RU2592949C1

RU2592949C1 - Rotary volumetric action machine

Info

Publication number: RU2592949C1
Application number: RU2015104691/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Павлович Болштянский; Виктор Евгеньевич Щерба; Евгений Александрович Павлюченко; Диана Анатольевна Кузеева; Сергей Юрьевич Кайгородов
Priority date: 2015-02-11
Filing date: 2015-02-11
Publication date: 2016-07-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to pump- and compressor-building industry and can be used for simultaneous and alternate compression of liquids and gases. Machine consists of cylinder (1) with rotor (2) with slots (3), in which there are spring-loaded plates (4), and with two crescent-shaped chambers (6) and (7). Chamber (6) is connected to a liquid source via suction window (8) and to a liquid consumer - via pressure window (9), pressure line (10) and cooling jacket (11). Chamber (7) is connected with a gas source through suction window (12), and with a gas consumer through pressure window (13). Between chambers (6) and (7) there are sealing slots (14) and (15), within the length of which on the surface of cylinder (1) there are grooves (16) and (17). Groove (16) is connected with grooves (18) and (19) on end covers (20) and (21) and connected by channel (22) with gas pressure line of gas, while groove (17) is connected with liquid pressure line through channel (23). On end cover (20) there is groove (26), and on cover (21) - groove (27). Both grooves (26) and (27) are connected with groove (17).

EFFECT: invention is aimed at increasing efficiency of the machine by reducing the amount of liquid in the compressed gas and the amount of gas in the compressed fluid.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано при создании компактных агрегатов для одновременного и попеременного сжатия жидкостей и газов до средних давлений.The invention relates to the field of energy and can be used to create compact units for simultaneous and alternate compression of liquids and gases to medium pressures.

Известна ротационная машина объемного действия, содержащая ротор с пластинами, установленный в цилиндре с образованием двух серповидных пространств, соединенных с источником и потребителем сжимаемой рабочей среды и перекрытых торцевыми крышками (см. книгу Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. М.: Машиностроение, 1971, рис. 99 на стр. 209 и рис. 100 и 101 на стр. 211).Known rotary volumetric machine containing a rotor with plates mounted in the cylinder with the formation of two sickle-shaped spaces connected to the source and consumer of a compressible working medium and covered by end caps (see the book TM Bashta Engineering Hydraulics. M .: Engineering, 1971 , fig. 99 on p. 209 and fig. 100 and 101 on p. 211).

Известна также ротационная машина объемного действия, имеющая цилиндр с торцовыми крышками с установленным в цилиндре ротором с пазами и пластинами с образованием двух серповидных камер, имеющих зоны нагнетания и всасывания, причем одна камера соединена окнами с источником и потребителем жидкости, а другая - с источником и потребителем газа, а ротор установлен в цилиндре с образованием двух уплотнительных щелей, образованных наружной поверхностью ротора и внутренней поверхностью цилиндра, и разделяющих серповидные камеры (А.С. СССР №848755 «Ротационно-пластинчатый компрессор», МКИ F04C 18/00, F04C 29/00, опубл. 23.07.1981, бюл. №27).A volumetric rotary machine is also known, having a cylinder with end caps with a rotor installed in the cylinder with grooves and plates with the formation of two sickle-shaped chambers having discharge and suction zones, one chamber being connected by windows to a source and a consumer of liquid, and the other to a source and gas consumer, and the rotor is installed in the cylinder with the formation of two sealing slots formed by the outer surface of the rotor and the inner surface of the cylinder, and separating the crescent-shaped chambers (AS USSR No. 8487 55 "Rotary vane compressor", MKI F04C 18/00, F04C 29/00, publ. 07.23.1981, bull. No. 27).

