RU2172430C1

RU2172430C1 - Rotary compressor

Info

Publication number: RU2172430C1
Application number: RU99124448A
Authority: RU
Inventors: В.Е. Щерба; А.П. Болштянский; Павел Новак; И.Г. Хисамеев; В.Н. Налимов; Е.Р. Ибрагимов
Original assignee: ЗАО "НИИтурбокомпрессор" им. В.Б. Шнеппа
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2001-08-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; compressors. SUBSTANCE: proposed rotary compressor has cylindrical working space accommodating rotor installed with eccentricity, suction port, delivery valve, separating member in form of shaft with cylindrical surface parallel to axis of rotor rotation and installed in auxiliary space. Shaft is rigidly secured on rotor for executing circular orbital movement together with rotor. Rotor with shaft are installed with clearance relative to cylindrical surfaces of working space and auxiliary space, respectively, which makes it unnecessary to deliver lubricant into compressor working zone and provides possibility of compression of clean gases. EFFECT: enlarged operating capabilities. 3 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к компрессоростроению. Известен роторный компрессор, содержащий цилиндрическую рабочую полость с размещенным в ней с некоторым эксцентриситетом ротором. Работа компрессора основана на изменении объема полости, образованной поверхностями цилиндрической рабочей полости и вращающегося в ней ротора (US 3521981 А, 22.07.1970, 6 F 04 C 17/302). The invention relates to compressor engineering. Known rotary compressor containing a cylindrical working cavity with a rotor placed in it with some eccentricity. The operation of the compressor is based on a change in the volume of the cavity formed by the surfaces of the cylindrical working cavity and the rotor rotating in it (US 3521981 A, 07/22/1970, 6 F 04 C 17/302).

Известен также роторный компрессор, содержащий цилиндрическую рабочую полость с размещенным в ней с некоторым эксцентриситетом ротором, разделительный элемент, выполненный в виде валика с цилиндрической поверхностью, параллельной оси вращения ротора, при этом диаметр валика меньше диаметра ротора, а валик расположен во вспомогательной полости (AT 395202 В, 27.10.1992, F 04 C 18/356). Also known is a rotary compressor containing a cylindrical working cavity with a rotor placed in it with some eccentricity, a separating element made in the form of a roller with a cylindrical surface parallel to the axis of rotation of the rotor, while the diameter of the roller is smaller than the diameter of the rotor, and the roller is located in the auxiliary cavity (AT 395202 B, 10.27.1992, F 04 C 18/356).

Недостатком известных конструкций является практически невозможное их использование без значительного количества спрыскиваемой смазочной жидкости, предотвращающей активное трение разделительного элемента. A disadvantage of the known structures is their almost impossible use without a significant amount of sprayed lubricating fluid, which prevents the active friction of the separation element.

Данное обстоятельство существенно усложняет и повышает стоимость компрессорной установки в том случае, если потребителю необходим чистый сжатый газ, а в отдельных случаях (сжатие кислорода, газов для медицинской техники пищевой, фармацевтической промышленности и т.д) делает использование данного типа компрессора невозможным несмотря на его высокие потенциальные свойства - компактность, возможность создания хорошо уравновешенных конструкций и т. д. This circumstance significantly complicates and increases the cost of the compressor installation if the consumer needs clean compressed gas, and in some cases (compression of oxygen, gases for medical equipment of the food, pharmaceutical industry, etc.) makes the use of this type of compressor impossible despite high potential properties - compactness, the ability to create well-balanced designs, etc.

Задачей изобретения является исключение необходимости подачи смазки в рабочую зону компрессора и обеспечение возможности сжатия чистых газов. The objective of the invention is to eliminate the need for lubrication in the working area of the compressor and providing the ability to compress clean gases.

