Роторный насос-компрессор
Изобретение относится к области насосо- и компрессоростроения и может быть использовано при создании комбинированным машин объемного действия, сжимающих одновременно или попеременно жидкости и газы. Насос-компрессор (фиг.1) содержит корпус (1) с цилиндром (2), приводной вал (3) с эксцентриком (4) и ротором (5), пазы (6) с пластинами (7), поджатыми пружинами (8) и делящими цилиндр (1) на две полости - компрессорную (9) с всасывающим окном (11) и нагнетательным клапаном (12) и насосную (10) с всасывающим клапаном (13) и нагнетательным (14). Линия нагнетания (15) соединена с управляющей полостью (16) золотника (17) и с входным каналом (21), а линия нагнетания (18) соединена с управляющей полостью (19) и с каналом (20). Напротив каналов (20) и (21) размещены выходные каналы (22) и (23), соединенные в канал (24), разветвляющийся к пазам (6). В золотнике (17) установлен управляющий элемент (25) с выточками (26) и (27). Символами Рк и Р н обозначены соответственно давления нагнетания компрессорной (9) и насосной (10) полостей. При вращении вала (3) с эксцентриком (4) ротор (5) совершает орбитальное движение, изменяя объемы компрессорной (9) и насосной (10) полостей происходит всасывание газа через всасывающее окно (11) и жидкости через всасывающий клапан (13), их сжатие и нагнетание потребителю через нагнетательные клапаны (12) и (14). Из линии нагнетания (15) жидкость подается в полсть (16), а сжатый газ - в полость (19). На элементе (25) давления жидкости и газа сравниваются и элемент (27) перемещается в сторону меньшего давления, соответствующим образом соединяя или рассоединяя каналы (20) и (21) с каналами (22) и (23), и в пазы (6) всегда подается большее из двух. Поэтому на пластины (7) всегда действует небольшой перепад усилий - сверху большее усилие со стороны пазов (6) и снизу меньшее суммарное усилие со стороны полостей (9) и (10) цилиндра (2) - достаточный для прижатия пластин к ротору. При этом усилие пружин (8) определяется только силами инерции. Это позволяет максимально уменьшить усилия, действующие на разделительные пластины (7) в сторону их контакта с поверхностью ротора (5) за счет снижения усилия пружин (8) и существенно снизить износ этой поверхности, а также износ подшипников приводного вала и трение и износ в контакте эксцентрик-ротор и, таким образом, - повысить работоспособность конструкции. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Полезная модель относится к области насосо- и компрессоростроения и может быть использовано при создании комбинированным машин объемного действия, сжимающих одновременно или попеременно жидкости и газы.
Известна конструкция роторного насос-компрессора, имеющего общий цилиндр с размещенным в нем соосно ротором, диаметр которого меньше диаметра цилиндра, и эксцентрик для привода ротора, удвоенный эксцентриситет которого разности между диаметром цилиндра и диаметром ротора, а в корпусе цилиндра в пазах установлены две подпружиненные в направлении ротора разделительные пластины (см. патент РФ 
2295057, МПК F02M 53/00, Система впрыска топлива. - Омский государственный технический университет, опубл. 10.03.2007).
Известен также роторный насос-компрессор, имеющий общий цилиндр с размещенным в нем соосно ротором. В корпусе цилиндра в пазах установлены две подпружиненные в направлении ротора разделительные пластины, делящие объем, заключенный между ротором и цилиндром на две полости, одна из которых имеет всасывающее окно и нагнетательный клапан и является компрессорной (газовой) полостью, а другая имеет всасывающий и нагнетательный клапан и является насосной (гидравлической) полостью, причем нагнетательные клапаны обеих полостей соединены с газовой и гидравлической линиями нагнетания (см. автореферат кандидатской диссертации Е.А. Павлюченко «Разработка и исследование ротационного насос-компрессора с катящимся ротором», Омск, ОмГТУ, 2010 г., стр.6, рис.1).
