Спиральная машина с регулированием производительности
Полезная модель относится к компрессоростроению и может быть использована в спиральных машинах с регулированием производительности и спиральных машинах с разгруженным пуском. Спиральная машина содержит корпус с всасывающим и нагнетательным отверстиями, выполненный из двух частей, расположенные между частями корпуса и находящиеся в зацеплении неподвижный спиральный элемент и подвижный спиральный элемент, выполненный без основания и установленный на эксцентриковом валу с возможностью совершения орбитального движения с эксцентриситетом относительно неподвижного спирального элемента с образованием замкнутых полостей сжатия. Для обеспечения регулирования производительности одна из частей корпуса со всасывающим отверстием выполнена в виде поворотного элемента с каналом всасывания, выполненным в виде обращенной к спиральным элементам выемки на поверхности поворотного элемента. Канал всасывания имеет форму, обеспечивающую отключение части объема полостей между спиральными элементам, участвующих в процессе сжатия, при повороте поворотного элемента в одну сторону и включение части указанного объема полостей при повороте его в другую сторону и регулирования таким образом производительности. Повышается эффективность работы, надежность и долговечность спиральной машины.
Полезная модель относится к компрессоростроению и может быть использована в спиральных машинах с регулированием производительности и спиральных машинах с разгруженным пуском. В патентных и заявочных материалах предлагаются традиционные способы регулирования производительности спиральных машин с учетом конструктивных особенностей последних. Это энергетически нерациональные: дросселирование газа на всасывании и перепуск газа с нагнетания на всасывание (FR 2552167, US 4468178), энергетически более экономичный способ периодического пуска и остановки спиральной машины с применением разгрузочного пуска (US 4389171), наиболее экономичный способ регулирования изменением частоты вращения вала привода, а, следовательно, изменением частоты циклов орбитального движения спирали.
Наиболее близкой к предложенной является спиральная машина, содержащая корпус, неподвижный спиральный элемент, находящийся в зацеплении с подвижным спиральным элементом, выполненным без основания, установленным на эксцентриковом валу и имеющий возможность совершать орбитальное движение с эксцентриситетом относительно неподвижного спирального элемента с образованием замкнутых полостей сжатия (RU 2267652 С2). В данной конструкции регулирование производительности можно осуществить только применением привода с частотным регулированием, что усложняет спиральную машину и повышает ее стоимость.
Техническая задача - упрощение конструктивного исполнения и, как следствие, повышение эффективности работы, надежности и долговечности спиральной машины.
Технический результат достигается тем, что в спиральной машине, имеющей устройство для регулирования производительности, содержащей корпус с всасывающим и нагнетательным отверстиями, выполненный из двух частей, расположенные между частями корпуса и находящиеся в зацеплении неподвижный спиральный элемент и подвижный спиральный элемент, выполненный без основания и установленный на эксцентриковом валу с возможностью совершения орбитального движения с эксцентриситетом относительно неподвижного спирального элемента с образованием замкнутых полостей сжатия, согласно предложению одна из частей корпуса со всасывающим отверстием выполнена в виде поворотного элемента с каналом всасывания, выполненным в виде обращенной к спиральным элементам выемки на поверхности поворотного элемента, имеющей форму, обеспечивающую отключение части объема полостей между спиральными элементам, участвующих в процессе сжатия, при повороте поворотного элемента в одну сторону и включение части указанного объема полостей при повороте его в другую сторону и регулирования таким образом производительности.
При этом края выемки, образующей канал всасывания, имеют форму двух дуг окружностей, сопряженных с одной стороны и соединенных отрезком прямой с другой стороны, причем дуги расходятся в сторону отрезка прямой, центр дуги большего диаметра, расположенной дальше от оси неподвижного спирального элемента, лежит на этой оси, а отрезок прямой лежит на прямой, проходящей через центры дуг окружностей.
Кроме того, поворотный элемент выполнен с возможностью привода от электродвигателя и с возможностью ручной дискретной установки.
Сущность предложения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 - представлено поперечное сечение спиральной машины,
на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1 при угле поворота 
=0°, 360° подвижного спирального элемента и 100%-ной производительности, на
фиг.3 - при 80%-ной производительности, на
фиг.4 - при 60%-ной производительности,
на фиг.5 - схема рабочего процесса спиральной машины при 70%-ной производительности и угле поворота =0°, 360° подвижного спирального элемента,
на фиг.6 - при угле поворота =90°,
на фиг.7 - при угле поворота =180°,
на фиг.8 - при угле поворота =270°,
на фиг.9 представлен вариант исполнения спиральной машины с ручной, дискретной установкой поворотного элемента.
Спиральная машина, показанная на фиг.1 содержит корпус, состоящий из двух частей. Одна из частей корпуса представляет собой поворотный элемент 2 в виде диска, установленного на нижней части 1 корпуса на подшипниковой опоре 17. Поворотный элемент 2 имеет канал 3 всасывания, всасывающее отверстие 4 в зоне канала 3 всасывания и нагнетательное отверстие 5. Неподвижный спиральный элемент 6, выполненный заодно с нижней частью 1 корпуса, находится в зацеплении с подвижным спиральным элементом 7, не имеющим основания, совершающим орбитальное движение с эксцентриситетом "е" относительно неподвижного спирального элемента 6 благодаря поводковому противоповоротному устройству 8, эксцентриковая часть которого размещена в отверстиях подвижной спирали, при этом между их поверхностями при движении друг относительно друга образуются две замкнутые полости 9, 10 (фиг.2-8), объем которых при движении подвижного спирального элемента 7 уменьшается, вследствие чего происходит сжатие газа поступившего на всасывание спиральной машины через всасывающее отверстие 4 и канал 3 всасывания и вытеснение его через нагнетательное отверстие 5.