Поставленная задача может быть решена в роторном компрессоре, содержащем цилиндрическую рабочую полость с размещенным в ней с эксцентриситетом ротором, всасывающие окно, нагнетательный клапан и разделительный элемент, выполненный в виде валика с цилиндрической поверхностью, параллельной оси вращения ротора, и установленный во вспомогательной полости, при этом валик жестко закреплен на роторе с возможностью совершения с ним совместного кругового орбитального движения при этом ротор с валиком установлены с зазором относительно цилиндрических поверхностей рабочей полости и вспомогательной полости соответственно. Кроме того, диаметр валика может быть меньше диаметра ролика или валик может быть выполнен в виде кольца с внутренним диаметром, большим диаметра ротора. The problem can be solved in a rotary compressor containing a cylindrical working cavity with a rotor placed in it with an eccentricity, a suction window, a discharge valve and a separation element made in the form of a roller with a cylindrical surface parallel to the axis of rotation of the rotor, and installed in the auxiliary cavity, with this roller is rigidly fixed to the rotor with the possibility of making with him a joint circular orbital motion while the rotor with the roller is installed with a gap relative to the cylinder ric surfaces of the working cavity and auxiliary cavity, respectively. In addition, the diameter of the roller may be less than the diameter of the roller or the roller may be made in the form of a ring with an inner diameter larger than the diameter of the rotor.

Сущность изобретения поясняется чертежами (см. фиг. 1-12). На фиг. 1 изображено продольное сечение компрессора, в котором диаметр валика меньше диаметра ротора; фиг. 2-7 служат для пояснения его работы, на них дано последовательное по углу поворота приводненного вала положение рабочего органа. На фиг. 8 изображено продольное сечение компрессора, в котором валик выполнен в виде кольца с внутренним диаметром, большим диаметра ротора; фиг. 9-12 служат для пояснения работы данного варианта компрессора. The invention is illustrated by drawings (see Fig. 1-12). In FIG. 1 shows a longitudinal section of a compressor in which the diameter of the roller is less than the diameter of the rotor; FIG. 2-7 serve to explain his work, they are given a consistent position of the working body in the angle of rotation of the driven shaft. In FIG. 8 shows a longitudinal section of a compressor in which the roller is made in the form of a ring with an inner diameter larger than the diameter of the rotor; FIG. 9-12 are used to explain the operation of this compressor option.

Компрессор состоит (см. фиг. 1, 2) из обечайки 1, в которой жестко установлены плиты 2 и 3, между которыми зажата корпусная плита 4. The compressor consists (see Fig. 1, 2) of the shell 1, in which plates 2 and 3 are rigidly installed, between which the plate 4 is clamped.

Ротор 5 и жестко закрепленный на нем валик 6 представляют собой рабочий орган компрессора, совершающий орбитальное движение (в плоскости, перпендикулярной плоскости фиг. 1) за счет вращения эксцентриков 7, получающих движение от приводного вала 8 через ведущую шестерню 9 и ведомые шестерни 10, 11. Кроме того, с целью полного уравновешивания компрессора на валу 8 в противофазе ротору 5 с валиком 6 установлены противовесы 12 и 13. Рабочая полость 14 соединена через самодействующий клапан 15 с полостью нагнетания 16, из которой сжатый газ попадает потребителю. Пластины 17 и 18 служат для герметизации компрессора и поддержки вала 8. Полость всасывания 19 соединена с источником газа и с камерой 14 через всасывающее окно 20 (см. фиг. 2), которое может быть изготовлено, например, в виде паза в корпусной плите 4. Цилиндрическая поверхность 21 с валиком 6 образуют вспомогательную полость 22, а цилиндрическая поверхность 23 с ротором 5 - рабочую полость 14. Между поверхностями ротора 5 с валиком 6 и окружающими их поверхностями 21 и 23 имеется минимально возможный зазор, обеспечивающий бесконтактную работу компрессора. The rotor 5 and the roller 6 rigidly fixed on it are the compressor working body that performs orbital movement (in a plane perpendicular to the plane of Fig. 1) due to the rotation of the eccentrics 7 receiving movement from the drive shaft 8 through the pinion gear 9 and driven gears 10, 11 In addition, in order to completely balance the compressor, counterweights 12 and 13 are installed on the shaft 8 in antiphase to the rotor 5 and the roller 6. The working cavity 14 is connected via a self-acting valve 15 to the discharge cavity 16, from which the compressed gas enters the body. The plates 17 and 18 serve to seal the compressor and support the shaft 8. The suction cavity 19 is connected to the gas source and to the chamber 14 through the suction window 20 (see Fig. 2), which can be made, for example, in the form of a groove in the housing plate 4 The cylindrical surface 21 with the roller 6 form the auxiliary cavity 22, and the cylindrical surface 23 with the rotor 5 - the working cavity 14. Between the surfaces of the rotor 5 with the roller 6 and the surrounding surfaces 21 and 23 there is the smallest possible gap, providing contactless operation of the compressor.

