EA005220B1

EA005220B1 - Роторный компрессор

Info

Publication number: EA005220B1
Application number: EA200301179A
Authority: EA
Inventors: Константин Евгеньевич Стародетко; Чеслав Брониславович Дробышевский
Original assignee: Константин Евгеньевич Стародетко
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2003-11-26
Publication date: 2004-12-30
Also published as: CN1836108A; EA200301179A1; WO2005052373A2; WO2005052373A3

Abstract

Изобретение относится к роторным машинам, которые могут быть использованы, например, в качестве компрессоров. Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности работы машины в качестве компрессора воздуха на больших скоростях вращения. Поставленная задача решается тем, что вращающаяся втулка установлена в корпусе на подшипниках, входное окно в корпусе выполнено тангенциальным по касательной в направлении вращения втулки, а на втулке выполнены продольные окна. Имеются и другие отличия от прототипа. Преимуществом заявляемого изобретения является его более высокая эффективность, достигаемая за счет снижения трения вращающейся втулки и возможности использования динамики набегающих потоков воздуха.

Description

Изобретение относится к роторным машинам, которые могут быть использованы, например, в качестве компрессоров.

Известны роторные пластинчатые машины [1] содержащие статор с цилиндрической расточкой, торцевыми стенками и каналами подвода и отвода жидкости; эксцентрично установленный ротор, в радиальных пазах которого размещены пластины с возможность возвратнопоступательного перемещения, при этом наружный край пластины скользит по расточке статора, прижимаясь к последней за счет либо центробежных сил, либо под действием пружин или избыточного давления жидкости.

Недостатком известных решений являются значительные относительные скорости скольжения внешних и боковых сторон пластин относительно цилиндрической расточки и торцевых стенок статора. Это вызывает большие потери на трение пластин, размещенных в радиальных пазах и быстрый их износ. Это обстоятельство не позволяет использовать такие машины в качестве компрессоров.

Этот недостаток пытаются преодолеть, устанавливая различного рода подпятники на внешнем конце пластин [2].

Такого рода подпятники значительно усложняют конструкцию ротора.

В качестве прототипа принят роторный компрессор с вращающейся втулкой [3], содержащий центральный корпус и боковые корпуса, при этом в боковых корпусах выполнены входное и выходное окна. В центральном корпусе установлена свободно вращающаяся втулка, внутри которой с эксцентриситетом установлен вращающийся ротор. В роторе установлены с возможностью скольжения шиберы. При вращении ротора шиберы вращают втулку. Отличием прототипа от уровня техники является то, часть воздуха высокого давления через каналы в корпусе подают под втулку, чтобы обеспечить ее свободное и легкое вращение.

Эти усовершенствования позволяют уменьшить скорость скольжения пластин относительно расточки в корпусе, уменьшить трение и соответственно увеличить КПД. Однако, главный недостаток - большое трение скольжения между втулкой и расточкой в корпусе - остается. Смягчение этого недостатка за счет подачи сжатого воздуха под втулку не позволяет эффективно решить задачу, поскольку втулка не уравновешена и на нее действуют разные усилия, поэтому воздушная подушка не будет работать эффективно. Кроме того, при использовании машины в качестве компрессора для нагнетания воздуха при больших скоростях вращения ротора исполнение заборного и выходного отверстий на торцах корпуса компрессора не позволяют эффективно использовать динамику потоков воздуха, особенно для длинных в осевом направлении компрессоров.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности работы машины в качестве компрессора воздуха на больших скоростях вращения.

Поставленная задача решается тем, что в известном роторном компрессоре, содержащем корпус с входным и выходным окнами, внутри которого установлена с возможностью свободного вращения втулка, внутри которой установлен вращающийся эксцентричный ротор с шиберами, согласно изобретению вращающаяся втулка установлена в корпусе на подшипниках, входное окно в корпусе выполнено тангенциальным по касательной в направлении вращения втулки, а на втулке выполнены продольные окна.

Поставленная задача решается также и тем, что окна во втулке выполнены расширяющимися к входному окну в корпусе.

Поставленная задача решается также и тем, что окна во втулке выполнены по винтовой линии.

Поставленная задача решается также и тем, что между окнами на наружной поверхности втулки выполнены канавки для лабиринтного уплотнения.

Поставленная задача решается также и тем, что в корпусе выполнен масляный картер, а подшипниковые полости соединены каналами для протекания масла.

Установка вращающейся втулки на подшипниках позволяет разгрузить наружную поверхность втулки от неравномерной нагрузки шиберов и выполнить зазор между втулкой и корпусом одинаковым по все направлениям. Кроме того, выполнение входного окна тангенциальным по касательной в направлении вращения втулки позволяет использовать кинетическую энергию потока воздуха для повышения эффективности работы компрессора. Это обусловлено тем, что при больших расходах воздуха во входном окне образуется высокоскоростной поток и если он упирается в торцевую стенку и затем изменяет направление движения по окружности вокруг оси компрессора, кинетическая энергия потока расходуется бесполезно.

