Мотор-компрессор для создания избыточного давления рабочего тела

Изобретение может быть использовано в области машиностроения, в частности в конструкциях поршневых компрессоров. Мотор-компрессор содержит приводной электродвигатель, головку цилиндра с впускным и выпускными клапанами, поршень, корпус и гильзу цилиндра с криволинейными пазами, вал с площадкой. Ролики передаточного механизма опираются на указанные площадки. Площадка вала, расположенная в поршне, выполнена в виде ступенчатой лопатки, сочлененной с поршнем посредством прямоугольной перфорированной обоймы с двумя рядами отверстий на каждой рабочей поверхности, в которых помещены ролики, размещенные с обеих сторон лопатки и опирающиеся на плоские рабочие поверхности паза, выполненного в поршне. Передаточный механизм включает также тела скольжения (ползуны), расположенные в поршне и в беговой дорожке, выполненной в корпусе и в основании гильзы. Обойма с роликами может быть подпружинена с обоих торцов. Поверхности лопатки вала мотор-компрессора, на которые опираются ролики, расположенные в обойме, могут быть выполнены вогнутыми на длине, соответствующей ходу поршня. Повышается надежность за счет снижения удельных нагрузок на детали механизма, упрощается конструкция, сборка и ремонт компрессора. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям поршневых компрессоров.

Известны конструкции поршневых компрессоров, преобразование вращательного движения вала в поступательное движение поршня, в которых происходит при помощи кривошипно-шатунного механизма, содержащего коленчатый вал сложной формы и шатун. Бескривошипный поршневой компрессор позволяет упростить конструкцию за счет исключения из схемы механизма коленчатого вала и шатуна. Это позволяет понизить массу и габариты конструкции, уменьшить количество дорогостоящих деталей, что понизит общую стоимость компрессора.

Известен поршневой компрессор, содержащий цилиндр и расположенный в нем шток с поршнем, имеющим бесконтактное уплотнение. На штоке свободно установлена втулка, имеющая по окружности, по крайней мере, два ряда отверстий, в которых размещены шарики. Втулка снабжена тремя равномерно расположенными на наружной поверхности продольными ребрами с пазами, направляющими с канавками и дополнительными шариками [а.с. №1557355. F04В 25/00, опубл. 15.04.1990, бюл. №14]. В такой конструкции поршневого компрессора полностью отсутствует трение скольжения между втулкой и цилиндром, что увеличивает ресурс работы компрессора.

Недостатком такой конструкции является относительная сложность конструкции, большое количество деталей, что вызывает сложность сборки.

Известна поршневая машина для преобразования энергии рабочего тела в механическую работу, содержащая поршни, размещенные в цилиндре, поршневые валы, установленные в корпусе машины и связанные с поршнями при помощи подвижных соединений, которые включают рабочие площадки (например, в виде прямоугольных лопаток) и ходовые ролики, шестерню, укрепленную на поршневых валах, камеру сжатия и сгорания [патент RU №2227209, F01В 3/04, опубл. 20.04.2004, бюл. №11]. На поверхности поршня выполнен криволинейный паз, в котором расположены установленные в корпусе машины беговые ролики передаточного механизма. Такая конструкция позволяет упростить конструкцию компрессора, уменьшить механические потери в сопряжении «поршень-цилиндр» за счет придания поршню вращательного движения, улучшить массогабаритные показатели. Уменьшить инерционность компрессора.

Недостатком такой конструкции являются большие удельные давления в парах «ролик-площадка» и «ролик-поршень», а также сложность изготовления зубьев ролика, площадки и поршня и их повышенный износ.

В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в создании избыточного давления рабочего тела, повышении надежности заявляемого мотор-компрессора за счет снижения удельных нагрузок на детали механизма, а также в упрощении конструкции, простоте сборки и ремонта компрессора.