Недостатком известных конструкций является быстрый износ рабочей поверхности ротора, трущуюся об одну из пластин, и подшипников ведущего вала, т.к. пружины, прижимающие разделительные пластины для обеспечения постоянного их прижатия к ротору, выбираются из условия максимального давления жидкости или газа, т.к. это давление отжимает пластины от ротора и делает конструкцию неработоспособной, а полости насоса и компрессора работают с разными, в том числе и низкими давлениями. В результате установки пружин с максимальным потребным усилием, поверхность ротора и подшипники ведущего вала, на которые через ротор и ведущий вал действует это усилие, быстро изнашиваются, и конструкция становится неработоспособной.
Задачей полезной модели является повышение работоспособности насос-компрессора путем снижения усилия пружин, прижимающих разделительные пластины к поверхности ротора.
Указанная задача решается тем, что роторный насос-компрессор, имеющий общий цилиндр с размещенным в нем соосно ротором, в корпусе цилиндра которого в пазах установлены две подпружиненные в направлении ротора разделительные пластины, делящие объем, заключенный между ротором и цилиндром на две полости, одна из которых имеет всасывающее окно и нагнетательный клапан и является компрессорной (газовой) полостью, а другая имеет всасывающий и нагнетательный клапан и является насосной (гидравлической) полостью, причем нагнетательные клапаны обеих полостей соединены с газовой и гидравлической линиями нагнетания, согласно полезной модели, дополнительно снабжен золотником типа «или-или», управляющие полости которого соединены с газовой и гидравлической линиями нагнетания, а также с входными каналами золотника, и через выточки управляющего элемента, установленного с возможностью перемещения в корпусе золотника, с его выходными каналами, соединенными с пазами, в которых установлены разделительные пластины.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами.
На фиг.1 схематично изображено поперечное сечение насос-компрессора в положении управляющего элемента золотника, при котором давление под разделительные пластины подается из линии нагнетания компрессорной полости. На фиг.2 - из насосной полости. На фиг.3 схематично изображено распределение давлений на разделительной пластине со стороны паза, в котором она установлена, и со стороны рабочих полостей цилиндра.
Насос-компрессор (фиг.1 и 2) состоит из корпуса 1 с цилиндром 2, в котором на приводном валу 3 с эксцентриком 4 установлен ротор 5. Удвоенный эксцентриситет эксцентрика 4 равен разности между диаметром цилиндра 2 и диаметром ротора 5. Корпус 1 имеет пазы 6 с разделительными пластинами 7, поджатыми пружинами 8 и делящими цилиндр 1 на две полости - компрессорную (газовую) 9 и насосную (жидкостную) 10. Компрессорная полость 9 имеет всасывающее окно 11 и нагнетательный клапан 12, а насосная полость - всасывающий клапан 13 и нагнетательный клапан 14. Линия нагнетания 15 насосной полости 10 соединена с управляющей полостью 16 золотника 17, а линия нагнетания 18 компрессорной полости 9 соединена с управляющей полостью 19 золотника 17. Кроме того, линя нагнетания 15 соединена с входным каналом 21 золотника 17, а линия нагнетания 18 - с каналом 20. Напротив упомянутых входных каналов 20 и 21 в золотнике 17 размещены выходные каналы 22 и 23, соединенные в канал 24, разветвляющийся к пазам 6 разделительных пластин 7. В золотнике 17 установлен с возможностью перемещения вдоль оси управляющий элемент 25 с выточками 26 и 27, которые расположены таким образом, что при крайнем левом положении элемента 25 соединены каналы 20 и 22, а при крайнем правом положении - каналы 21 и 23.
На чертежах символами РК и РН обозначены соответственно давления нагнетания компрессорной 9 и насосной 10 полостей (фиг.1 и 2), РБ и РМ - соответственно меньшее и большее давление (фиг.3).
Насос-компрессор работает следующим образом.
