RU170001U1

RU170001U1 - ROTARY-VALVE COMPRESSOR

Info

Publication number: RU170001U1
Application number: RU2016116212U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Леонидович Карелин; Алексей Владимирович Болдырев; Сергей Иванович Харчук
Priority date: 2016-04-25
Filing date: 2016-04-25
Publication date: 2017-04-11

Abstract

Техническим результатом является повышение объемного и политропного КПД, уменьшение затраты работы на сжатие рабочего тела и обеспечение возможности охлаждения компрессора без использования внешних дополнительных источников.Технический результат достигается тем, что ротационно-пластинчатый компрессор, содержащий корпус с рубашкой охлаждения, полостью всасывания и полостью нагнетания, соединенными соответственно с каналом подвода и каналом отвода рабочего тела, боковые крышки, которые закреплены к корпусу резьбовым соединением, ротор с приводным валом и торцевые крышки, которые размещены внутри корпуса, при этом ротор имеет пазы, выполненные под углом радиальному направлению вращения, в каждом пазу установлены разделительные пластины, каждая торцевая крышка имеет углубление, которое в совокупности с боковыми крышками образует полость охлаждения, согласно настоящей полезной модели компрессор выполнен двухступенчатым, при этом первая ступень компрессора имеет полость всасывания рабочего тела, полость сжатия рабочего тела до промежуточного давления и полость нагнетания рабочего тела под промежуточным давлением, а вторая ступень компрессора имеет полость всасывания рабочего тела под промежуточным давлением, полость сжатия рабочего тела до высокого давления и полость нагнетания рабочего тела, причем первая и вторая ступени компрессора образованы рабочей поверхностью корпуса, имеющей криволинейный профиль, ротором и торцевыми крышками, при этом полость нагнетания рабочего тела под промежуточным давлением первой ступени компрессора соединена каналом с полостью для подвода рабочего тела в нижнюю часть рубашки охлаждения, а полость всасывания рабочего тела под промежуточным давлением второй ступени компрессора соединена каналом с полостью для отвода рабочего тела из верхней части рубашки охлаждения, с обеих сторон в верхней и нижней частях корпуса выполнены отверстия, которые в сопряжении с отверстиями, выполненными в верхней и нижней частях каждой торцевой крышки, образуют каналы для подвода и отвода рабочего тела к полости охлаждения между каждой торцевой и боковой крышкой, в роторе, между пазов для пластин, выполнены полости охлаждения, которые при вращении ротора соединяются поочередно, через отверстие, выполненное в нижней части каждой торцевой крышки, с полостью охлаждения между каждой торцевой и боковой крышкой, а в нижней части корпуса выполнено резьбовое отверстие для подвода в полость рубашки охлаждения жидкого рабочего тела под промежуточным давлением.При этом на рабочие поверхности корпуса и торцевых крышек нанесено антифрикционное покрытие на основе металлических, или керамических, или полимерных материалов методами газотермического напыления, или методами плазменного нанесения покрытий, или плазменной закалкой, или плазменной модификацией, или вакуумными методами нанесения покрытий.The technical result is to increase the volumetric and polytropic efficiency, reduce the cost of working on the compression of the working fluid and provide the possibility of cooling the compressor without the use of external additional sources. The technical result is achieved by the fact that the rotary vane compressor comprising a housing with a cooling jacket, a suction cavity and a discharge cavity, connected respectively to the supply channel and the channel for removing the working fluid, side covers, which are fixed to the housing by a threaded connection, p a torus with a drive shaft and end caps, which are placed inside the case, the rotor has grooves made at an angle to the radial direction of rotation, dividing plates are installed in each groove, each end cover has a recess, which together with the side covers forms a cooling cavity, according to of the present utility model, the compressor is made two-stage, while the first stage of the compressor has a suction cavity of the working fluid, a compression cavity of the working fluid to an intermediate pressure and a cavity on pressure of the working fluid under intermediate pressure, and the second stage of the compressor has a suction cavity of the working fluid under intermediate pressure, a compression cavity of the working fluid to high pressure and a pressure cavity of the working fluid, the first and second stages of the compressor formed by the working surface of the housing having a curved profile, with a rotor and end caps, while the cavity for pumping the working fluid under the intermediate pressure of the first stage of the compressor is connected by a channel to the cavity for supplying the working fluid to the bottom the lower part of the cooling jacket, and the suction cavity of the working fluid under intermediate pressure of the second stage of the compressor is connected by a channel with a cavity for removing the working fluid from the upper part of the cooling jacket, holes are made on both sides in the upper and lower parts of the casing, which are in conjunction with the holes made in the upper and lower parts of each end cover, form channels for supplying and discharging the working fluid to the cooling cavity between each end and side cover, in the rotor, between the grooves for the plates, are made these cooling, which during rotation of the rotor are connected alternately, through an opening made in the lower part of each end cover, with a cooling cavity between each end and side cover, and in the lower part of the housing there is a threaded hole for supplying a liquid working fluid to the cavity of the cooling jacket under the intermediate At the same time, an antifriction coating based on metal, or ceramic, or polymeric materials is applied to the working surfaces of the housing and end caps by methods of thermal spraying either by plasma coating methods, or by plasma quenching, or by plasma modification, or by vacuum coating methods.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к ротационным двухступенчатым пластинчатым компрессорам с полным промежуточным охлаждением рабочего тела, и может быть использована для сжатия рабочего тела в холодильных установках, рефрижераторах, тепловых насосах и других системах, работающих по циклу с фазовым переходом рабочего тела.The utility model relates to mechanical engineering, namely to rotary two-stage vane compressors with complete intermediate cooling of the working fluid, and can be used to compress the working fluid in refrigeration units, refrigerators, heat pumps, and other systems operating on a cycle with a phase transition of the working fluid.