Недостатком известных конструкций является невозможность получения относительно чистых сжатых газов в связи с большим количеством жидкости, проникающей из камеры для ее сжатия в камеру для сжатия газа, т.к. уплотнения в виде протяженной щели малой высоты не могут сдержать полностью уплотняемые потоки. Кроме того, сжатый газ также проникает в камеру для сжатия жидкости, что увеличивает содержание газа в сжатой жидкости и негативно влияет на характеристики гидравлической линии, которую питает ротационная машина. Все это вместе взятое снижет эффективность ее работы.A disadvantage of the known structures is the impossibility of obtaining relatively pure compressed gases due to the large amount of liquid penetrating from the chamber for its compression into the chamber for gas compression, because seals in the form of an extended gap of small height cannot restrain fully sealed flows. In addition, the compressed gas also enters the chamber for compressing the liquid, which increases the gas content in the compressed liquid and adversely affects the characteristics of the hydraulic line that the rotary machine feeds. All this taken together will reduce the effectiveness of her work.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности работы машины объемного действия путем снижения количества жидкости в сжатом газе и газа в сжатой жидкости.An object of the invention is to increase the efficiency of a volumetric machine by reducing the amount of liquid in compressed gas and gas in compressed liquid.

Указанная задача решается тем, что в ротационной машине объемного действия, имеющей цилиндр с торцовыми крышками с установленным в цилиндре ротором с пазами и пластинами с образованием двух серповидных камер, имеющих зоны нагнетания и всасывания, причем одна камера соединена окнами с источником и потребителем жидкости, а другая - с источником и потребителем газа, а ротор установлен в цилиндре с образованием двух уплотнительных щелей, образованных наружной поверхностью ротора и внутренней поверхностью цилиндра, и разделяющих серповидные камеры, согласно изобретению пределах длины уплотнительных щелей вдоль их цилиндрической поверхности на поверхности цилиндра размещены канавки, соединенные с канавками на торцовых крышках, причем канавка, расположенная в зоне щели, отделяющей зону нагнетания жидкости от зоны всасывания газа соединена с линией нагнетания газа, а канавка, расположенная в зоне щели, отделяющей зону нагнетания газа от зоны всасывания жидкости - с линией нагнетания жидкости. Канавки на поверхности цилиндра могут быть расположены под углом к его образующей, а канавки на торцовых крышках могут быть расположены под углом к линии радиуса ротора, проведенной через любую часть канавки.This problem is solved in that in a rotary volumetric machine having a cylinder with end caps with a rotor installed in the cylinder with grooves and plates with the formation of two sickle-shaped chambers having discharge and suction zones, one chamber being connected by windows to a source and a consumer of liquid, and the other with a gas source and consumer, and the rotor is installed in the cylinder with the formation of two sealing slots formed by the outer surface of the rotor and the inner surface of the cylinder, and separating the crescent chambers according to the invention, along the length of the sealing slots along their cylindrical surface, grooves are placed on the surface of the cylinder, connected to grooves on the end caps, the groove located in the zone of the gap separating the fluid injection zone from the gas suction zone and connected to the gas injection line, and the groove located in the gap zone separating the gas injection zone from the liquid suction zone - with the liquid injection line. The grooves on the surface of the cylinder can be located at an angle to its generatrix, and the grooves on the end caps can be located at an angle to the radius line of the rotor drawn through any part of the groove.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 изображено продольное сечение машины плоскостью, параллельной торцовым поверхностям ротора.In FIG. 1 shows a longitudinal section of the machine with a plane parallel to the end surfaces of the rotor.

На фиг. 2 Показано поперечное сечение машины плоскостью, проходящей через стяжные болты и параллельной оси вращения ротора. Сечение ротора на этом чертеже условно не показано.In FIG. 2 The cross section of the machine is shown with a plane passing through the coupling bolts and parallel to the axis of rotation of the rotor. The rotor section in this drawing is conventionally not shown.

На фиг. 3 показано сечение машины по плоскости внутренней поверхности одной из торцовых крышек.In FIG. 3 shows a section of the machine along the plane of the inner surface of one of the end caps.