При вращении ведущего вала 3 с эксцентриком 4 ротор 5 совершает орбитальное движение, изменяя объемы компрессорной 9 и насосной 10 полостей, в результате чего происходит всасывание газа через всасывающее окно 11 и жидкости через всасывающий клапан 13, их сжатие и нагнетание потребителю через нагнетательные клапаны соответственно 12 и 14 и линии нагнетания 18 и 15. Кроме того, из линии нагнетания 15 насосной полости 10 жидкость под давлением нагнетания подается в управляющую полсть 16, а сжатый газ под давлением нагнетания подается в управляющую полость 19 золотника 17. На управляющем элементе 25, имеющем одинаковую площадь сечения в полостях 16 и 19, давления нагнетания жидкости и газа сравниваются, и под действием перепада давления в полостях 16 и 19 управляющий элемент 27 перемещается в сторону меньшего давления, соответствующим образом соединяя или рассоединяя каналы 20 и 21 с каналами 22 и 23. Таким образом, в пазы 6 над разделительными пластинами 7 всегда подается большее из двух давлений - давления нагнетания компрессорной полости 9 или насосной полости 14. Это приводит к тому, что помимо усилия пружин 8, на пластины 7 всегда действует небольшой перепад усилий - сверху со стороны пазов 6 (большее усилие) и снизу со стороны полостей 9 и 10 цилиндра 2 (меньшее суммарное усилие), обусловленное тем, что со стороны паза 6 (фиг.3) на всю площадь торца пластины действует всегда большее давление РБ, а со стороны торца пластины, упирающегося в ротор 5, на ту же площадь действует сумма большего РБ и меньшего РМ давления. То есть, независимо от развиваемых давлений компрессорной полости 9 или насосной полости 14, пластины 7 только под действием перепада давления на их торцах всегда прижаты к поверхности ротора 5. В этом случае усилие пружин 8 выбирается таким образом, чтобы его хватало только на преодоление сил инерции, которые не зависят от развиваемого насос-компрессором давления жидкости и газа, а определяются только массой пружин и законом перемещения поверхности ротора 5. По существу в этом случае со стороны пружин 8 на пластины 7 не действуют усилия, прижимающие пластины 7 к поверхности ротора 5.
Это обстоятельство позволяет в предложенной конструкции насос-компрессора максимально уменьшить усилия, действующие на разделительные пластины 7 в сторону их контакта с поверхностью ротора 5 за счет снижения усилия пружин 8 и существенно снизить износ этой поверхности.
Кроме того, снижение усилий со стороны пластин 7 в сторону ротора 5 при асимметричном расположении пластин 7 по окружности цилиндра 2 (именно такой вариант и показан на фиг.1 и 2) также уменьшает нагрузку на подшипники (на рисунках они условно не показаны), в которых вращается приводной вал, и их износ и снижает трение и износ в сопряжении эксцентрик 4 - ротор 5.
Все это вместе взятое позволяет существенно повысить работоспособность насос-компрессора.
Роторный насос-компрессор, имеющий общий цилиндр с размещенным в нем соосно ротором, в корпусе цилиндра которого в пазах установлены две подпружиненные в направлении ротора разделительные пластины, делящие объем, заключенный между ротором и цилиндром, на две полости, одна из которых имеет всасывающее окно и нагнетательный клапан и является компрессорной (газовой) полостью, а другая имеет всасывающий и нагнетательный клапан и является насосной (гидравлической) полостью, причем нагнетательные клапаны обеих полостей соединены с газовой и гидравлической линиями нагнетания, отличающийся тем, что насос-компрессор дополнительно снабжен золотником типа «или-или», управляющие полости которого соединены с газовой и гидравлической линиями нагнетания, а также с входными каналами золотника, и через выточки управляющего элемента, установленного с возможностью перемещения в корпусе золотника, с его выходными каналами, соединенными с пазами, в которых установлены разделительные пластины.