Указанная задача решается тем, что в мотор-компрессоре для создания избыточного давления рабочего тела, содержащем приводной электродвигатель, головку цилиндра с впускным и выпускными клапанами, поршень, корпус и гильзу цилиндра с криволинейными пазами, вал с площадкой, ролики передаточного механизма, опирающиеся на указанные площадки, согласно изобретению площадка вала, расположенная в поршне, выполнена в виде ступенчатой лопатки, сочлененной с поршнем посредством прямоугольной перфорированной обоймы с двумя рядами отверстий на каждой рабочей поверхности, в которых помещены ролики, размещенные с обеих сторон лопатки и опирающиеся на плоские рабочие поверхности паза, выполненного в поршне, кроме того, передаточный механизм включает также тела скольжения (ползуны), расположенные в поршне и в беговой дорожке, выполненной в корпусе и в основании гильзы.

Другим отличием является то, что обойма с роликами может быть подпружинена с обоих торцов. Поверхности лопатки вала мотор-компрессора, на которые опираются ролики, расположенные в обойме, могут быть выполнены вогнутыми на длине, соответствующей ходу поршня. Поверхности паза поршня, на которые опираются ролики, расположенные в обойме, могут быть выполнены вогнутыми на длине, соответствующей ходу поршня. Обойма может быть выполнена из упругодеформируемого материала.

Использование тел скольжения (ползунов) в механизме преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное позволяет исключить из конструкции подшипник качения, имеющий низкие показатели надежности при работе на больших частотах вращения подшипника при переменных ударных нагрузках и резком изменении направления вращательного движения. Благоприятные условия смазки, существующие в мотор-компрессорах холодильных агрегатов, позволяют создать необходимые условия для скольжения ползуна в беговой дорожке.

Использование перфорированной обоймы с роликами позволяет снизить контактные напряжения между лопаткой вала и пазом поршня за счет распределения нагрузки между всеми роликами.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 - представлена конструктивная схема мотор-компрессора для создания избыточного давления рабочего тела; на фиг.2 - вид по А-А фиг.1; на фиг.3 - поверхности лопатки вала и паза поршня, вогнутые в форме дуг большого радиуса R на длине, соответствующей ходу обоймы; на фиг.4 - то же, что на фиг.3, но вогнутые поверхности образованы сочленением трех прямых.

Мотор-компрессор включает электродвигатель 1, приводящий в движение жестко закрепленный в нем вал 2, на конце которого выполнена расположенная в поршне площадка в виде ступенчатой лопатки 3. На лопатке расположена перфорированная обойма 4, в отверстия которой помещены ролики 5 (тела вращения). Обойма 4 с роликами 5 расположена в прямоугольном пазу 6, выполненном в поршне 7, движущемся внутри гильзы цилиндра 8, запрессованной в корпус 9 и образующей в сочленении с ним синусоидальную беговую дорожку 10 на поверхности цилиндра, в которой расположены тела скольжения - ползуны 11, установленные в отверстия поршня 7. На корпус 9 крепится головка 12 цилиндра с расположенными в ней впускными и выпускными клапанами (на чертеже не указаны), выполняющими газораспределительную функцию.

Обойма с роликами может быть подпружинена с обоих торцов, при этом одна пружина 13 (группа пружин) установлена между одним из торцов обоймы 4 и торцом паза поршня 7, а другая пружина 13 (группа пружин) - между другим торцом обоймы 4 и торцом ступени лопатки 3 вала 2 мотор-компрессора. Поверхности А лопатки 3 вала, на которые опираются ролики 5, расположенные в обойме 4, выполнены вогнутыми на длине L, соответствующей ходу поршня 7. Поверхности В паза поршня 7, на которые опираются ролики 5, расположенные в обойме 4, выполнены вогнутыми на длине L, соответствующей ходу поршня.

Мотор-компрессор работает следующим образом.