Машина состоит из цилиндра 1, в котором установлен ротор 2 с пазами 3, в которых размещены пластины 4, подпружиненные пружинами 5. Ротор 2 образует с цилиндром 1 две серповидные камеры 6 и 7, причем камера 6 соединена с источником жидкости через всасывающее окно 8, находящееся в зоне всасывания жидкости, и с потребителем жидкости через нагнетательное окно 9, находящееся в зоне нагнетания жидкости, линию нагнетания 10 и рубашку охлаждения 11, выполненную в виде сквозного паза в теле цилиндра 1, а камера 7 соединена с источником газа через всасывающее окно 12, находящееся в зоне всасывания газа, а с потребителем газа - через нагнетательное окно 13, находящееся в зоне нагнетания газа. Ротор 2 установлен в цилиндре 1 с образованием наружной цилиндрической поверхностью ротора и ответной внутренней поверхностью цилиндра, находящейся между серповидными камерами 6 и 7, двух уплотнительных щелей 14 и 15, разделяющих серповидные камеры 6 и 7, причем щель 14 отделяет зону нагнетания жидкости от зоны всасывания газа, а щель 15 отделяет зону нагнетания газа от зоны всасывания жидкости.The machine consists of a cylinder 1, in which a rotor 2 with grooves 3 is installed, in which plates 4 are placed, spring-loaded with springs 5. The rotor 2 forms two sickle-shaped chambers 6 and 7 with cylinder 1, moreover, the chamber 6 is connected to the liquid source through the suction window 8, located in the liquid suction zone, and with the liquid consumer through the discharge window 9, located in the liquid injection zone, the discharge line 10 and the cooling jacket 11, made in the form of a through groove in the body of the cylinder 1, and the chamber 7 is connected to the gas source through the suction window but 12, located in the gas intake zone, and with the gas consumer through the discharge window 13, located in the gas injection zone. The rotor 2 is installed in the cylinder 1 with the formation of the outer cylindrical surface of the rotor and the reciprocal inner surface of the cylinder located between the crescent chambers 6 and 7, two sealing slots 14 and 15 separating the crescent chambers 6 and 7, and the slit 14 separates the fluid injection zone from the suction zone gas, and a slit 15 separates the gas injection zone from the liquid suction zone.

В пределах длины уплотнительных щелей 14 и 15 вдоль их цилиндрической поверхности на поверхности цилиндра 1 размещены канавки 16 и 17. Канавка 16 соединена с канавками 18 и 19, находящихся соответственно на торцовых крышках 20 и 21 (канавка 19 - с внутренней стороны, показана штриховой линией). Канавка 16, расположенная в зоне щели 14, отделяющей зону нагнетания жидкости от зоны всасывания газа, соединена каналом 22 с линией нагнетания газа, а канавка 17, расположенная в зоне щели 15, отделяющей зону нагнетания газа от зоны всасывания жидкости - с линией нагнетания жидкости через канал 23 (см. также фиг. 2 и 3). Вся конструкция машины стянута в пакет болтами 24. Ротор 1 приводится во вращение валом 25. На торцовой крышке 20 имеется канавка 26 (см. также фиг. 3), а на крышке 21 (с внутренней стороны) - канавка 27 (как и канавка 19 показана на фиг. 1 и 3 штриховой линией). Обе канавки 26 и 27 соединены с канавкой 17 так же, как канавки 18 и 19 соединены с канавкой 16, что показано на фиг. 2.Within the lengths of the sealing slots 14 and 15, grooves 16 and 17 are placed on the surface of the cylinder 1 along their cylindrical surface. The groove 16 is connected to the grooves 18 and 19 located on the end caps 20 and 21, respectively (the groove 19 on the inside is shown by a dashed line ) The groove 16, located in the zone of the gap 14, separating the liquid injection zone from the gas suction zone, is connected by the channel 22 to the gas injection line, and the groove 17, located in the zone of the gap 15, separating the gas injection zone from the liquid suction zone, is connected to the liquid injection line through channel 23 (see also Figs. 2 and 3). The whole structure of the machine is pulled together in a bag by bolts 24. The rotor 1 is driven by a shaft 25. On the end cover 20 there is a groove 26 (see also Fig. 3), and on the cover 21 (on the inside) there is a groove 27 (as well as groove 19 shown in Fig. 1 and 3 by a dashed line). Both grooves 26 and 27 are connected to groove 17 in the same way that grooves 18 and 19 are connected to groove 16, as shown in FIG. 2.

Канавки 16 и 17 на поверхности цилиндра 1 расположены под углом к его образующей, а канавки 18, 19 и 26, 27 - на торцовых крышках расположены под углом к линии радиуса ротора, проведенной через любую часть канавки.The grooves 16 and 17 on the surface of the cylinder 1 are located at an angle to its generatrix, and the grooves 18, 19 and 26, 27 on the end caps are located at an angle to the radius line of the rotor drawn through any part of the groove.