Известна ротационная машина, содержащая корпус, размещенное в нем статорное кольцо с профилированной внутренней поверхностью и торцевыми крышками, концентрично установленный в статорном кольце на валу ротор с пазами, в которых размещены выпуклые со стороны кольца разделительные пластины, установленные с возможностью возвратно-поступательного перемещения и образования под пластинами полостей поджима, а в кольце - рабочих камер, и каналы подвода и отвода рабочей среды, отличающаяся тем, что с целью повышения КПД и ресурса работы, в каждой разделительной пластине вдоль продольной оси симметрии выполнен сквозной канал, сообщающий полость под пластиной с рабочей камерой, а боковые стенки каждого паза выполнены под острым углом α, который находится в диапазоне α=5÷28° к радиальному направлению, причем на выпуклой стороне пластины выполнена выемка, сообщенная со сквозным каналом (патент RU 2014505 C1, МПК F04C 18/344, 15.06.1994).A rotary machine is known, comprising a housing, a stator ring placed therein with a profiled inner surface and end caps, a rotor with grooves concentrically mounted in the stator ring on the shaft, in which grooves are arranged which are convex from the side of the ring and arranged to reciprocate and form under the plates of the pressing cavities, and in the ring - the working chambers, and the channels for supplying and discharging the working medium, characterized in that in order to increase the efficiency and service life, in each a dividing plate along the longitudinal axis of symmetry has a through channel communicating a cavity under the plate with a working chamber, and the side walls of each groove are made at an acute angle α, which is in the range α = 5–28 ° to the radial direction, and a recess is made on the convex side of the plate communicated with the through channel (patent RU 2014505 C1, IPC F04C 18/344, 06/15/1994).

Недостатком этой ротационной машины является наличие выемок, соединенных соответствующими сквозными каналами, которые, в свою очередь, соединены с полостями поджима, которые в совокупности представляют собой мертвый объем, уменьшающий коэффициент подачи компрессора.The disadvantage of this rotary machine is the presence of recesses connected by corresponding through channels, which, in turn, are connected to the pressing cavities, which together represent a dead volume, which reduces the flow coefficient of the compressor.

Также к недостаткам этого устройства относится попеременное сообщение полости поджима сначала с полостью перед пластиной, где давление больше, а затем с полостью после пластины, где давление меньше. В результате происходит перетечка рабочей среды в обратном направлении из полости нагнетания в полость всасывания, что также ухудшает объемный КПД компрессора.Another disadvantage of this device is the alternate communication of the compression cavity, first with the cavity in front of the plate, where the pressure is greater, and then with the cavity after the plate, where the pressure is less. As a result, the overflow of the working medium in the opposite direction from the injection cavity to the suction cavity occurs, which also degrades the volumetric efficiency of the compressor.

Наличие в пластинах каналов увеличивает их толщину, а из области техники известно, что количество и толщина пластин обратно пропорциональны подаче компрессора:The presence of channels in the plates increases their thickness, and it is known from the technical field that the number and thickness of plates is inversely proportional to the compressor flow:

V=2⋅L⋅e⋅n⋅(π⋅D-δ⋅z),V = 2⋅L⋅e⋅n⋅ (π⋅D-δ⋅z),

где V - объемная подача компрессора;where V is the volumetric flow of the compressor;

L - длина ротора компрессора;L is the compressor rotor length;

е - эксцентриситет;e - eccentricity;

n - число оборотов ротора компрессора;n is the number of revolutions of the compressor rotor;

D - внутренний диаметр цилиндра;D is the inner diameter of the cylinder;

δ - толщина пластин;δ is the thickness of the plates;

z - число пластин.z is the number of plates.

В качестве прототипа выбран ротационно-пластинчатый компрессор, содержащий корпус, размещенную в нем основную камеру, состоящую из цилиндра торцевых крышек, охватывающих ротор, и цилиндрического распределителя, размещенные на части длины ротора дополнительные камеры сжатия рабочей среды, которые образованы распределителем, установленным на стойках, и ротор с пазами и разделительными пластинами и полостями, выполненными напротив каждой из них, при этом корпус содержит рубашку охлаждения, крышки установлены в корпусе с возможностью вращения, цилиндрическая поверхность распределителя стоек установлена коаксиально относительно цилиндра торцевых крышек, а в стойках выполнены соосные отверстия, в которых размещен вал, отличающийся тем, что торцевые крышки снабжены радиатором и втулкой, установленной коаксиально относительно цилиндра торцевых крышек и которая вместе с распределителем стойки размещена на части длины ротора, в полостях которого размещены противовесы, соединенные тягами с каждой разделительной пластиной, корпус выполнен с окнами и снабжен емкостью маслосборника, а одна из стоек снабжена поршневым диском, при этом полости ротора сообщены каналами с его пазами, содержащими продольные канавки и сообщающимися посредством каналов, выполненных в валу и роторе с нижним уровнем емкости маслосборника, поршневая полость стойки, как и ее распределителя, также снабженного поршневым диском, сообщена посредством канала с каналом нагнетания соответствующей камеры, и выполнены с возможностью осевого прижатия торцевых крышек и распределителя стоек к ротору при его вращении, а цилиндрические поверхности торцевых крышек, обращенные к распределителям, снабжены уплотнением, например, торцового типа (патент RU 2202713 С2, МПК F04C 18/344, 20.04.2003).As a prototype, a rotary vane compressor is selected, comprising a housing, a main chamber housed therein, consisting of a cylinder of end caps covering the rotor, and a cylindrical distributor, additional medium compression chambers placed on a part of the rotor length, which are formed by a distributor mounted on racks, and a rotor with grooves and dividing plates and cavities made opposite each of them, while the housing contains a cooling jacket, covers are installed in the housing with the possibility of rotation In addition, the cylindrical surface of the rack distributor is installed coaxially relative to the cylinder of the end caps, and the racks are made of coaxial holes in which the shaft is located, characterized in that the end caps are equipped with a radiator and a sleeve mounted coaxially with respect to the cylinder of the end caps and which, together with the rack distributor, are placed on part of the length of the rotor, in the cavities of which are placed balances, connected by rods to each dividing plate, the housing is made with windows and is equipped with an oil tank of the collector, and one of the racks is equipped with a piston disk, while the rotor cavities are communicated by channels with its grooves containing longitudinal grooves and communicating through channels made in the shaft and rotor with the lower level of the oil pan capacity, the piston cavity of the rack, as well as its distributor, also equipped a piston disk, communicated through a channel with a discharge channel of the corresponding chamber, and made with the possibility of axial pressing of the end caps and the rack distributor to the rotor during its rotation, and cylindrical surface five end caps facing the distributors are provided with a seal, for example, mechanical type (patent RU 2202713 C2, IPC F04C 18/344, 20.04.2003).

