RU2187699C1 - Membrane compressor - Google Patents

Abstract

FIELD: compression of gases or evacuation of vapors and oils free from admixtures. SUBSTANCE: compressor has housing, drive shaft with eccentric and antifriction bearings. Secured on pusher are two membranes forming two working chambers with valves. Pusher is made in form of sectional rigid rectangular frame with slots on opposite sides of frame. Working chambers are provided with dead space regulators made in form of threaded rings located on threaded perimeters of working chambers between them and housing. Valves of working chambers are made in form of rubber plates with two tabs. EFFECT: enhanced efficiency at simultaneous increase of outlet pressure; reduced noise level and wear. 1 dwg

Description

Изобретение относится к мембранным компрессорам (насосам), предназначенным для получения сжатых газов (или вакуума), свободных oт примесей паров масел. The invention relates to membrane compressors (pumps) designed to produce compressed gases (or vacuum), free from impurities of oil vapor.

Известен мембранный насос по патенту РФ 2070666 (кл. F 04 В 43/02, 1997 г.), содержащий корпус, приводной вал, толкатель с закрепленной на ней мембраной и механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное. A known diaphragm pump according to the patent of the Russian Federation 2070666 (class F 04 B 43/02, 1997), comprising a housing, a drive shaft, a pusher with a membrane mounted on it and a mechanism for converting rotational motion into reciprocating.

Механизм преобразования в данном насосе выполнен в виде наклонной поверхности, контактирующей с поверхностью опорного элемента толкателя, причем обратный ход толкателя осуществляется пружиной, что увеличивает нагрузку при прямом ходе толкателя. The conversion mechanism in this pump is made in the form of an inclined surface in contact with the surface of the support element of the pusher, and the return stroke of the pusher is carried out by a spring, which increases the load during the forward stroke of the pusher.

Кроме того, в указанном насосе отсутствует регулятор мертвого объема камеры, что не позволяет уменьшить его величину и, следовательно, повысить кпд насоса. In addition, in the specified pump there is no regulator of the dead volume of the chamber, which does not allow to reduce its value and, therefore, increase the efficiency of the pump.

Известен также насос с эластичным рабочим органом по пат.РФ 2037650 (кл. F 04 В 43/00, 1995 г.), содержащий электропривод, связанный при помощи приводного валика с эксцентриком, и механизм преобразования вращательного движения в поступательное с толкателем эластичного рабочего органа и гидравлическую магистраль с клапанами входа и выхода. При этом приводной валик выполнен в виде шайбы с пазом, в котором при помощи регулировочного винта закреплен эксцентрик с подшипником, а в толкателе выполнен горизонтальный паз, ширина которого равна внешнему диаметру подшипника. Also known is a pump with an elastic working body according to Pat. RF 2037650 (class F 04 B 43/00, 1995), containing an electric drive connected by a drive roller with an eccentric and a mechanism for converting rotational motion into translational motion with a pusher of an elastic working body and a hydraulic line with inlet and outlet valves. In this case, the drive roller is made in the form of a washer with a groove in which an eccentric with a bearing is fixed using the adjusting screw, and a horizontal groove is made in the push rod, the width of which is equal to the outer diameter of the bearing.

В настоящем устройстве, также как и в устройстве по патенту РФ 2070666, механизм преобразования позволяет преобразовать вращательное движение в плоскопараллельное возвратно-поступательное. In this device, as well as in the device according to the patent of the Russian Federation 2070666, the conversion mechanism allows you to convert the rotational motion into plane-parallel reciprocating.

Однако в данном устройстве для обеспечения его работоспособности горизонтальный паз толкателя должен быть выполнен чуть больше внешнего диаметра подшипника (во избежание заклинивания последнего). Это приводит к тому, что данный насос работоспособен лишь при низких оборотах, т.к. неизбежны ударные нагрузки на подшипник при смене хода в толкателе. При высоких оборотах это резко снизит ресурс работы подшипника и увеличит шум при работе насоса. However, in this device, to ensure its operability, the horizontal groove of the pusher should be made slightly larger than the outer diameter of the bearing (in order to avoid jamming of the latter). This leads to the fact that this pump is operational only at low speeds, because Inevitable shock loads on the bearing when changing stroke in the pusher. At high speeds, this will sharply reduce the service life of the bearing and increase the noise during pump operation.

Кроме того, в насосе также не предусмотрено устройство peгулировки мертвого объема, что не позволяет увеличить кпд насоса. In addition, the pump also does not provide a dead volume adjustment device, which does not allow to increase the efficiency of the pump.

