Поршневой компрессор с бесшатунным механизмом

Полезная модель относится к области компрессоростроения, а именно к поршневым многоцилиндровым компрессорам возвратно-поступательного конструктивного исполнения с бесшатунным механизмом. Поршневой компрессор с бесшатунным механизмом содержит эксцентриковый вал с установленным на нем ротором, по меньшей мере две пары оппозитных цилиндров, оси которых перпендикулярны оси эксцентрикового вала, внутри каждого цилиндра размещен с возможностью возвратно-поступательного движения поршень, взаимодействующий с ротором, отличающийся тем, что каждая пара поршней соответствующей пары оппозитных цилиндров соединена между собой соединительным элементом. Техническим результатом полезной модели является уменьшение металлоемкости конструкции, обеспечение компактности устройства, обеспечение динамической уравновешенности движущихся частей, уменьшение числа передаточных звеньев, снижение потерь мощности на механическое трение, повышение надежности и долговечности, упрощение процесса сборки, а также снижение уровня вибрации и шума.

Полезная модель относится к области компрессоростроения, а именно к поршневым многоцилиндровым компрессорам возвратно-поступательного конструктивного исполнения с бесшатунным механизмом.

Известны быстроходные компрессоры серии TORNADO с цилиндрами компрессорного блока, оппозитно расположенными в горизонтальной плоскости. В механизме движения компрессоров содержится шатунная группа (см., например, Компресс, техн. и пневмат.2008, 5, с.21-22, 48, 3 ил. Рус; рез. англ.).

Недостатками известного компрессора являются: неуравновешенность сил инерции, низкий механический К.П.Д., неравномерный износ стенок цилиндропоршневой группы из-за возникающих боковых усилий на поршень машины. Наряду с этим для быстроходных компрессоров характерен высокий уровень газодинамических потерь и ограниченная работоспособность самодействующих клапанов.

Известен компрессор с эксцентриковым ротором, содержащий корпус с размещенной в его пазу лопастью, установленный в корпусе эксцентриковый вал с ротором, взаимодействующим в режиме качения с лопастью. Контакт лопасти с ротором осуществляется с помощью пружины и давления нагнетаемого газа, действующего на торец лопасти, противоположный торцу взаимодействия с ротором. В этой конструкции лопасть разделяет рабочую полость на две камеры. Компрессор работает без всасывающего клапана, а камера сжатия и нагнетания содержит самодействующий клапан (см. Холодильные компрессоры/ А.В.Быков, Э.М.Бежанишвили, И.М.Калнинь и др.; под ред. А.В.Быкова. -2-е изд., перераб. и доп.-М.: Колос, 1992.-304 с.).

Недостатками данного типа компрессора является наличие в динамике неуравновешенной силы инерции поступательного движения, неудовлетворительная герметизация рабочих камер разного давления, что влечет к уменьшению производительности, а также увеличенное сравнительно с поршневыми компрессорами содержание масла в сжимаемом газе. Пружина и давление газа вызывают появление дополнительных контактных напряжений в зоне взаимодействия пластины с ротором, что снижает надежность работы компрессора. Кроме того, ограниченная толщина пластины для уменьшения ее массы приводит к малым значениям эксцентриситета и снижению производительности компрессора.

Также известен многоцилиндровый поршневой бесшатунный компрессор, содержащий корпус, впускные и выпускные клапаны и поршни. Механизм привода компрессора состоит из ведущего колеса, выполненного в виде двух цилиндров аксиального типа, большее из которых имеет обод трапецеидальной формы. Ведущее колесо соединено с поршнями при помощи направляющих, имеющих со стороны поршней головки, а со стороны ведущего колеса направляющий паз (см. Патент RU 2290535, опубликован 27.12.2006).

Недостатками такого устройства являются: наличие в механизме многочисленных передаточных звеньев, конструктивно нетехнологичных, имеющих опасное с точки зрения жесткости и прочности сечение в районе головки; возможность заклинивания вследствие перекосов при работе в паре направляющая-поршень, элементы которой контактируют по поверхности, имеющей клиновидную форму; повышенное трение в вышеупомянутых звеньях, повышенная вибрация и уровень шума.

Техническим результатом полезной модели является обеспечение динамической уравновешенности движущихся частей, уменьшение числа передаточных звеньев, обеспечение компактности устройства, снижение потерь мощности на механическое трение, уменьшение металлоемкости конструкции, повышение надежности и долговечности, упрощение процесса сборки, а также снижение уровня вибрации и шума.

Технический результат полезной модели достигается за счет того, что поршневой компрессор с бесшатунным механизмом содержит эксцентриковый вал с установленным на нем ротором, по меньшей мере две пары оппозитных цилиндров, оси которых перпендикулярны оси эксцентрикового вала и внутри каждого из которых размещен с возможностью возвратно-поступательного движения поршень, взаимодействующий с ротором, при этом поршни каждой пары оппозитных цилиндров соединены между собой по меньшей мере одним соединительным элементом.

Кроме того, каждый поршень имеет выступ, продолговатый в направлении перпендикулярном оси ротора и оси соответствующего цилиндра, при этом поверхность выступа взаимодействует с поверхностью ротора, а компрессор включает два соединительных элемента, выполненных каждый в виде стяжки, охватывающей соответствующие концы выступов соответствующей пары поршней и ротор.

Кроме того, взаимодействующие с ротором поверхности выступов поршней каждой пары оппозитных цилиндров выполнены, преимущественно, плоскими и параллельными друг другу.