В компрессоре, изображенном на фиг. 8, плита 2 имеет сегментообразный выступ 24 (см. также фиг. 9), образованный неполными в данном случае цилиндрическими поверхностями 21 и 23, а ротор 6 выполнен в виде кольца, конструктивно совмещенного с ведущей плитой 25, и имеет внутреннюю цилиндрическую поверхность 26. Плита 25 вместе с ротором 6 получает орбитальное движение от эксцентриков 7. В остальном конструкция, изображенная на фиг. 8, идентична изображенной на фиг. 1, конструкция противовесов аналогична и условно не показана. Между рабочими поверхностями ротора 6 с валиком 5 и окружающими их поверхностями, образующими рабочую камеру, имеется минимально возможный зазор, обеспечивающий бесконтактную работку компрессора. In the compressor of FIG. 8, the plate 2 has a segmented protrusion 24 (see also Fig. 9) formed in this case by cylindrical surfaces 21 and 23 that are incomplete, and the rotor 6 is made in the form of a ring structurally aligned with the leading plate 25, and has an inner cylindrical surface 26. The plate 25, together with the rotor 6, receives orbital motion from the eccentrics 7. The rest of the structure shown in FIG. 8 is identical to that depicted in FIG. 1, the design of the counterweights is similar and conditionally not shown. Between the working surfaces of the rotor 6 with the roller 5 and the surfaces surrounding them, forming a working chamber, there is the smallest possible gap, providing contactless operation of the compressor.

Утолщенными линиями на фиг. 1 и 8 обозначены подшипниковые узлы. The thickened lines in FIG. 1 and 8 are bearing assemblies.

Компрессор работает следующим образом (см. фиг. 1-7). Приводной вал получает вращение от двигателя (не показан) и передает его через ведущую шестерню 9 на шестерни 10, 11 и далее - эксцентрикам 7, совершающим синхронное вращение и приводящим в движение ротор 5 с валиком 6, которые таким образом совершают совместное круговое орбитальное движение с некоторым эксцентриситетом, равным эксцентриситету эксцентриков 7. При этом диаметры поверхностей 21, 23, величина эксцентриситета валиков 7 и диаметры ротора 5 и валика 6 выполнены таким образом, что между поверхностями 21, 23 соответственно наружными поверхностями ротора 5 и валика 6 имеется минимальный, измеряемый несколькими микрометрами зазор, то есть при орбитальном движении ротора 5 с жестко установленным на нем валиком 6 не происходит контакта между их поверхностями и поверхностями 21 и 23. Толщина ротора 5 с валиком 6 выполнена на несколько микрометров меньше, чем толщина плиты 4, в связи с чем при орбитальном движении ротора 5 с валиком 6 не происходит их активного трения о плиты 2 и 3. The compressor operates as follows (see Fig. 1-7). The drive shaft receives rotation from the engine (not shown) and transfers it through the pinion gear 9 to the gears 10, 11 and then to the eccentrics 7, performing synchronous rotation and driving the rotor 5 with the roller 6, which thus make a joint circular orbital motion with some eccentricity equal to the eccentricity of the eccentrics 7. Moreover, the diameters of the surfaces 21, 23, the magnitude of the eccentricity of the rollers 7 and the diameters of the rotor 5 and the roller 6 are made in such a way that between the surfaces 21, 23 respectively the outer surfaces the spines of the rotor 5 and the roller 6 have a minimum gap measured by several micrometers, that is, during the orbital movement of the rotor 5 with the roller 6 rigidly mounted on it, there is no contact between their surfaces and surfaces 21 and 23. The thickness of the rotor 5 with the roller 6 is made by several micrometers less than the thickness of the plate 4, and therefore during the orbital movement of the rotor 5 with the roller 6 does not occur their active friction on the plates 2 and 3.

Предположим, что в некоторый момент времени ротор 5 с валиком 6 заняли положение, изображение на фиг. 2 (здесь и далее утолщенной стрелкой показан радиус-вектор, соответствующий угловому смещению ротора 5 с валиком 6). При этом левая и правая половина полости 22 изолированы друг от друга и от полости 14, а сама полость 14 еще соединена со всасывающим окном 20, и, очевидно, газ в ней находится под давлением всасывания. Assume that at some point in time, the rotor 5 with the roller 6 has taken up a position, the image in FIG. 2 (hereinafter, the thickened arrow shows the radius vector corresponding to the angular displacement of the rotor 5 with the roller 6). In this case, the left and right half of the cavity 22 are isolated from each other and from the cavity 14, and the cavity 14 itself is still connected to the suction window 20, and, obviously, the gas in it is under suction pressure.