Данное изобретение peшает задачу повышения кпд мембранного компрессора с одновременным повышением выходного давления вакуума, уменьшения шума и износа. This invention solves the problem of increasing the efficiency of a membrane compressor while increasing the output pressure of the vacuum, reducing noise and wear.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в мембранном компрессоре (вакуум-насосе), содержащем корпус с установленным в нем приводным валом с эксцентриком и подшипниками качения, толкатель с закрепленными на нем двумя эластичными мембранами, две рабочих камеры с резьбовыми боковыми поверхностями, клапанами и крышками, согласно настоящему изобретению толкатель выполнен в виде сборной жесткой прямоугольной рамки, ширина которой равна (или меньше на 0,005-0,01 мм) наружному диаметру подшипников с прорезями, большими на 1-2 мм ширины подшипников, причем расположены на противоположных сторонах рамки толкателя таким образом, что наружные кольца двух крайних подшипников эксцентрика контактируют с одной стороной рамки толкателя, а наружные кольца одного или двух средних подшипников контактируют с другой стороной рамки толкателя. Согласно изобретению рабочие камеры снабжены регуляторами мертвого объема, выполненными в виде резьбовых колец, установленных на боковых резьбовых поверхностях рабочих камер между камерами и корпусом, при этом клапаны рабочих камер выполнены в виде резиновых пластин с двумя лепестками па каждой, ход которых на линии всасывания ограничен цилиндрическими проточками глубиной 0,5-1,0 мм на наружных плоскостях рабочих камер, а на линии всасывания - аналогичными проточками на внутренних плоскостях крышек. The solution to this problem is achieved by the fact that in a membrane compressor (vacuum pump) containing a housing with a drive shaft with an eccentric and rolling bearings installed in it, a pusher with two elastic membranes fixed to it, two working chambers with threaded side surfaces, valves and covers , according to the present invention, the pusher is made in the form of a prefabricated rigid rectangular frame, the width of which is equal to (or less than 0.005-0.01 mm) the outer diameter of the bearings with slots larger by 1-2 mm of the width of the base pnikov, moreover, are located on opposite sides of the pusher frame so that the outer rings of the two extreme eccentric bearings are in contact with one side of the pusher frame, and the outer rings of one or two middle bearings are in contact with the other side of the pusher frame. According to the invention, the working chambers are equipped with dead volume controllers made in the form of threaded rings mounted on the lateral threaded surfaces of the working chambers between the chambers and the housing, while the valves of the working chambers are made in the form of rubber plates with two petals pa each, the stroke of which on the suction line is limited by cylindrical grooves with a depth of 0.5-1.0 mm on the outer planes of the working chambers, and on the suction line - similar grooves on the inner planes of the covers.

Таким образом, технический результат настоящего изобретения заключается в том, что благодаря предложенным конструктивным усовершенствованиям мембранный компрессор обеспечивает повышение выходного давления (вакуума) с одновременным уменьшением шума и износа и увеличением кпд. Thus, the technical result of the present invention lies in the fact that due to the proposed design improvements, the membrane compressor provides an increase in the outlet pressure (vacuum) while reducing noise and wear and increasing efficiency.

Изложенная сущность изобретения поясняется конкретным примером выполнения мембранного компрессора и чертежом (фиг. 1), на котором представлено конструктивное исполнение мембранного компрессора. The essence of the invention is illustrated by a specific example of the implementation of the membrane compressor and the drawing (Fig. 1), which shows the design of the membrane compressor.

Мембранный компрессор (вакуум-насос) содержит корпус 1, приводной вал 2 с эксцентриком 3 и подшипниками качения 4, толкатель 5 с закрепленными на нем двумя мембранами 6, две рабочих камеры 7 с клапанами 8, 9 и крышками 10. The membrane compressor (vacuum pump) contains a housing 1, a drive shaft 2 with an eccentric 3 and rolling bearings 4, a pusher 5 with two membranes 6 fixed to it, two working chambers 7 with valves 8, 9 and covers 10.