Кроме того, каждый поршень может быть размещен в соответствующем цилиндре на направляющих.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 показан поперечный разрез компрессора; на фиг.2 показано сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 показан вид Б на фиг.1; на фиг4 - вид В на фиг.1.

Поршневой компрессор с бесшатунным механизмом содержит две пары оппозитно расположенных цилиндров 1 с размещенными в них с возможностью возвратно-поступательного движения поршнями 2, причем угол между осями соответствующих оппозитных пар цилиндров 1 составляет 90 градусов. Поршневой компрессор содержит механизм преобразования движения, выполненный в виде эксцентрикового вала 3, на эксцентрике которого с возможностью вращения установлен ротор 4. Ротор 4 взаимодействует своей внешней рабочей поверхностью с плоскими поверхностями выступов 10 поршней 2, выполненных продолговатыми в направлении перпендикулярном оси ротора 4 и оси соответствующего цилиндра 1, при этом плоская поверхность выступа 10 каждого поршня 2 представляет собой рабочую площадку. Оси оппозитных цилиндров 1 перпендикулярны оси эксцентрикового вала 3. Взаимодействие ротора 4 с плоскими площадками выступов 10 поршней 2 осуществляется путем качения ротора 4 по данным площадкам, обеспечивая, тем самым, возвратно-поступательное движение поршней 2.

Ширина ротора 4 соответствует ширине эксцентриковой части вала 3.

Возвратно-поступательное движение поршней 2 осуществляется по установленным в цилиндрах 1 направляющим 5, обеспечивающим прямое перемещение поршней 2, а также предотвращающим поворот поршней 2 относительно осей цилиндров 1.

Противолежащие поршни 2 каждой пары оппозитных цилиндров 1 соединены между собой посредством двух соединительных элементов, выполненных в виде стяжек 6, охватывающих соответствующие концы выступов 10 соответствующей пары поршней 2 и ротор 4, обеспечивая его свободный проход через стяжки 6. Каждая стяжка 6 представляет собой цепь, при этом ее формы и размеры для соседних оппозитных пар цилиндров 1 обеспечивают их взаимное перемещение. Кроме того, стяжки 6 обеспечивают параллельность плоских площадок соответствующих выступов 10 поршней 2 соответствующей пары оппозитных цилиндров 1, а также необходимое расстояние между ними, равное диаметру ротора 4, благодаря чему происходит непрерывное возвратно-поступательное движение поршней 2 при вращении эксцентрикового вала 3 с ротором 4.

Каждый цилиндр 1 оснащен кольцевым самодействующим комбинированным клапаном 7, пропускающим газ из полости всасывания в полость нагнетания.

Эксцентриковый вал 3 размещен на опорах 8 скольжения и имеет симметрично расположенные противовесы 9.

Поршневой компрессор работает следующим образом. Вращение эксцентрикового вала 3 передается через подшипниковое соединение ротору 4, который катится по плоским площадкам выступов 10 поршней 2 в плоскости, перпендикулярной оси вала.

При рабочем ходе поршня 2 (сжатие газа с последующим нагнетанием), за счет качения ротора 4 по плоской площадке, соответствующие звенья цепи (стяжки 6) обеспечивают движение оппозитно расположенных поршней 2, преодолевая силы инерции, реализуя в одной полости одного поршня 2 процесс всасывания, а в другой полости другого поршня 2 - процесс нагнетания. Работа второй цилиндропоршневой группы аналогична и смещена по фазе на 90 градусов.

Суммарный вектор сил инерции поступательного движения для всех рядов в предлагаемой кинематической схеме постоянен по величине и направлен вдоль межцентровой линии вала 3 и его эксцентрика. С помощью противовесов 9 достигается статическая и динамическая уравновешенность компрессора.

Таким образом, принятые конструктивные решения позволяют уменьшить габаритные размеры и удельную массу компрессора, сравнительно с известными схемами шатунно-поршневого типа. Это обеспечивается за счет оппозитного расположения пар цилиндров 1, соединения поршней 2 в них звеньями цепи (стяжками 6). Наличие симметричных противовесов 9 обеспечивает уравновешенность движущихся частей компрессора. При этом повышается скорость вращения вала 3, уменьшается количество узлов трения, сокращаются потери мощности, увеличиваются надежность и долговечность компрессора. Появляется возможность упрощения технологического процесса изготовления и сборки отдельных деталей и узлов, за счет применения простых по форме стяжек 6.

1. Поршневой компрессор с бесшатунным механизмом, содержащий эксцентриковый вал с установленным на нем ротором, по меньшей мере, две пары оппозитных цилиндров, оси которых перпендикулярны оси эксцентрикового вала и внутри каждого из которых размещен с возможностью возвратно-поступательного движения поршень, взаимодействующий с ротором, отличающийся тем, что поршни каждой пары оппозитных цилиндров соединены между собой, по меньшей мере, одним соединительным элементом.

2. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что каждый поршень имеет выступ, продолговатый в направлении, перпендикулярном оси ротора и оси соответствующего цилиндра, при этом поверхность выступа взаимодействует с поверхностью ротора, а компрессор включает два соединительных элемента, выполненных каждый в виде стяжки, охватывающей соответствующие концы выступов соответствующей пары поршней и ротор.

3. Компрессор по п.2, отличающийся тем, что взаимодействующие с ротором поверхности выступов поршней каждой пары оппозитных цилиндров выполнены плоскими и параллельными друг другу.

4. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что каждый поршень размещен в соответствующем цилиндре на направляющих.