Электродвигатель 1 принуждает вал 2 к вращательному движению, которое воспринимается передаточным механизмом, включающим в себя лопатку 3, выполненную на конце приводного вала 2 мотор-компрессора, обойму 4 с роликами, и принуждает поршень 7 совершать вращательное движение внутри цилиндра мотор-компрессора. Вращательное движение поршня воспринимается передаточным механизмом через ползуны 11, находящиеся в сочленении с беговой дорожкой и скользящие по беговой дорожке и способные поворачиваться относительно поршня 7, принуждая поршень, помимо вращательного движения, совершать возвратно-поступательное движение. Выходной вал 2 в продольном направлении остается неподвижным, а поршень имеет возможность движения вдоль этого вала, причем трение между ними минимизировано за счет находящейся между ними перфорированной обоймы 4 с роликами 5, катящимися одновременно по лопатке 3 вала 2 и плоскости паза поршня 7. Таким образом, обойма совершает возвратно-поступательное движение относительно лопатки вала и паза поршня, движущихся навстречу друг другу, при этом длина хода обоймы составляет половину хода поршня.

Удерживание обоймы 4 в начальном положении на лопатке 3 вала решается тремя способами.

1. Поверхность А лопатки 3 вала и поверхность В паза поршня, по которым катятся ролики 5, выполняются вогнутыми по длине хода обоймы, что увеличивает силу трения качения при выходе роликов из предполагаемой зоны качения. Вогнутость может иметь форму дуги большого радиуса R (фиг.3), а также описана тремя прямыми, одна из которых, находящаяся по центру, будет параллельна плоскости лопатки вала и паза поршня, две другие - наклонные (фиг.4).

2. Поверхность лопатки вала и поверхность паза поршня выполнены ступенчатыми и между выступами лопатки вала и обоймой и выступами паза поршня и обоймой установлены пружины, силы упругости при сжатии которых действуют на обойму с обеих сторон с величинами, равными по модулю и противоположными по направлению, и удерживают обойму в начальном положении.

3. Поверхность лопатки вала и поверхность паза поршня выполнены ступенчатыми и в нижнем крайнем положении поршня выступы лопатки и выступы паза поршня центрируют обойму в первоначальном положении. Так как возвращение обоймы в первоначальное положение происходит в конце каждого цикла, обойма не успевает существенно выйти из зоны своего движения.

Предлагаемый мотор-компрессор может быть использован, преимущественно, в холодильных агрегатах. Существенным преимуществом предлагаемой конструкции является: простота и технологичность конструкции за счет минимизации количества деталей и придания им простых конструктивных форм, повышение моторесурса за счет снижения износа вследствие уменьшения действующих удельных нагрузок, а также высокая ремонтопригодность.

1. Мотор-компрессор для создания избыточного давления рабочего тела, содержащий приводной электродвигатель, головку цилиндра с впускным и выпускными клапанами, поршень, корпус и гильзу цилиндра с криволинейными пазами, вал с площадкой, ролики передаточного механизма, опирающиеся на указанные площадки, отличающийся тем, что площадка вала, расположенная в поршне, выполнена в виде ступенчатой лопатки, сочлененной с поршнем посредством прямоугольной перфорированной обоймы с двумя рядами отверстий на каждой рабочей поверхности, в которых помещены ролики, размещенные с обеих сторон лопатки и опирающиеся на плоские рабочие поверхности паза, выполненного в поршне, кроме того, передаточный механизм включает также тела скольжения - ползуны, расположенные в поршне и в беговой дорожке, выполненной в корпусе и в основании гильзы.

2. Мотор-компрессор по п.1, отличающийся тем, что обойма с роликами подпружинена с обоих торцов.

3. Мотор-компрессор по п.1, отличающийся тем, что поверхности лопатки вала мотор-компрессора, на которые опираются ролики, расположенные в обойме, выполнены вогнутыми на длине, соответствующей ходу поршня.

4. Мотор-компрессор по п.1, отличающийся тем, что поверхности паза поршня, на которые опираются ролики, расположенные в обойме, выполнены вогнутыми на длине, соответствующей ходу поршня.

5. Мотор-компрессор по п.1, отличающийся тем, что обойма выполнена из упругодеформируемого материала.