При этом толкатель 5 выполнен и виде сборной жесткой прямоугольной рамки 11, ширина которой равна (или на 0,005-0,01 мм меньше) наружному диаметру подшипников 4 с прорезями 12, большими на 1-2 мм ширины подшипников, причем прорези 12 расположены на противоположных сторонах рамки 11 таким образом, что наружные кольца двух крайних подшипников 4 эксцентрика 3 контактируют с одной стороны толкателя 5, а наружные кольца одного или двух подшипников 4 контактируют с другой стороны толкателя 5. In this case, the pusher 5 is made in the form of a prefabricated rigid rectangular frame 11, the width of which is equal to (or 0.005-0.01 mm less) the outer diameter of the bearings 4 with slots 12, larger by 1-2 mm of the width of the bearings, and the slots 12 are located on opposite the sides of the frame 11 so that the outer rings of the two extreme bearings 4 of the eccentric 3 are in contact on one side of the plunger 5, and the outer rings of one or two bearings 4 are in contact on the other side of the plunger 5.

Рабочие камеры 7 снабжены регуляторами мертвого объема, выполненными в виде резьбовых колец 13, расположенных на резьбовых периметрах рабочих камер 7 между ними и корпусом 1, причем клапаны 8, 9 рабочих камер 7 выполнены в виде резиновых пластин с двумя лепестками, ход которых на линии всасывания ограничен цилиндрическим углублением глубиной 0,5-1,0 мм на наружных поверхностях рабочей камеры 7, а на линии нагнетания - такими же углублениями на внутренних сторонах крышек 10. The working chambers 7 are equipped with dead volume controllers made in the form of threaded rings 13 located on the threaded perimeters of the working chambers 7 between them and the housing 1, and the valves 8, 9 of the working chambers 7 are made in the form of rubber plates with two petals, the course of which is on the suction line limited to a cylindrical recess with a depth of 0.5-1.0 mm on the outer surfaces of the working chamber 7, and on the discharge line - the same recesses on the inner sides of the covers 10.

Мембранный компрессор (вакуум-насос) работает следующим образом. Membrane compressor (vacuum pump) operates as follows.

При вращении приводного вала 2, установленного в корпусе 1, эксцентрик 3 совершает вращательное движение с жестко установленным эксцентриситетом. Внутренние кольца подшипников 4 также совершают вращательное движение вместе с эксцентриком 3, а наружные кольца подшипников 4, за cчет того, что они зажаты только одной своей стороной, совершают возвратно-поступательное движение в плоскости, перпендикулярной плоскости рабочих камер 7. При этом крайние и средние подшипники совершают возвратное качение в разные стороны по контактирующим с ними сторонам толкателя 5. В результате этого толкатель 5 с закрепленными на нем мембранами 6 совершает плоскопараллельное возвратно-поступательное движение без угловых перемещений, что позволяет сближать практически без зазоров наружные поверхности толкателя 5 и внутренние поверхности рабочих камер 7 и тем самым уменьшить мертвый объем. When the drive shaft 2 is installed in the housing 1, the eccentric 3 rotates with a rigidly mounted eccentricity. The inner rings of the bearings 4 also rotate together with the eccentric 3, and the outer rings of the bearings 4, due to the fact that they are clamped by only one side, make a reciprocating motion in a plane perpendicular to the plane of the working chambers 7. Moreover, the extreme and middle bearings perform rolling in opposite directions on the sides of the pusher 5 in contact with them. As a result, the pusher 5 with membranes 6 mounted on it performs plane-parallel reciprocating motion of no angular displacement, that allows to bring together substantially without a gap the outer surfaces of the pusher 5 and the inner surfaces of the working chambers 7 and thus reduce the dead volume.

При прямом ходе толкателя 5 (1/2 оборота вала 2) во встречной рабочей камере идет процесс нагнетания, а в противоположной камере идет процесс всасывания, а при обратном ходе толкателя 5 процессы в камерах 7 меняются на противоположные. With a forward stroke of the pusher 5 (1/2 rotation of the shaft 2), an injection process is underway in the oncoming working chamber, and a suction process is taking place in the opposite chamber, and with a reverse stroke of the pusher 5, the processes in chambers 7 are reversed.

В цикле всасывания воздух, за счет образующегося в рабочей камере разрежения, отгибает лепесток клапана 9 всасывания и поступает внутрь рабочей камеры 7. Лепесток клапана 8 при этом закрывает выпускные отверстия камеры 7. In the suction cycle, the air, due to the vacuum formed in the working chamber, bends the petal of the suction valve 9 and enters the working chamber 7. The valve petal 8 closes the outlet openings of the chamber 7.

В цикле нагнетания воздух в рабочей камере начинает сжиматься. При этом клапан 9 закрывается, а клапан 8 открывается. In the discharge cycle, the air in the working chamber begins to compress. In this case, the valve 9 closes, and the valve 8 opens.