Машина работает следующим образом (фиг. 1). При вращении ротора 2 пластины 4, будучи прижатыми к серповидным поверхностям камер 6 и 7 пружинами 5 и силами инерции, создают в этих полостях движущиеся по окружности межпластинчатые камеры переменного объема, в результате чего жидкость всасывается из окна 8 (при этом межпластинчатый объем увеличивается с созданием разрежения), переносится к нагнетательному окну 9 (при этом межпластинчатый объем уменьшается, что приводит к сжатию жидкости до давления нагнетания), и выталкивается через это окно потребителю.The machine operates as follows (Fig. 1). When the rotor 2 rotates, the plates 4, being pressed by the springs 5 and the inertia forces to the sickle-shaped surfaces of the chambers 6 and 7, create interplanar chambers of variable volume moving in these cavities, as a result of which the fluid is sucked from the window 8 (while the interplate volume increases vacuum), is transferred to the discharge window 9 (while the inter-plate volume decreases, which leads to compression of the liquid to the discharge pressure), and is pushed through this window to the consumer.

Одновременно на противоположной стороне в серповидной камере 7 в зоне всасывающего окна 12 происходит увеличение межпластинчатого объема, появляется разрежение, и газ всасывается в этот объем через окно 12. Далее при вращении ротора 2 объем между пластинами уменьшается, происходит сжатие газа, и он выталкивается потребителю через нагнетательное окно 13.At the same time, on the opposite side in the crescent chamber 7 in the area of the suction window 12, an increase in the inter-plate volume occurs, a vacuum appears, and gas is sucked into this volume through the window 12. Then, when the rotor 2 rotates, the volume between the plates decreases, gas is compressed, and it is pushed out to the consumer through discharge window 13.

При небольших давлениях жидкости и газа (порядка 2-4 бар) наличие уплотнительных щелей 14 и 15 и торцовых щелей (между торцовыми поверхностями ротора 2 и крышками 20 21) достаточно для предотвращения проникновения газа в жидкость (из зоны нагнетания газа через щель 15 в зону всасывания жидкости) и жидкости в газ (из зоны нагнетания жидкости через щель 14 в зону всасывания жидкости). Практически высота указанных щелей (радиальных и торцовых) при современных методах чистовой обработки и селективной сборки может составлять 20-30 мкм и менее. В то же время существенного нагрева ротора 2 не может происходить из-за передачи ему теплоты сжатия газа, т.к., во-первых, степень повышения давления газа при низком давлении газа невелика, и, во-вторых, поверхность ротора постоянно контактирует с жидкостью, которая имеет, как правило, температуру, близкую к температуре окружающей среды. Кроме того, в конструкции машины предусмотрено и принудительное охлаждение компрессорной части цилиндра 1 путем пропускания жидкости через тело цилиндра в зоне серповидной полости 7 (через рубашку охлаждения 11), в которой происходит сжатие газа.At low liquid and gas pressures (about 2-4 bar), the presence of sealing slots 14 and 15 and end slots (between the end surfaces of the rotor 2 and the covers 20 21) is sufficient to prevent gas from entering the liquid (from the gas injection zone through the slot 15 into the zone liquid suction) and liquid into gas (from the liquid injection zone through the gap 14 to the liquid absorption zone). Almost the height of these slots (radial and end) with modern methods of finishing and selective assembly can be 20-30 microns or less. At the same time, a significant heating of the rotor 2 cannot occur due to the transfer of heat of gas compression to it, because, firstly, the degree of increase in gas pressure at low gas pressure is small, and, secondly, the surface of the rotor is constantly in contact with a liquid which, as a rule, has a temperature close to ambient temperature. In addition, the design of the machine also provides for the forced cooling of the compressor part of the cylinder 1 by passing liquid through the cylinder body in the area of the crescent cavity 7 (through the cooling jacket 11), in which gas is compressed.

