца поршня до центра проточки;

r — радиус подвеса в районе канавок; с — средний радиальный зазор; и число канавок.