При повороте на некоторый угол против часовой стрелки (см. фиг. 3) всасывающее окно 20 отсекается по полости 14, а сама полость 14 соединяется с правой частью полости 22. Левая часть полости 22 уменьшается в объеме и газ из нее перетекает в сторону всасывающего отверстия 20 через образовавшуюся щель. When turning a certain angle counterclockwise (see Fig. 3), the suction window 20 is cut off through the cavity 14, and the cavity 14 itself is connected to the right side of the cavity 22. The left side of the cavity 22 decreases in volume and gas flows from it towards the suction port 20 through the resulting gap.

При дальнейшем повороте (см. фиг. 4) объем рабочей (правой части) полости 14 уменьшается, а объем правой части полости 22 увеличивается, но поскольку диаметр последней меньше, чем диаметр полости 14, то при повороте на один тот же угол и при одинаковом эксцентриситете, что имеет место в заявляемой конструкции, суммарное изменение объема является отрицательным и давление газа повышается, и повышение продолжается до тех пор, пока совместное движение ротора 5 и валика 6 обеспечивает уменьшение суммарного объема полостей 14 и 22. При достижении некоторого давления (давления нагнетания) срабатывает клапан 15 и сжатый газ перетекает из полостей 14, 22 в полость нагнетания 16 и далее - потребителю. With a further rotation (see Fig. 4), the volume of the working (right-hand side) of the cavity 14 decreases, and the volume of the right-hand side of the cavity 22 increases, but since the diameter of the latter is smaller than the diameter of the cavity 14, then when turning the same angle and with the same the eccentricity that takes place in the claimed design, the total change in volume is negative and the gas pressure rises, and the increase continues until the joint movement of the rotor 5 and the roller 6 reduces the total volume of the cavities 14 and 22. Upon reaching some of the pressure (discharge pressure), the valve 15 is activated and the compressed gas flows from the cavities 14, 22 into the discharge cavity 16 and then to the consumer.

Описанное движение ротора 5 с валиком 6 (см. фиг. 3-5) приводит к увеличению левой части полости 14 и всасыванию газа через окно 20. Минимальный объем правая часть полости 14 приобретает в положении, показанном на фиг. 6, а затем, когда она вновь соединяется с правой частью полости 22 (см. фиг. 7), ее объем начинает расти, т.е. процесс нагнетания закончен. Далее цикл повторяется. The described movement of the rotor 5 with the roller 6 (see Figs. 3-5) leads to an increase in the left side of the cavity 14 and the absorption of gas through the window 20. The right side of the cavity 14 acquires a minimum volume in the position shown in FIG. 6, and then, when it reconnects to the right side of the cavity 22 (see Fig. 7), its volume begins to grow, i.e. the injection process is complete. Next, the cycle repeats.

Компрессор, сечение которого изображено на фиг. 8, работает аналогичным образом (см. фиг. 9-12). За начальное состояние примем положение и правой частью полости 22 и давление в этих полостях равно давлению всасывания, так как они соединены с окном всасывания 20. A compressor, the cross section of which is shown in FIG. 8 operates in a similar manner (see FIGS. 9-12). For the initial state, we take the position and the right side of the cavity 22 and the pressure in these cavities is equal to the suction pressure, since they are connected to the suction window 20.

При повороте ротора 5 с валиком 6 против часовой стрелки (см. фиг. 10) ротор 5 входит в соприкосновение с поверхностью 23 и отсекает таким образом полость 14 от левой части полости 22. При этом полость 14 остается соединенной с небольшой по объему правой частью полости 22. When the rotor 5 is rotated with the roller 6 counterclockwise (see Fig. 10), the rotor 5 comes into contact with the surface 23 and thus cuts off the cavity 14 from the left side of the cavity 22. In this case, the cavity 14 remains connected to the small right-side cavity 22.

