Ротационный герметичный компрессор с тороидальными поршнями
Ротационный герметичный компрессор с тороидальными поршнями состоит из герметичного корпуса, внутри которого расположен электропривод с ротационным компрессором поршневого типа, поршни и цилиндры которого имеют вид сегментов тора, расположены по окружности, вращаются в одну сторону, но с разной угловой скоростью, что обеспечивается асинхронным шестеренчатым редуктором с переменным передаточным отношением, встроенным в корпус таким образом, что его масляный картер отделен от перекачиваемой газовой среды с целью предотвращения попадания масла в газовую систему. Для уменьшения пульсации цилиндры компрессора попарно развернуты друг к другу, а поршни попарно соединены единым штоком. Газ по сверлениям проходит в коллектор, уплотненный торцевым уплотнением, а затем по трубке далее в систему охлаждения.
Изобретение относится к холодильному оборудованию, но может быть использовано для перекачки агрессивных жидких и газообразных сред в химической промышленности.
Известен герметичный фреоновый компрессор ФГР-0,7, где сам ротационный компрессор вместе с электродвигателем вмонтированы внутри герметичного корпуса.
Эксцентриковый вал компрессора расположен вертикально. На эксцентриковую часть вала насажен цилиндрический ротор, обкатывающий внутреннюю поверхность цилиндра, закрепленного в корпусе. В цилиндре имеется лопасть, расположенная радиально и прижимается к образующей цилиндрического ротора двумя пружинами. На верхний конец вала насажен ротор электродвигателя, статор электродвигателя также находится внутри герметичного корпуса и запресован в цилиндрическую часть силовой мембраны корпуса. Газ через запорный вентиль поступает в фигурную чашку в верхней части герметичного корпуса, проходит по сверлениям ротора электродвигателя, охлаждая его, далее через отверстия в силовой мембране корпуса попадает в заборную часть корпуса, где газ. засасывается роторным компрессором и выходит через наружный нагнетательный патрубок в систему охлаждения.
Нижняя часть корпуса заполнена маслом. К трущимся частям масло поступает по сверлениям в валу под давлением центробежных сил, возникающих при вращении вала.
Из серии герметичных компрессоров небольшой мощности широко известен фреоновый компрессор ФГ-0,7, в котором хорошо решены вопросы уплотнения качающего узла, поскольку качающий узел в нем поршневого типа. Поршни в нем уплотняются уплотнительными кольцами или точной притиркой поршней в цилиндрах.
В патенте ФРГ №2447485 описан роторный насос с тороидальными поршнями, в котором ротором является эксцентриковый вал и жестко посаженная на нем шайба с радиальными пазами. Статором являются диски с кольцевыми тороидальными выточками, в которых скользят поршни, имеющие вид сегментов тора, разрезанного пополам. В каждом поршне имеется сферическое гнездо, с вложенным в него шариком. Эти шарики, оновременно, находятся в радиальных пазах ведущей шайбы. Величина эксцентриситета регулируется. При наличии эксцентриситета во время вращения ведущей шайбы шарики совершают возвратно-поступательное движение в радиальных пазах шайбы, а поршни перемещаются в кольцевых выточках диска, периодически сближаясь между собой и удаляясь друг от друга. При этом изменяется объем рабочих камер, образуемых торцами соседних поршней, боковыми поверхностями тороидальных проточек в диске и боковыми плоскостями ведущей шайбы. Жидкость всасывается в рабочие камеры и нагнетается из них через соответствующие сверления и каналы.
Каждая из описанных конструкций, выполняя свои функции имеют свои недостатки.
Так у ротационных компрессоров практически трудно выполнить необходимую плотность между торцовыми поверхностями цилиндров и вращающимся ротором, а также между лопастями и поверхностью прилегающих лопастей.
Общим недостатком герметичных компрессоров является контакт фреона с поверхностью масляной ванны внутри герметичного корпуса. Капельки масла уносятся парами фреона в систему охлаждения и там замерзают, закупоривая систему охлаждения.
Общим недостатком поршневых компрессоров с кривошипно-шатунным приводом поршней является болтанка поршня внутри цилиндра, в результате которой поршень своей юбкой прижимается к зеркалу цилиндра при каждом повороте коленвала, что приводит к большим потерям мощности на трение и требует усиленной смазки поверхностей трения.
Описанная в патенте ФРГ №2447485 конструкция обладает низкой герметичностью и эксплуатационной надежностью из-за большого числа подвижных частей (поршней) не связанных между собой, каждый из которых движется одновременно в двух перпендикулярных пазах, кроме того шарики, свободно скользящие в углублениях поршней, дают дополнительные протечки.
Цель предполагаемого изобретения увеличение эксплуатационной надежности компрессора с увеличением производительности.
Наиболее близким к предлагаемому решению и принятыми авторами за прототип является ротационный фреоновый герметичный компрессор ФГР-0,7, поскольку особенностью ротационных компрессоров является отсутствие деталей совершающих возвратно-поступательные движения.