Основными недостатками прототипа являются низкая надежность работы компрессора, низкий объемный, механический и политропный коэффициент полезного действия (КПД), отсутствие возможности охлаждения компрессора без использования внешних дополнительных источников, а также сложная конструкция компрессора, что увеличивает трудоемкость его изготовления.The main disadvantages of the prototype are the low reliability of the compressor, low volumetric, mechanical and polytropic coefficient of performance (COP), the inability to cool the compressor without the use of external additional sources, as well as the complex design of the compressor, which increases the complexity of its manufacture.

Это обусловлено тем, что разделительные пластины, вращающиеся вместе с ротором, своими внутренними и наружными кромками плотно касаются неподвижного распределителя и опорной поверхности корпуса, и в результате их износа и отсутствия компенсации увеличивается зазор Δt, что приводит к возникновению перетечек рабочей среды между пластинами и в конечном счете к потере работоспособности компрессора.This is due to the fact that the dividing plates rotating together with the rotor, their inner and outer edges tightly touch the stationary distributor and the bearing surface of the housing, and as a result of their wear and lack of compensation, the gap Δt increases, which leads to the emergence of a fluid medium between the plates and ultimately to the loss of compressor performance.

Кроме этого, из-за отсутствия системы регулировки и контроля давления в штоковой и поршневой полости механизма разгрузки с учетом несоизмеримой разности площади поршня, продольной площади пластины и ее массы, в процессе работы возможно возникновение ситуации, когда пластина будет очень сильно прижата к опорной поверхности корпуса, что вызовет повышенное трение и износ и, как следствие, нарушение герметичности рабочих полостей компрессора.In addition, due to the lack of a system for adjusting and controlling the pressure in the rod and piston cavities of the unloading mechanism, taking into account the incommensurable difference in the piston area, the longitudinal area of the plate and its mass, a situation may arise during operation when the plate is pressed very strongly against the supporting surface of the housing , which will cause increased friction and wear and, as a result, a violation of the tightness of the compressor working cavities.

Наличие дополнительного контура охлаждения требует установки дополнительной системы охлаждения.The presence of an additional cooling circuit requires the installation of an additional cooling system.

Задачей полезной модели является разработка конструкции ротационно-пластинчатого компрессора, в которой устранены недостатки аналога и прототипа.The objective of the utility model is to develop the design of a rotary vane compressor, in which the disadvantages of the analogue and prototype are eliminated.

Техническим результатом является повышение объемного и политропного КПД, уменьшение затраты работы на сжатие рабочего тела и обеспечение возможности охлаждения компрессора без использования внешних дополнительных источников.The technical result is to increase the volumetric and polytropic efficiency, reduce the cost of work on the compression of the working fluid and provide the ability to cool the compressor without the use of external additional sources.

Технический результат достигается тем, что ротационно-пластинчатый компрессор, содержащий корпус с рубашкой охлаждения, полостью всасывания и полостью нагнетания, соединенными соответственно с каналом подвода и каналом отвода рабочего тела, боковые крышки, которые закреплены к корпусу резьбовым соединением, ротор с приводным валом и торцевые крышки, которые размещены внутри корпуса, при этом ротор имеет пазы, выполненные под углом радиальному направлению вращения, в каждом пазу установлены разделительные пластины, каждая торцевая крышка имеет углубление, которое в совокупности с боковыми крышками образует полость охлаждения, согласно настоящей полезной модели компрессор выполнен двухступенчатым, при этом первая ступень компрессора имеет полость всасывания рабочего тела, полость сжатия рабочего тела до промежуточного давления и полость нагнетания рабочего тела под промежуточным давлением, а вторая ступень компрессора имеет полость всасывания рабочего тела под промежуточным давлением, полость сжатия рабочего тела до высокого давления и полость нагнетания рабочего тела, причем первая и вторая ступени компрессора образованы рабочей поверхностью корпуса, имеющей криволинейный профиль, ротором и торцевыми крышками, при этом полость нагнетания рабочего тела под промежуточным давлением первой ступени компрессора соединена каналом с полостью для подвода рабочего тела в нижнюю часть рубашки охлаждения, а полость всасывания рабочего тела под промежуточным давлением второй ступени компрессора соединена каналом с полостью для отвода рабочего тела из верхней части рубашки охлаждения, с обеих сторон в верхней и нижней частях корпуса выполнены отверстия, которые в сопряжении с отверстиями, выполненными в верхней и нижней частях каждой торцевой крышки, образуют каналы для подвода и отвода рабочего тела к полости охлаждения между каждой торцевой и боковой крышкой, в роторе, между пазов для пластин, выполнены полости охлаждения, которые при вращении ротора соединяются поочередно, через отверстие, выполненное в нижней части каждой торцевой крышки, с полостью охлаждения между каждой торцевой и боковой крышкой, а в нижней части корпуса выполнено резьбовое отверстие для подвода в полость рубашки охлаждения жидкого рабочего тела под промежуточным давлением.The technical result is achieved by the fact that a rotary vane compressor comprising a housing with a cooling jacket, a suction cavity and a discharge cavity, respectively connected to the supply channel and the channel for removing the working fluid, side covers that are fixed to the housing by a threaded connection, a rotor with a drive shaft and end lids that are placed inside the housing, while the rotor has grooves made at an angle to the radial direction of rotation, dividing plates are installed in each groove, each end wing the cabinet has a recess, which together with the side covers forms a cooling cavity, according to the present utility model, the compressor is made two-stage, while the first stage of the compressor has a suction cavity of the working fluid, a compression cavity of the working fluid to an intermediate pressure and an injection cavity of the working fluid under intermediate pressure, and the second stage of the compressor has a suction cavity of the working fluid under intermediate pressure, a compression cavity of the working fluid to high pressure and a working pressure cavity body, and the first and second stages of the compressor are formed by the working surface of the housing having a curved profile, a rotor and end caps, while the injection cavity of the working fluid under the intermediate pressure of the first compressor stage is connected by a channel to the cavity for supplying the working fluid to the lower part of the cooling jacket, and the suction cavity of the working fluid under intermediate pressure of the second stage of the compressor is connected by a channel to the cavity for withdrawing the working fluid from the upper part of the cooling jacket, on both sides the upper and lower parts of the housing have openings which, in conjunction with the openings made in the upper and lower parts of each end cover, form channels for supplying and discharging the working fluid to the cooling cavity between each end and side cover, in the rotor, between the grooves for the plates, cooling cavities are made, which, when the rotor rotates, are connected alternately, through an opening made in the lower part of each end cover, with a cooling cavity between each end and side cover, and in the lower part of the housing EHO threaded hole for the inlet into the cavity at an intermediate pressure jacket cooling a liquid working medium.