Выполнение входного окна по периферии окружности корпуса требует того, чтобы окна на вращающейся втулке были выполнены продольными.

Более значительный эффект достигается если окна во вращающейся втулке выполнить по винтовой линии. Тогда шиберы будут работать плавно. Кроме того, такое конструктивно исполнение окон на втулке позволяет увеличить их проходное сечение.

Изготовление на наружной поверхности втулки, контактирующей с внутренней расточкой корпуса, канавок для лабиринтного уплотнения позволяет повысить эффективность работы компрессора за счет ликвидации утечек воз3 духа через зазор вращающаяся втулка - расточка корпуса.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 показано поперечное сечение роторного компрессора. На фиг. 2 - продольное сечение роторного компрессора. На фиг. 3 показаны расширяющиеся окна втулки. На фиг. 4 показано исполнение окон во втулке по спирали. На фиг. 5 - сечение Б-Б фиг. 4, на котором изображено поперечное сечение канавок для лабиринтного уплотнения.

Роторный компрессор состоит из корпуса 1 с внутренней расточкой 2, внутри которой на подшипниках 3 установлена свободно вращающаяся втулка 4. Внутри втулки 4 эксцентрично установлен ротор 5 с шиберами 6. В корпусе 1 выполнены входное 7 и выходное 8 окна. В нижней части корпуса 1 выполнен картер для масла 9. Вращающаяся втулка 4 снабжена отверстиями 10 для прохода воздуха. Картер для масла 9 системой каналов 11 сообщен с подшипниковыми полостями. На поверхностях втулки 4 выполнены канавки 12 для лабиринтных уплотнений. Подшипниковые полости снабжены уплотнениями, выполненными известным способом (не обозначены).

Роторный компрессор работает следующим образом. При принудительном вращении ротора 5, шиберы 6 под действием центробежной силы прижимаются к внутренней поверхности втулки 4. Втулка 4 установлена с возможностью вращения в корпусе 1 и также может вращаться относительно ротора 5. Поэтому шиберы 6 увлекают за собой втулку 4. При этом эксцентричная установка ротора 5 и перемещение в объеме корпуса шиберов 6 заставляет воздух нагнетаться в выходное отверстие 8. Забор воздуха происходит во входном окне 7. При больших скоростях вращения потоки воздуха становятся весьма значительными, и поэтому необходимо входное отверстие компрессора выполнить тангенциальным к вращению втулки. В этом случае компрессор дополнительно использует динамический напор воздуха и КПД его значительно возрастает. Для этих же целей, а также для более мягкой работы с шиберами 6 отверстия 10 во втулке 4 выполнены расширяющимися и спиральными вдоль наружной поверхности втулки. Такое выполнение отверстий 10 позволяет сделать межшиберные камеры постоянно сообщающимися с входным 7 и выходным 8 окнами соответственно.

Пазы 12, выполненные на наружной поверхности втулки 4 при больших скоростях вращения втулки 4, начинают работать, как лабиринтное уплотнение, поэтому установка втулки 4 на подшипниках 3 с зазором в корпусе 1 существенно снижает трение и повышает КПД компрессора.

Вся совокупность существенных отличий позволяет повысить эффективность работы компрессора при подаче больших объемов воздуха.

В настоящее время завершены опытноконструкторские работы и готовится серийное производство роторных компрессоров.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика, М: Машиностроение, 1971, с. 205, фиг. 95.

2. Заявка Великобритании № 2218469, Р01С, 1991.

3. Патент Японии № 3-6353 Р01С, 1992.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Роторный компрессор, содержащий корпус с входным и выходным окнами, внутри которого установлена с возможностью свободного вращения втулка, внутри которой установлен вращающийся эксцентричный ротор с шиберами, отличающийся тем, что вращающаяся втулка установлена в корпусе на подшипниках, входное окно в корпусе выполнено тангенциальным по касательной в направлении вращения втулки, а на втулке выполнены продольные окна.
2. Роторный компрессор по п.1, отличающийся тем, что окна во втулке выполнены расширяющимися к заборному окну в корпусе.
3. Роторный компрессор по п.1, отличающийся тем, что окна во втулке выполнены по винтовой линии.
4. Роторный компрессор по п.1, отличающийся тем, что между окнами на наружной поверхности втулки выполнены канавки для лабиринтного уплотнения.
5. Роторный компрессор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что в корпусе выполнен масляный картер, а подшипниковые полости соединены каналами для протекания масла.