При дальнейшем вращении ротора 5 с валиком 6 (см. фиг. 11) правая часть полости 22 уменьшается практически до нуля при одновременном уменьшении объема полости 14, что приводит к уменьшению их суммарного объема, сжатию газа и при достижении им давления нагнетания - нагнетанию через клапан 15 в полость нагнетании 16 (см. фиг. 8). With a further rotation of the rotor 5 with the roller 6 (see Fig. 11), the right side of the cavity 22 decreases almost to zero while reducing the volume of the cavity 14, which leads to a decrease in their total volume, gas compression, and when it reaches the discharge pressure - discharge through the valve 15 into the injection cavity 16 (see Fig. 8).

Дальнейшее орбитальное движение ротора 5 с валиком 6 приводит к разделению полости 14 на две части, причем левая часть соединяется со всасывающим окном 20 и заполняется всасываемым газом, а правая часть полости 14, находящаяся в зоне нагнетательного клапана 15, соединяется с начинающей уменьшаться и еще не разделенной на две части полостью 22 (см. фиг. 12), суммарный объем этих полостей превышает минимально достижимый объем правой части полости 14 (см. фиг. 11), что приводит к падению давления в зоне нагнетательного клапана 15 и прекращению процесса нагнетания (нагнетательный клапан 15 закрывается). При дальнейшем вращении происходит увеличение объема полости 14, идет всасывание газа, и затем цикл повторяется. Further orbital movement of the rotor 5 with the roller 6 leads to the separation of the cavity 14 into two parts, the left part being connected to the suction window 20 and filled with suction gas, and the right part of the cavity 14, located in the area of the discharge valve 15, is connected to the beginning to decrease and is not yet divided into two parts by the cavity 22 (see Fig. 12), the total volume of these cavities exceeds the minimum attainable volume of the right part of the cavity 14 (see Fig. 11), which leads to a pressure drop in the area of the discharge valve 15 and the process terminates Netanya (discharge valve 15 is closed). With further rotation, the volume of the cavity 14 increases, gas is sucked in, and then the cycle repeats.

В предложенных конструкциях роторного компрессора в зоне всасывания, сжатия и нагнетания газа отсутствуют элементы, которые принципиально не могут работать без активного трения, и сила трения которых пропорциональна развиваемому компрессором давлению, как это характерно для известных роторных компрессоров, таким образом может быть организована полностью бесконтактная работа поверхностей, образующих камеру сжатия компрессора, что позволяет сжимать газы и смеси газов без их загрязнения продуктами износа и частицами смазочных жидкостей и их паров, а также существенно продлить ресурс работы компрессора. In the proposed constructions of a rotary compressor in the gas suction, compression and injection zone, there are no elements that basically cannot work without active friction, and whose friction force is proportional to the pressure developed by the compressor, as is typical for known rotary compressors, in this way completely non-contact operation can be organized surfaces forming the compressor compression chamber, which allows compressing gases and gas mixtures without contamination by wear products and particles of lubricating fluids her and their vapor, as well as significantly extend the life of the compressor.

Кроме того, отсутствие контакта и активного трения между рабочими поверхностями позволяет наносить на них тонкие слои с узконаправленными свойствами, которые практически не будут изнашиваться (хромировать, оксидировать, алитировать, анодировать, плакировать, имплантировать атомы различных металлов и т.д), что позволяет использовать компрессор для сжатия практически любых, в т.ч. и агрессивных к обычным материалам, газов. In addition, the absence of contact and active friction between the working surfaces allows you to apply thin layers with narrowly targeted properties that will practically not wear out (chromate, oxidize, alite, anodize, clad, implant atoms of various metals, etc.), which allows you to use a compressor for compressing virtually any, including and aggressive to ordinary materials, gases.

Claims

1. A rotary compressor containing a cylindrical working cavity with a rotor placed in it with an eccentricity, a suction window, a discharge valve and a separation element made in the form of a roller with a cylindrical surface parallel to the axis of rotation of the rotor and installed in the auxiliary cavity, characterized in that the roller rigidly mounted on the rotor with the possibility of making joint circular orbital motion with it, while the rotor with the roller are installed with a gap relative to the cylindrical surfaces of the work eyes cavity and auxiliary cavity, respectively.

2. The compressor according to claim 1, characterized in that the diameter of the roller is less than the diameter of the rotor.

3. The compressor according to claim 1, characterized in that the roller is made in the form of a ring with an inner diameter greater than the diameter of the rotor.