При этом на рабочие поверхности корпуса и торцевых крышек нанесено антифрикционное покрытие на основе металлических, или керамических, или полимерных материалов методами газотермического напыления, или методами плазменного нанесения покрытий, или плазменной закалкой, или плазменной модификацией, или вакуумными методами нанесения покрытий.In this case, an antifriction coating is applied to the working surfaces of the housing and end caps based on metal, or ceramic, or polymeric materials by thermal spraying methods, or by plasma coating methods, or by plasma hardening, or by plasma modification, or by vacuum coating methods.

За счет образования двух ступеней сжатия реализуется процесс двухступенчатого сжатия рабочего тела в одном корпусе за один оборот, что в совокупности с промежуточным охлаждением рабочего тела повышает политропный КПД и уменьшает затрату работы на сжатие рабочего тела.Due to the formation of two compression stages, the process of two-stage compression of the working fluid in one housing is realized in one revolution, which, together with the intermediate cooling of the working fluid, increases polytropic efficiency and reduces the cost of work on compression of the working fluid.

При двухступенчатом процессе сжатия степень повышения давления для каждой ступени в два раза меньше результирующей для всего компрессора, а из области техники известно, что с уменьшением степени сжатия уменьшаются перетечки рабочего тела между рабочими полостями, что повышает объемный КПД компрессора.In a two-stage compression process, the degree of pressure increase for each stage is two times less than the resultant for the entire compressor, and it is known from the technical field that, with a decrease in the compression ratio, the overflow of the working fluid between the working cavities decreases, which increases the volumetric efficiency of the compressor.

За счет подвода жидкого рабочего тела в рубашку охлаждения и в полости охлаждения через каналы, образованные отверстиями с обеих сторон в верхней и нижней частях корпуса, и верхней и нижней частях каждой торцевой крышки, осуществляется процесс охлаждения рабочих поверхностей компрессора до температуры кипения рабочего тела при промежуточном давлении без использования внешних источников энергии.Due to the supply of a liquid working fluid to the cooling jacket and to the cooling cavity through channels formed by openings on both sides in the upper and lower parts of the housing and the upper and lower parts of each end cover, the compressor working surfaces are cooled to the boiling temperature of the working fluid at an intermediate pressure without the use of external energy sources.

Наличие полостей охлаждения в роторе между пазов для пластин, которые при вращении ротора соединяются поочередно, через отверстие, выполненное в нижней части каждой торцевой крышки, с полостями охлаждения между каждой торцевой и боковой крышками, образующими канал для циркуляции жидкого и газообразного рабочего тела, обеспечивает эффективное охлаждение ротора до температуры промежуточного давления, и позволяет повысить герметичность рабочих полостей сжатия за счет уменьшения температурного зазора между размером паза и пластины и, как следствие, объемный КПД компрессора.The presence of cooling cavities in the rotor between the grooves for the plates, which, when the rotor rotates, are connected alternately, through an opening made in the lower part of each end cover, with cooling cavities between each end and side covers forming a channel for circulation of the liquid and gaseous working fluid, provides an effective cooling the rotor to an intermediate pressure temperature, and allows to increase the tightness of the working compression cavities by reducing the temperature gap between the size of the groove and plate and, as a result, the volumetric efficiency of the compressor.

Нанесение антифрикционного покрытия на рабочие поверхности корпуса и торцевых крышек позволяет уменьшить коэффициент трения, следовательно, - уменьшить затрату работы компрессора.Applying an anti-friction coating on the working surfaces of the housing and end caps allows you to reduce the coefficient of friction, therefore, to reduce the cost of compressor operation.

Таким образом, в совокупности, перечисленные отличительные существенные признаки позволяют получить новый технический результат: повысить объемный и политропный КПД, уменьшить затрату работы на сжатие рабочего тела, эффективно охлаждать компрессор без использования внешних дополнительных источников.Thus, in the aggregate, the listed distinctive essential features make it possible to obtain a new technical result: to increase the volumetric and polytropic efficiency, reduce the cost of working on the compression of the working fluid, and effectively cool the compressor without the use of external additional sources.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1, 2, 3, 4, 5 и 6 представлен предлагаемый ротационный двухступенчатый компрессор (на фиг. 1 - общий вид в разрезе, на фиг. 2 - вид сверху А на фиг. 1, на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1, на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 2, на фиг. 5 - сечение Г-Г на фиг. 2, на фиг. 6 - выносной вид Д на фиг. 1).The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1, 2, 3, 4, 5 and 6 show the proposed rotary two-stage compressor (in Fig. 1 is a General view in section, in Fig. 2 is a top view A in Fig. 1, in Fig. 3 is a section BB on Fig. 1, Fig. 4 is a cross-section BB in Fig. 2, in Fig. 5 is a cross-section G-D in Fig. 2, in Fig. 6 is a remote view D in Fig. 1).