Подвижный спиральный элемент 7, имеющий в центре приводной хвостовик 11, не может вращаться вокруг своей оси, а совершает только орбитальное движение по окружности с эксцентриситетом, равным эксцентриситету "е" эксцентрикового вала 12, расположенного в подшипниковых опорах 13. Привод осуществляется от электродвигателя 14. Привод к поворотному элементу 2 осуществляется от реверсивного электродвигателя 15 через зубчатую передачу 16.
Канал 3 всасывания выполнен в виде выемки на поверхности поворотного элемента 2, обращенной к спиральным элементам (см. фиг.2). Края выемки, образующей канал 3 всасывания, имеют форму двух дуг окружностей дуга а и дуга 6, сопряженных с одной стороны кривой г и соединенных отрезком прямой в с другой стороны. Дуги а и б расходятся в сторону отрезка прямой в, а центр дуги а большего диаметра, расположенной дальше от оси неподвижного спирального элемента 6, лежит на этой оси, а отрезок прямой в лежит на прямой, проходящей через центры дуг а и б окружностей. Радиус и координаты центра дуги а обеспечивают исключение перетечек газа между рабочими полостями (т.е. не должен нарушаться рабочий процесс спирального компрессора) и определять необходимую глубину регулирования производительности. Радиус дуги а ограничивается наружным радиусом неподвижного спирального элемента 6.
В конструкции спиральной машины по фиг.9 поворотный элемент 2 вручную, во время стоянки машины, поворачивается в дискретное, необходимое технологическим процессом, положение и фиксируется к корпусу 1 фиксатором 18.
Спиральная машина работает следующим образом.
Перед пуском машины поворотный элемент 2 автоматически переводится в режим минимальной производительности, тем самым обеспечивается уменьшение пускового момента и осуществляется разгруженный пуск машины.
Газовая среда подводится к всасывающему отверстию 4 спиральной машины, при орбитальном движении подвижного спирального элемента 7 относительно неподвижного спирального элемента 6 с эксцентриситетом "е", благодаря наличию эксцентрикового вала 12 на подшипниковых опорах 13, противоповоротного устройства 8, предотвращающего вращение спиральных элементов 6 и 7 друг относительно друга, образуются замкнутые полости, перемещение газа со стороны всасывания к стороне нагнетания, сжатие происходит благодаря уменьшению объемов замкнутых полостей 9, 10 (фиг.2÷8). В определенный момент, определяемый необходимыми параметрами рабочего процесса, происходит соединение замкнутых полостей друг с другом и нагнетательным отверстием 5 и вытеснения сжимаемой среды в нагнетательное отверстие 5. Ко времени выхода спиральной машины на рабочий режим поворотный элемент 2 автоматически переводится в режим максимальной (100%-ной) производительности (фиг.2).
Регулирование производительности спиральной машины осуществляется автоматически поддержанием давлением всасывания или нагнетания в заданных пределах, согласно условиям технологического процесса. При изменении давления электродвигатель 15, по сигналу системы автоматизации поворачивает поворотный элемент 2, в необходимом направлении при этом происходит изменение полезного объема рабочих полостей за счет отключения (или включения) поверхностями специально спрофилированного канала 3 всасывания части объема полостей, участвующих в процессе сжатия. На фиг.3÷8 нерабочий элемент Б подвижной спирали заштрихован.
В результате необходимое давление восстанавливается. При этом обеспечивается почти пропорциональное плавное, бесступенчатое изменение потребляемой мощности в процессе регулирования производительности (от 100 до 60%) близкой к регулированию производительности изменением частоты вращения. Это объясняется тем, что газ в отключенных полостях возвращается обратно на всасывание и не участвует в процессе сжатия. Изменением геометрии спиральных элементов и конфигурации канала 3 всасывания можно добиться снижения нижнего предела регулирования производительности.
Таким образом, предлагаемая конструкция спиральной машины с конструктивно простым устройством регулирования производительности, основанном на экономичном способе регулирования, позволяет повысить эффективность работы машины, а обеспечение данным устройством разгруженного пуска позволяет повысить надежность и долговечность машины.
1. Спиральная машина, содержащая корпус с всасывающим и нагнетательным отверстиями, выполненный из двух частей, расположенные между частями корпуса и находящиеся в зацеплении неподвижный спиральный элемент и подвижный спиральный элемент, выполненный без основания и установленный на эксцентриковом валу с возможностью совершения орбитального движения с эксцентриситетом относительно неподвижного спирального элемента с образованием замкнутых полостей сжатия, отличающаяся тем, что одна из частей корпуса со всасывающим отверстием выполнена в виде поворотного элемента с каналом всасывания, выполненным в виде обращенной к спиральным элементам выемки на поверхности поворотного элемента, с обеспечением посредством канала всасывания отключения части объема полостей между спиральными элементами, участвующих в процессе сжатия, при повороте поворотного элемента в одну сторону и включения части указанного объема полостей при повороте его в другую сторону и регулирования таким образом производительности.
2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что края выемки, образующей канал всасывания, имеют форму двух дуг окружностей, сопряженных с одной стороны и соединенных отрезком прямой с другой стороны, причем дуги расходятся в сторону отрезка прямой, а центр дуги большего диаметра, расположенной дальше от оси неподвижного спирального элемента, лежит на этой оси, а отрезок прямой лежит на прямой, проходящей через центры дуг окружностей.
3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что поворотный элемент выполнен с возможностью привода от электродвигателя и с возможностью ручной дискретной установки.