Поставленная цель в предлагаемой авторами конструкции герметичного ротационного компрессора с тороидальными поршнями достигается совмещением возможностей поршневого компрессора по части создания высокого давления, эксплуатационной надежности ротационного компрессора и возможности вариации количества качающих узлов (поршень-цилиндр). В предлагаемой конструкции использована оригинальная кинематика движения поршней, в которой поршень, двигаясь в цилиндре возвратно-поступательно, после цикла сжатия, назад не возвращается, а от него отходит цилиндр, выполняя цикл всасывания, следовательно поршень не имеет мертвых точек (верхней и нижней), как это присуще кривошипно-шатунному механизму, поэтому предложенная авторами кинематика позволяет значительно увеличить режимы эксплуатации с целью увеличения производительности с одновременным понижением динамических и шумовых характеристик.
Уменьшению динамических и шумовых характеристик компрессора также способствует конструктивное решение, при котором поршни жестко закрепленные на своих штоках не касаются зеркала цилиндра, а следуют строго по оси цилиндра концентрично, контакт с зеркалом цилиндра осуществляется только по уплотнительным кольцам.
Уменьшение уноса масла парами фреона в систему охлаждения достигается тем, что маслянная ванна полностью отделена от фреоновой среды перегородкой, в которой
имеются только небольшие отверстия для вытравливания давления в полости над поверхностью масла.
Конструктивно предлагаемая авторами разработка (фиг.1) состоит из герметичного корпуса (1), в него вмонтирован электродвигатель (2) с обмоткой статора (3) и ротором (4), на роторе закреплена крыльчатка (5) для улучшения продува через сверления в теле ротора. Газ поступает из заборного вентиля в фигурную чашку (6), затем в сверления ротора и щель между ротором и статором, попадает в заборную полость (8) компрессора (ЗП) через окна (7) силовой диафрагмы корпуса, оттуда через впускные клапаны газ засасывается в цилиндры (9) поршнями (10) и вытесняется через выпускные клапаны и сверления в коллектор (11) и в трубопровод системы охлаждения (13). Качающий узел поршневого типа состоит из цилиндров (9) и поршней (10), имеющих вид сегментов тора, расположенных по окружности, и свободно входящих в цилиндры и совершающие в них возвратно-поступательные движения. Уплотняющим элементом между поршнями и цилиндром являются уплотнительные кольца (14). Поршни через штоки (15) жестко закреплены с ведущей шайбой типа звездочки (16), которая насажена на вал электродвигателя (2). Цилиндры (9) жестко закреплены на диске (17), отлиты заодно с коллектором (11) и полым валом (18), расположенным соосно с валом электродвигателя (2). В диске (17) и коллекторе (11) имеются сверления для прохода газа в систему охлаждения по трубке (13).
Вращение полого вала (18) с диском (17) осуществляется от вала электродвигателя (2) через асинхронный редуктор (19) с переменным передаточным отношением через шестерни Z1 , Z2, Z3, Z 4, расположенные в закрытом масляном картере, имеющем небольшие отверстия для выравнивания давления внутри картера с полостью забора.
Шестерня Z1 жестко насажена на вал (2), входит в зацепление с шестерней Z 2 отлитой в блоке с шестерней Z3, входящей в защемление с шестерней Z4 закрепленной на полом валу (18) диска (17). Шестерни Z1 =Z2 - не круглые, с переменным передаточным отношением (i
const), шестерни Z3=Z 4 - круглые с передаточным отношением (i=const,i=1). При равномерном вращении вала электродвигателя (2) с насаженной на него ведущей шайбой (
ш=const) полый вал диска (17) и закрепленные на диске цилиндры (9) вращаются в ту же сторону, но неравномерно (дconst), вынуждая поршни внутри цилиндров совершать возвратно-поступательные движения. Двигаясь строго по оси тора поршни изменяют объем рабочих камер, образуемых торцами поршней, закрытыми торцами цилиндров и внутренними боковыми поверхностями цилиндров.
На фиг.2-а изображены контуры делительных "окружностей" ddZ 1 и ddZ2 овальных шестерен Z 1 и Z2, на фиг.2-6 изображены графики взаимного перемещения поршней и цилиндров.
=Z=const - скорость вращения ведущей шайбы с поршнями,
=Z2const - скорость вращения диска (10) с цилиндрами (9).
Для уменьшения пульсации цилиндры компрессора попарно развернуты друг к другу, а поршни попарно соединены единым штоком. (фиг.1-б).
Ротационный герметичный компрессор с тороидальными цилиндрами и поршнями включает герметичный корпус, внутри которого размещены электропривод с жестко закрепленным к нему ротационным компрессором, масляный картер которого сообщается с парами фреона, отличающийся тем, что в корпусе дополнительно имеется асинхронный шестеренчатый редуктор с переменным передаточным отношением, с масляным картером, отделенным от паров фреона, предназначенный для обеспечивания возвратно-поступательного движения поршней в цилиндрах тороидального типа, расположенных по окружности с возможностью вращаться в одну сторону с разными угловыми скоростями.