За счет выполнения клапанов 8, 9 в виде резиновых пластин с двумя лепестками, ход которых на линии всасывания ограничен цилиндрическими углублениями глубиной 0,5-1,0 мм на наружных поверхностях рабочих камер 7, а на линии нагнетания - такими же углублениями на внутренних сторонах крышек, уменьшается подклапанное пространство, что также уменьшает мертвый объем. Due to the execution of valves 8, 9 in the form of rubber plates with two petals, the stroke of which on the suction line is limited by cylindrical recesses with a depth of 0.5-1.0 mm on the outer surfaces of the working chambers 7, and on the discharge line, by the same recesses on the inner sides lids, decreases the valve space, which also reduces dead volume.

Также для уменьшения мертвого объема, который может появиться в результате появления суммы отрицательных допусков при изготовлении, и предотвращения заклинивания в результате появления суммы положительных допусков при изготовлении, служат регуляторы мертвого объема, выполненные в виде резьбовых колец 13, расположенных на резьбовых периметрах рабочих камер 7. Also, to reduce the dead volume, which can appear as a result of the appearance of the sum of negative tolerances in the manufacture, and to prevent jamming as a result of the appearance of the sum of the positive tolerances in the manufacture, the dead volume regulators are made in the form of threaded rings 13 located on the threaded perimeters of the working chambers 7.

Таким образом, вращением колец 13 обеспечивается изменение зазора между внешними поверхностями толкателей 5 и внутренними поверхностями камер 7. Thus, the rotation of the rings 13 provides a change in the gap between the outer surfaces of the pushers 5 and the inner surfaces of the chambers 7.

Проведенные испытания показали, что заявленный мембранный компрессор (вакуум-насос), по сравнению с устройствами аналогичного назначения (патент РФ 2070666, патент РФ 2037650) обладает улучшенными эксплуатационными характеристиками и отличается:
- увеличенным выходным давлением (вакуумом);
- увеличенным кпд;
- уменьшенным износом;
- уменьшенным шумом.The tests showed that the claimed membrane compressor (vacuum pump), in comparison with devices of a similar purpose (RF patent 2070666, RF patent 2037650) has improved operational characteristics and is different:
- increased outlet pressure (vacuum);
- increased efficiency;
- reduced wear;
- reduced noise.

Claims (1)

Мембранный компрессор, содержащий корпус с установленным в нем приводным валом с эксцентриком и подшипниками качения, толкатель с закрепленными на нем двумя эластичными мембранами, две рабочих камеры с резьбовыми боковыми поверхностями, клапанами и крышками, отличающийся тем, что толкатель выполнен в виде сборной жесткой прямоугольной рамки, ширина которой равна или меньше на 0,005-0,01 мм наружного диаметра подшипников, с прорезями, большими на 1-2 мм ширины подшипников, причем прорези расположены на противоположных сторонах рамки толкателя таким образом, что наружные кольца двух крайних подшипников эксцентрика контактируют с одной стороной рамки толкателя, а наружные кольца одного или двух средних подшипников контактируют с другой стороной рамки толкателя, а рабочие камеры снабжены регуляторами мертвого объема, выполненными в виде резьбовых колец, установленных на боковых резьбовых поверхностях рабочих камер между камерами и корпусом, при этом клапаны рабочих камер выполнены в виде резиновых пластин с двумя лепестками на каждой, ход которых на линии всасывания ограничен цилиндрическими проточками глубиной 0,5-1,0 мм на наружных плоскостях рабочих камер, а на линии всасывания - аналогичными проточками на внутренних плоскостях крышек. A membrane compressor comprising a housing with a drive shaft with an eccentric and rolling bearings installed in it, a pusher with two elastic membranes fixed to it, two working chambers with threaded side surfaces, valves and covers, characterized in that the pusher is made in the form of a rigid rectangular frame the width of which is equal to or less by 0.005-0.01 mm of the outer diameter of the bearings, with slots larger by 1-2 mm of the width of the bearings, the slots being located on opposite sides of the pusher frame so that the outer rings of the two extreme eccentric bearings are in contact with one side of the pusher frame, and the outer rings of one or two middle bearings are in contact with the other side of the pusher frame, and the working chambers are equipped with dead volume controllers made in the form of threaded rings mounted on the side threaded the surfaces of the working chambers between the chambers and the body, while the valves of the working chambers are made in the form of rubber plates with two petals on each, the course of which on the suction line is limited n cylindrical groove depth of 0.5-1.0 mm in the outer planes of the working chambers, and the suction line - similar bores on the inner planes of the covers.