Цифрами на чертежах обозначены:The numbers in the drawings indicate:

1 - корпус,1 - housing

2 - боковая крышка,2 - side cover

3 - ротор,3 - rotor

4 - торцевая крышка,4 - end cover,

5 - резьбовое соединение,5 - threaded connection

6 - паз,6 - groove,

7 - разделительная пластина,7 - dividing plate,

8 - рабочая камера,8 - working chamber,

9 - полость всасывания рабочего тела (первой ступени компрессора),9 - the suction cavity of the working fluid (first stage of the compressor),

10 - полость нагнетания рабочего тела (второй ступени компрессора),10 - injection cavity of the working fluid (second stage of the compressor),

11 - канал подвода рабочего тела,11 - channel for supplying a working fluid,

12 - канал отвода рабочего тела,12 - channel removal of the working fluid,

13 - рубашка охлаждения,13 - cooling shirt,

14 - полость охлаждения,14 - cooling cavity,

15 - соосные отверстия,15 - coaxial holes

16 - приводной вал,16 - drive shaft

17 - шарнирный узел,17 - hinge assembly

18 - уплотнение,18 - seal

19 - рабочая поверхность корпуса, имеющая криволинейный профиль,19 is a working surface of the housing having a curved profile,

20 - полость сжатия рабочего тела до высокого давления (второй ступени компрессора),20 - the compression cavity of the working fluid to high pressure (second stage of the compressor),

21 - полость сжатия рабочего тела до промежуточного давления (первой ступени компрессора),21 - the compression cavity of the working fluid to an intermediate pressure (first stage of the compressor),

22 - полость нагнетания рабочего тела под промежуточным давлением (первой ступени компрессора),22 - cavity injection of the working fluid under intermediate pressure (first stage of the compressor),

23 - полость всасывания рабочего тела под промежуточным давлением (второй ступени компрессора),23 - the suction cavity of the working fluid under intermediate pressure (second stage of the compressor),

24 - канал полости нагнетания под промежуточным давлением,24 - channel injection cavity under intermediate pressure,

25 - канал полости всасывания под промежуточным давлением,25 - channel of the suction cavity under intermediate pressure,

26 - полость для подвода рабочего тела в нижнюю часть рубашки охлаждения,26 - a cavity for supplying a working fluid to the lower part of the cooling jacket,

27 - полость для отвода рабочего тела из верхней части рубашки охлаждения,27 - a cavity for removing the working fluid from the upper part of the cooling jacket,

28 - отверстие в верхней и нижней торцевой крышке,28 - hole in the upper and lower end cover,

29 - канал, образованный отверстиями с обеих сторон в верхней и нижней части корпуса и отверстиями в верхней и нижней торцевых крышках,29 is a channel formed by holes on both sides in the upper and lower parts of the housing and holes in the upper and lower end caps,

30 - полости охлаждения ротора,30 - cavity cooling of the rotor,

31 - отверстие в нижней части торцевой крышки,31 - hole in the lower part of the end cap,

32 - резьбовое отверстие в корпусе для подвода жидкого рабочего тела,32 - a threaded hole in the housing for supplying a liquid working fluid,

33 - антифрикционное покрытие.33 - anti-friction coating.

Предлагаемый ротационно-пластинчатый компрессор, содержащий корпус 1, боковые крышки 2 (см. фиг. 1), размещенного внутри него ротора 3 (см. фиг. 1 и 3) и торцевых крышек 4, при этом боковые крышки 2 крепятся к корпусу 1 резьбовым соединением 5 (см. фиг. 2). Ротор 3 имеет пазы 6, выполненные под углом к радиальному направлению вращения.The proposed rotary vane compressor, comprising a housing 1, side covers 2 (see FIG. 1), a rotor 3 (see FIGS. 1 and 3), and end caps 4 located inside it, while the side covers 2 are screwed to the housing 1 compound 5 (see Fig. 2). The rotor 3 has grooves 6 made at an angle to the radial direction of rotation.

В каждом пазу 6 установлены разделительные пластины 7 (см. фиг. 3), образующие совместно с корпусом 1 и торцевыми крышками 4, рабочие камеры 8. Корпус имеет полости всасывания 9 и нагнетания 10 рабочего тела, соединенные соответственно с каналами подвода 11 и отвода 12 (см. фиг. 3, 4 и 5) рабочего тела, и рубашку охлаждения 13 (см. фиг. 1), а торцевые крышки 4 имеют углубление, которое в совокупности с боковыми крышками 2 образуют полости охлаждения 14. В торцевых крышках 4 выполнены соосные отверстия 15, а в боковых крышках 2 выполнены полости, в которых размещен приводной вал 16, шарнирные узлы 17 и уплотнения 18. Отличием предлагаемого ротационно-пластинчатого компрессора является то, что компрессор выполнен двухступенчатым, при этом первая ступень компрессора имеет полость 9 всасывания рабочего тела, полость 21 сжатия рабочего тела до промежуточного давления и полость 22 нагнетания рабочего тела под промежуточным давлением (см. фиг. 4), а вторая ступень компрессора имеет полость 23 всасывания рабочего тела под промежуточным давлением, полость 20 сжатия рабочего тела до высокого давления и полость 10 нагнетания рабочего тела (см. фиг. 5).In each groove 6, dividing plates 7 are installed (see Fig. 3), which, together with the housing 1 and the end caps 4, form the working chambers 8. The housing has a suction cavity 9 and a discharge 10 of the working fluid, respectively connected to the inlet 11 and outlet 12 channels (see Fig. 3, 4 and 5) of the working fluid, and the cooling jacket 13 (see Fig. 1), and the end caps 4 have a recess, which together with the side covers 2 form cooling cavities 14. In the end caps 4 are made coaxial holes 15, and in the side covers 2 there are cavities in which drive shaft 16, hinge assemblies 17 and seals 18. The difference between the proposed rotary vane compressor is that the compressor is two-stage, with the first stage of the compressor having a cavity 9 for suction of the working fluid, a cavity 21 for compressing the working fluid to an intermediate pressure and a cavity 22 for pumping the working bodies under intermediate pressure (see Fig. 4), and the second stage of the compressor has a cavity 23 for suction of the working fluid under intermediate pressure, a cavity 20 for compressing the working fluid to high pressure and a cavity 10 for oppression of the working fluid (see FIG. 5).

Первая и вторая ступени компрессора образованы рабочей поверхностью корпуса 1, имеющей криволинейный профиль 19, ротором 3 и торцевыми крышками 4 (см. фиг. 1 и 3).The first and second stages of the compressor are formed by the working surface of the housing 1 having a curved profile 19, a rotor 3 and end caps 4 (see Fig. 1 and 3).

Полость 22 нагнетания рабочего тела под промежуточным давлением первой ступени компрессора соединена каналом 24 с полостью 26 для подвода рабочего тела в нижнюю часть рубашки охлаждения 13 (см. фиг. 4).The cavity 22 for pumping the working fluid under intermediate pressure of the first stage of the compressor is connected by a channel 24 to the cavity 26 for supplying the working fluid to the lower part of the cooling jacket 13 (see Fig. 4).