При средних давлениях (порядка 15-30 бар для жидкости и 10-12 бар для газа) для предотвращения существенного взаимопроникновения жидкости в газ и газа в жидкость служат канавки 16, 17, 18, 19 и 26, 27, которые выполняют функции газового и гидравлического затвора. Давление нагнетания газа, передаваемое в канавку 16 и из нее в канавки 18 и 19 выполняет функция газового затвора, предотвращающего значительное перетекание жидкости со стороны нагнетания полости 6 на всасывание полости 7, а давление нагнетания жидкости, передаваемое из зоны ее нагнетания в канавку 17 и из нее в канавки 26 и 27, образует гидравлический затвор, предотвращающий попадание сжатого газа из зоны его нагнетания полости 7 в зону всасывания жидкости в полости 6.At medium pressures (of the order of 15-30 bar for liquid and 10-12 bar for gas), grooves 16, 17, 18, 19 and 26, 27, which serve as gas and hydraulic, serve to prevent significant interpenetration of liquid into gas and gas into liquid. shutter. The gas injection pressure transmitted to and from the groove 16 and into the grooves 18 and 19 serves as a gas shutter preventing the liquid from flowing significantly from the discharge side of the cavity 6 to the suction of the cavity 7, and the liquid injection pressure transmitted from its injection zone to the groove 17 and from it into the grooves 26 and 27, forms a hydraulic shutter, preventing the ingress of compressed gas from the zone of its injection cavity 7 into the zone of fluid intake in the cavity 6.

Расположение вышеуказанных канавок под углом к радиальной и торцовой поверхностям пластин 4 позволяют использовать достаточно широкий профиль канавок, при этом пластины 4 не могут «закусывать» края канавок и изнашиваться об их края.The location of the above grooves at an angle to the radial and end surfaces of the plates 4 allows you to use a fairly wide profile of the grooves, while the plate 4 can not "bite" the edges of the grooves and wear on their edges.

Таким образом, предложенная конструкция машины объемного действия позволяет одновременно сжимать газ и жидкость с высокой эффективностью за счет активного охлаждения рабочих поверхностей ротора и цилиндра в зоне сжатия газа, и при этом обеспечивая минимально возможное проникновение газа в жидкость и жидкости в газ.Thus, the proposed design of a volumetric machine allows simultaneous compression of gas and liquid with high efficiency due to active cooling of the working surfaces of the rotor and cylinder in the gas compression zone, while ensuring the minimum possible penetration of gas into the liquid and liquid into the gas.

Таким образом, следует признать, что поставленная техническая задача полностью решена.Thus, it should be recognized that the technical task posed is completely solved.

Claims

1. Ротационная машина объемного действия, имеющая цилиндр с торцовыми крышками с установленным в цилиндре ротором с пазами и пластинами с образованием двух серповидных камер, имеющих зоны нагнетания и всасывания, причем одна камера соединена окнами с источником и потребителем жидкости, а другая - с источником и потребителем газа, а ротор установлен в цилиндре с образованием двух уплотнительных щелей, образованных наружной поверхностью ротора и внутренней поверхностью цилиндра и разделяющих серповидные камеры, отличающаяся тем, что в пределах длины уплотнительных щелей вдоль их цилиндрической поверхности на поверхности цилиндра размещены канавки, соединенные с канавками на торцовых крышках, причем канавка, расположенная в зоне щели, отделяющей зону нагнетания жидкости от зоны всасывания газа, соединена с линией нагнетания газа, а канавка, расположенная в зоне щели, отделяющей зону нагнетания газа от зоны всасывания жидкости, - с линией нагнетания жидкости.1. A rotary volumetric machine having a cylinder with end caps with a rotor installed in the cylinder with grooves and plates with the formation of two sickle-shaped chambers having discharge and suction zones, one chamber being connected by windows to a source and a consumer of liquid, and the other to a source and gas consumer, and the rotor is installed in the cylinder with the formation of two sealing slots formed by the outer surface of the rotor and the inner surface of the cylinder and separating the crescent chambers, characterized in that in pre In the case of the length of the sealing slots along their cylindrical surface, grooves are placed on the cylinder surface, connected to grooves on the end caps, the groove located in the gap zone separating the fluid injection zone from the gas suction zone and connected to the gas injection line, and the groove located in the zone the gap separating the gas injection zone from the liquid suction zone, with the liquid injection line.

2. Ротационная машина по п. 1, отличающаяся тем, что канавки на поверхности цилиндра расположены под углом к его образующей.2. The rotary machine according to claim 1, characterized in that the grooves on the surface of the cylinder are located at an angle to its generatrix.

3. Ротационная машина по п. 1, отличающаяся тем, что канавки на торцовых крышках расположены под углом к линии радиуса ротора, проведенной через любую часть канавки. 3. The rotary machine according to claim 1, characterized in that the grooves on the end caps are located at an angle to the radius line of the rotor drawn through any part of the groove.