Полость 23 всасывания рабочего под промежуточным давлением второй ступени компрессора соединена каналом 25 с полостью 27 для отвода рабочего тела из верхней части рубашки охлаждения 13 (см. фиг. 5).The suction cavity 23 of the worker under intermediate pressure of the second stage of the compressor is connected by a channel 25 to the cavity 27 for withdrawing the working fluid from the upper part of the cooling jacket 13 (see Fig. 5).

С обеих сторон в верхней и нижней частях корпуса 1 выполнены отверстия 29, которые в сопряжении с отверстиями 28, выполненными в верхней и нижней частях каждой торцевой крышки 4, образуют каналы для подвода и отвода рабочего тела к полости 14 охлаждения между каждой торцевой и боковой крышкой (см. фиг. 1 и 6).Holes 29 are made on both sides in the upper and lower parts of the housing 1, which, in conjunction with the holes 28 made in the upper and lower parts of each end cover 4, form channels for supplying and discharging the working fluid to the cooling cavity 14 between each end and side cover (see Figs. 1 and 6).

В роторе 3, между пазов 6 для пластин 7, выполнены полости 30 охлаждения, которые при вращении ротора 3 соединяются поочередно, через отверстие 31, выполненное в нижней части каждой торцевой крышки 4, с полостью 14 охлаждения между каждой торцевой и боковой крышкой (см. фиг. 1 и 3).In the rotor 3, between the grooves 6 for the plates 7, cooling cavities 30 are made, which, when the rotor 3 is rotated, are connected alternately, through an opening 31 made in the lower part of each end cover 4, with a cooling cavity 14 between each end and side cover (see Fig. 1 and 3).

В нижней части корпуса 1 выполнено резьбовое отверстие 32 для подвода в полость рубашки охлаждения 13 жидкого рабочего тела под промежуточным давлением (см. фиг. 1).A threaded hole 32 is made in the lower part of the housing 1 for supplying a liquid working fluid under intermediate pressure to the cavity of the cooling jacket 13 (see Fig. 1).

На все рабочие поверхности (поверхности трения) корпуса 1 и торцевых крышек 4 (см. фиг. 1) нанесено антифрикционное покрытие 33 (см. фиг. 3), уменьшающее коэффициент трения, на основе металлических, или керамических, или полимерных материалов методами газотермического напыления, или методами плазменного нанесения покрытий, или плазменной закалкой, или плазменной модификацией, или вакуумными методами нанесения покрытий.On all working surfaces (friction surfaces) of the housing 1 and the end caps 4 (see Fig. 1), an antifriction coating 33 (see Fig. 3) is applied, which reduces the coefficient of friction, based on metal, or ceramic, or polymeric materials by thermal spraying or plasma coating methods, or plasma quenching, or plasma modification, or vacuum coating methods.

Предлагаемый ротационно-пластинчатый компрессор работает следующим образом.The proposed rotary vane compressor operates as follows.

При вращении приводного вала 16 (см. фиг. 1) начинает вращаться соединенный с ним ротор 3 вместе с разделительными пластинами 7 (см. фиг. 3), при этом под действием центробежных сил разделительные платины 7, перемещаясь в пазах 6, прижимаются к рабочей поверхности корпуса 1 с нанесенным на нее антифрикционным покрытием 33. При этом изменяются объемы рабочих камер 8 между пластинами.When the drive shaft 16 is rotated (see Fig. 1), the rotor 3 connected to it starts to rotate together with the separation plates 7 (see Fig. 3), while under the action of centrifugal forces, the separation plates 7, moving in the grooves 6, are pressed against the working the surface of the housing 1 with an anti-friction coating 33 applied thereto. The volumes of the working chambers 8 between the plates are changed.

При перемещении разделительных 7 пластин от точки "h" до точки "а" объем рабочих камер 8 увеличивается, что приводит к снижению давления в полости 9 - процесс всасывания газообразного рабочего тела из канала подвода 11 (см. фиг. 3). При дальнейшем перемещении от точки "а" до "b" (см. фиг. 4) объем рабочих камер 8 уменьшается-осуществляется процесс сжатия рабочего тела в полости сжатия 21 до величины промежуточного давления, затем от точки "b" до точки "с" - осуществляется процесс нагнетания рабочего тела в полость 22. Из полости 22 по каналу 24 рабочее тело поступает в полость 26 и далее в рубашку охлаждения 13 (см. фиг. 1), которые заполнены жидким рабочим телом. При прохождении газообразного рабочего тела через жидкую фазу происходит процесс его охлаждения за счет кипения при промежуточном давлении. Из-за разности плотностей газообразное рабочее тело с учетом испарившейся части поступает в полость отвода рабочего тела 27 и далее в канал 25 (см. фиг. 5).When moving the separation plates 7 from the point "h" to the point "a" the volume of the working chambers 8 increases, which leads to a decrease in pressure in the cavity 9 - the process of suction of a gaseous working fluid from the supply channel 11 (see Fig. 3). With further movement from point “a” to “b” (see Fig. 4), the volume of the working chambers 8 decreases — the process of compression of the working fluid in the compression cavity 21 is carried out to an intermediate pressure, then from point “b” to point “c” - the process of injecting the working fluid into the cavity 22. From the cavity 22 through the channel 24, the working fluid enters the cavity 26 and then into the cooling jacket 13 (see Fig. 1), which are filled with a liquid working fluid. When the gaseous working fluid passes through the liquid phase, it is cooled due to boiling at an intermediate pressure. Due to the difference in densities, the gaseous working fluid, taking into account the evaporated part, enters the exhaust cavity of the working fluid 27 and then into the channel 25 (see Fig. 5).

При перемещении разделительных 7 пластин от точки "d" до точки "e" объем рабочих камер 8 увеличивается, что приводит к снижению давления в полости 23 ниже промежуточного - осуществляется процесс всасывания газообразного рабочего тела из канала полости всасывания 25 (см. фиг. 5). При дальнейшем перемещении пластин от точки "e" до "f" (см. фиг. 5) объем рабочих камер 8 уменьшается и осуществляется процесс сжатия рабочего тела в полости сжатия высокого давления 20 до давления нагнетания компрессора, затем от точки "f" до точки "g" - осуществляется процесс нагнетания рабочего тела в полость 10 и далее в канал отвода рабочего тела 12.When moving the separation plates 7 from the point "d" to the point "e" the volume of the working chambers 8 increases, which leads to a decrease in pressure in the cavity 23 below the intermediate - the process of absorption of the gaseous working fluid from the channel of the suction cavity 25 (see Fig. 5) . With further movement of the plates from point "e" to "f" (see Fig. 5), the volume of the working chambers 8 decreases and the process of compression of the working fluid in the compression cavity of high pressure 20 to the discharge pressure of the compressor, then from point "f" to the point "g" - the process of injecting the working fluid into the cavity 10 and then into the channel of the removal of the working fluid 12.

Главной особенностью предлагаемого компрессора является то, что его корпус 1 (см. фиг. 1) и рабочая поверхность 19 (см. фиг. 3) имеет специальный профиль, который в совокупности с ротором 3 и торцевыми крышками 4 (см. фиг. 1) образуют две ступени сжатия, высокого 20 и промежуточного 21 давления (см. фиг. 3). Это позволяет реализовать процесс двухступенчатого сжатия рабочего тела в одном корпусе за один оборот, что в совокупности с промежуточным охлаждением рабочего тела уменьшает затрату работы компрессора и повышает его политропный КПД. В свою очередь, процесс двухступенчатого сжатия позволяет уменьшить степени сжатия в два раза, и тем самым уменьшить перетечки рабочего тела между рабочими полостями, что увеличивает коэффициент, тем самым повышает объемный КПД компрессора.The main feature of the proposed compressor is that its housing 1 (see Fig. 1) and the working surface 19 (see Fig. 3) has a special profile, which together with the rotor 3 and end caps 4 (see Fig. 1) form two stages of compression, high 20 and intermediate pressure 21 (see Fig. 3). This allows you to implement the process of two-stage compression of the working fluid in one housing for one revolution, which, together with the intermediate cooling of the working fluid, reduces the cost of compressor operation and increases its polytropic efficiency. In turn, the two-stage compression process allows to reduce the compression ratio by half, and thereby reduce the flow of the working fluid between the working cavities, which increases the coefficient, thereby increasing the volumetric efficiency of the compressor.

Наличие в одной части устройства в корпусе полости нагнетания 22 (см. фиг. 4) рабочего тела и другой части устройства в корпусе полости всасывания 23 (см. фиг. 5) рабочего тела под промежуточным давлением, которые соответственно соединены каналами нагнетания 24 (см. фиг. 4) и всасывания 25 (см. фиг. 5) с соответствующими полостями, для подвода 26 (см. фиг. 4) и отвода 27 (см. фиг. 5) рабочего тела в рубашку охлаждения 13 (см. фиг. 1), заполненную жидким рабочим телом, подведенным через резьбовое отверстие 32 в корпусе 1, позволяет организовать циркуляцию рабочего между полостями 22 и 23 (см. фиг. 4 и 5) и через рубашку охлаждения 13 (см. фиг. 1), что обеспечивает процесс охлаждения рабочей поверхностей 19 (см. фиг. 3) и полного промежуточного охлаждения рабочего тела при промежуточном давлении без использования внешних источников энергии и уменьшает затрату работы компрессора на сжатие рабочего тела. За счет использования процесса фазового перехода (кипения) рабочего тела при интенсивной турбулизации жидкой фазы рабочего тела в рубашке охлаждения 13 (см. фиг. 1) газообразной фазой, для охлаждения компрессора, позволяет уменьшить внутреннюю затрату энергии на работу охлаждения, следовательно, повысить КПД компрессора. Наличие в верхней и нижней части корпуса 1 отверстий 28, которые в сопряжении с торцевыми отверстиями 29, выполненными в верхней и нижней частях каждой торцевой крышки 4, образуют каналы для подвода и отвода рабочего тела к полости охлаждения 14, и наличие полостей охлаждения ротора 30 между пазов 6 для пластин 7, которые при вращении ротора 3 соединяются поочередно с полостями охлаждения 14, через отверстия 31 в торцевых крышках 4 (см. фиг. 1 и 3), обеспечивает эффективное охлаждение ротора до температуры промежуточного давления, и позволяет повысить герметичность рабочих полостей сжатия за счет уменьшения температурного зазора между размером паза и пластины и, как следствие, объемный КПД компрессора. Подвод жидкого рабочего тела в рубашку охлаждения 13 и в полости охлаждения 14, в количестве пропорциональном работе компрессора предотвращает его переполнение.The presence in one part of the device in the housing of the discharge cavity 22 (see FIG. 4) of the working fluid and another part of the device in the housing of the suction cavity 23 (see FIG. 5) of the working fluid under intermediate pressure, which are respectively connected by the discharge channels 24 (see Fig. 4) and suction 25 (see Fig. 5) with corresponding cavities, for supplying 26 (see Fig. 4) and outlet 27 (see Fig. 5) of the working fluid into the cooling jacket 13 (see Fig. 1 ), filled with a liquid working fluid supplied through a threaded hole 32 in the housing 1, allows the circulation of the working medium I wait for the cavities 22 and 23 (see Fig. 4 and 5) and through the cooling jacket 13 (see Fig. 1), which ensures the cooling process of the working surfaces 19 (see Fig. 3) and complete intermediate cooling of the working fluid at intermediate pressure without the use of external energy sources and reduces the cost of the compressor to compress the working fluid. Due to the use of the process of phase transition (boiling) of the working fluid during intensive turbulization of the liquid phase of the working fluid in the cooling jacket 13 (see Fig. 1) by the gaseous phase, for cooling the compressor, it allows to reduce the internal energy consumption for cooling work, therefore, to increase the compressor efficiency . The presence in the upper and lower parts of the housing 1 of the holes 28, which, in conjunction with the end holes 29, made in the upper and lower parts of each end cover 4, form channels for supplying and removing the working fluid to the cooling cavity 14, and the presence of cooling cavities of the rotor 30 between grooves 6 for plates 7, which, when the rotor 3 is rotated, are connected alternately with cooling cavities 14 through holes 31 in end caps 4 (see Figs. 1 and 3), provides effective cooling of the rotor to an intermediate pressure temperature, and allows increasing ermetichnost working cavities compression by reducing the temperature gap between the groove and the size of the plate and, consequently, the volumetric efficiency of the compressor. The supply of a liquid working fluid to the cooling jacket 13 and to the cooling cavity 14, in an amount proportional to the operation of the compressor, prevents its overflow.

Нанесение антифрикционного покрытия 33 на рабочие поверхности корпуса 1 и торцевых крышек 4 (см. фиг. 1 и 3) позволяет уменьшить коэффициент трения, следовательно уменьшить затрату работы компрессора и повысить его КПД.The application of an antifriction coating 33 on the working surfaces of the housing 1 and the end caps 4 (see Figs. 1 and 3) allows to reduce the friction coefficient, therefore, reduce the cost of compressor operation and increase its efficiency.

Таким образом, полностью решена техническая задача по разработке конструкции ротационно-пластинчатого двухступенчатого компрессора с повышенным объемным, механическим и политропным КПД, уменьшенной затратой работы на сжатие рабочего тела, системой охлаждения компрессора без использования внешних дополнительных источников.Thus, the technical problem of developing the design of a rotary vane two-stage compressor with increased volumetric, mechanical, and polytropic efficiency, reduced workload for compressing the working fluid, and the compressor cooling system without using additional external sources was completely solved.

Предложенный ротационно-пластинчатый двухступенчатый компрессор соответствует условию промышленной применимости и может быть изготовлен на стандартном оборудовании с применением освоенных ранее технологий.The proposed rotary vane two-stage compressor meets the condition of industrial applicability and can be manufactured on standard equipment using previously developed technologies.

Claims

1. Ротационно-пластинчатый компрессор, содержащий корпус с рубашкой охлаждения, полостью всасывания и полостью нагнетания, соединенными соответственно с каналом подвода и каналом отвода рабочего тела, боковые крышки, которые закреплены к корпусу резьбовым соединением, ротор с приводным валом и торцевые крышки, которые размещены внутри корпуса, при этом ротор имеет пазы, выполненные под углом к радиальному направлению вращения, в каждом пазу установлены разделительные пластины, каждая торцевая крышка имеет углубление, которое в совокупности с боковыми крышками образует полость охлаждения, отличающийся тем, что компрессор выполнен двухступенчатым, при этом первая ступень компрессора имеет полость всасывания рабочего тела, полость сжатия рабочего тела до промежуточного давления и полость нагнетания рабочего тела под промежуточным давлением, а вторая ступень компрессора имеет полость всасывания рабочего тела под промежуточным давлением, полость сжатия рабочего тела до высокого давления и полость нагнетания рабочего тела, причем первая и вторая ступени компрессора образованы рабочей поверхностью корпуса, имеющей криволинейный профиль, ротором и торцевыми крышками, при этом полость нагнетания рабочего тела под промежуточным давлением первой ступени компрессора соединена каналом с полостью для подвода рабочего тела в нижнюю часть рубашки охлаждения, а полость всасывания рабочего тела под промежуточным давлением второй ступени компрессора соединена каналом с полостью для отвода рабочего тела из верхней части рубашки охлаждения, с обеих сторон в верхней и нижней частях корпуса выполнены отверстия, которые в сопряжении с отверстиями, выполненными в верхней и нижней частях каждой торцевой крышки, образуют каналы для подвода и отвода рабочего тела к полости охлаждения между каждой торцевой и боковой крышкой, в роторе, между пазов для пластин, выполнены полости охлаждения, которые при вращении ротора соединяются поочередно, через отверстие, выполненное в нижней части каждой торцевой крышки, с полостью охлаждения между каждой торцевой и боковой крышкой, а в нижней части корпуса выполнено резьбовое отверстие для подвода в полость рубашки охлаждения жидкого рабочего тела под промежуточным давлением.1. A rotary vane compressor comprising a housing with a cooling jacket, a suction cavity and a discharge cavity, respectively connected to the supply channel and the channel for removing the working fluid, side covers that are fixed to the housing by a threaded connection, a rotor with a drive shaft and end caps that are placed inside the housing, while the rotor has grooves made at an angle to the radial direction of rotation, dividing plates are installed in each groove, each end cover has a recess, which together the awn with the side covers forms a cooling cavity, characterized in that the compressor is two-stage, the first stage of the compressor has a suction cavity of the working fluid, the compression cavity of the working fluid to an intermediate pressure and the injection cavity of the working fluid under intermediate pressure, and the second compressor stage has a suction cavity the working fluid under intermediate pressure, the compression cavity of the working fluid to high pressure and the injection cavity of the working fluid, the first and second stages of the compressor They are defined by the working surface of the housing having a curved profile, the rotor and end caps, while the cavity for pumping the working fluid under the intermediate pressure of the first stage of the compressor is connected by a channel to the cavity for supplying the working fluid to the lower part of the cooling jacket, and the suction cavity of the working fluid under the intermediate pressure of the second stage the compressor is connected by a channel with a cavity for removing the working fluid from the upper part of the cooling jacket, holes are made on both sides in the upper and lower parts of the casing, to which, in conjunction with the holes made in the upper and lower parts of each end cover, form channels for supplying and withdrawing the working fluid to the cooling cavity between each end and side cover, in the rotor, between the grooves for the plates, cooling cavities are made which, when the rotor rotates are connected alternately, through an opening made in the lower part of each end cover, with a cooling cavity between each end and side cover, and in the lower part of the body there is a threaded hole for supplying to the shirt cavity cooling a liquid working fluid under intermediate pressure.

2. Ротационно-пластинчатый компрессор по п. 1, отличающийся тем, что на рабочие поверхности корпуса и торцевых крышек нанесено антифрикционное покрытие на основе металлических, или керамических, или полимерных материалов методами газотермического напыления, или методами плазменного нанесения покрытий, или плазменной закалкой, или плазменной модификацией, или вакуумными методами нанесения покрытий.2. The rotary vane compressor according to claim 1, characterized in that the antifriction coating is applied to the working surfaces of the housing and end caps based on metal, or ceramic, or polymeric materials by gas thermal spraying methods, or by plasma coating methods, or by plasma hardening, or plasma modification, or vacuum coating methods.