RU2249727C1

RU2249727C1 - Gas compressor

Info

Publication number: RU2249727C1
Application number: RU2003126464/06A
Authority: RU
Inventors: Ю.М. Финк (RU); Ю.М. Финк; В.Н. Коваленко (RU); В.Н. Коваленко
Original assignee: Финк Юрий Михайлович
Priority date: 2003-09-01
Filing date: 2003-09-01
Publication date: 2005-04-10
Also published as: RU2003126464A

Abstract

FIELD: refrigeration industry; cooling installations components.

SUBSTANCE: the invention is dealt with the field of cooling installations equipment and may be used for production of air conditioning systems. The gas compressor contains a body and located in it two driving and two driven pistons. The body is made out of two hemispheres and contains two gaskets made out of an antifriction heat-insulating elastic-flexible material. Each piston is made in the form of ball-type sectors, on a spherical surface of each of which there is an elastic member. An aperture angle of lateral surfaces of the sectors of the driving pistons makes 86° - 90°, and an aperture angle of the lateral surfaces of the sectors of the driven pistons makes 42°-83°. A groove is made radial with trapezoidal cross-section and oriented perpendicularly to axes of the shaft of the compressor. The bases of the cross-section are in ratio of 1:2 - 1:5, and a lateral side is equal to the length of the smaller base. The elastic member is located on the bottom of each groove and its cross-section is an ellipse. The bigger diameter of the ellipse by 3-7 % is more than the length of the centerline of the trapezoidal cross-section of such a groove. On the elastic member there is the second elastic member of a rectangular cross section, the width of which by 2-5 % exceeds the length of the smaller base of the groove, and its length ensures formation of a ledge on the ball-type surface of the piston, the height of which makes 1-3 % of the smaller base of the groove. The invention allows to increase efficiency of the gas compressor.

EFFECT: the invention ensures increased efficiency of the gas compressor.

6 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к области холодильных установок, и может быть использовано для систем кондиционирования воздуха, преимущественно для транспортных средств с двигателем внутреннего сгорания.The invention relates to the field of mechanical engineering, namely to the field of refrigeration units, and can be used for air conditioning systems, mainly for vehicles with an internal combustion engine.

Известен газовый компрессор (US 3144007 А, 11.08.1964, Н. кл. 418-36), содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками, при этом в корпусе размещены два ведущих и два ведомых поршня и механизм синхронизации движения поршней, выполненный в виде планетарной передачи с неподвижной центральной шестерней и двумя сателлитными шестернями, соединенными рычагом, закрепленным на одной из указанных сателлитных шестерен соосно, а на другой - с эксцентриситетом, при этом каждая пара поршней имеет свой вал, кинематически связанный со своей сателлитной шестерней.Known gas compressor (US 3144007 A, 08/11/1964, N. CL. 418-36), comprising a housing with inlet and outlet nozzles, while in the housing there are two leading and two driven pistons and a piston synchronization mechanism made in the form of a planetary gears with a fixed central gear and two satellite gears connected by a lever fixed to one of the specified satellite gears coaxially and to the other with eccentricity, while each pair of pistons has its own shaft kinematically connected to its satellite gear.

Недостатком известного компрессора следует признать низкий коэффициент полезного действия.A disadvantage of the known compressor should be recognized as a low efficiency.

Известна роторно-поршневая машина для холодильной газовой установки (RU 2036392 С1, 27.05.1995, F 25 В 1/04), содержащая корпус с двумя впускными и двумя выпускными патрубками, размещенные в корпусе два ведущих и два ведомых поршня и механизм синхронизации движения поршней, выполненный в виде планетарной передачи с неподвижной центральной шестерней и двумя сателлитными шестернями, соединенными рычагом, установленным на одной из указанных сателлитных шестерен соосно, а на другой - с эксцентриситетом, каждая пара поршней закреплена на отдельном валу, кинематически соединенном с одной из сателлитных шестерен, указанные валы установлены на одной оси, корпус выполнен из двух полусфер с диаметральным разъемом в плоскости, перпендикулярной оси валов, и содержит две прокладки из антифрикционного теплоизоляционного материала, установленные в диаметральной плоскости, перпендикулярной указанной плоскости разъема, каждый поршень выполнен в виде шаровых секторов, на общей оси с валами установлен вал привода компрессора, кинематически соединенный с указанными валами, патрубки расположены на внешней стороне корпуса поочередно по обе стороны от границ прокладок, а на шаровой поверхности каждого поршня выполнен уплотнительный элемент, представляющий собой упругий элемент, расположенный в проточке.Known rotary piston machine for a refrigerating gas installation (RU 2036392 C1, 05.27.1995, F 25 V 1/04), comprising a housing with two inlet and two exhaust nozzles, two driving and two driven pistons and a piston synchronization mechanism located in the housing made in the form of a planetary gear with a fixed central gear and two satellite gears connected by a lever mounted on one of these satellite gears coaxially, and on the other with an eccentricity, each pair of pistons is mounted on a separate shaft, ki connected to one of the satellite gears, these shafts are mounted on the same axis, the housing is made of two hemispheres with a diametrical connector in a plane perpendicular to the axis of the shafts, and contains two gaskets made of antifriction thermal insulation material installed in a diametrical plane perpendicular to the specified plane of the connector, each the piston is made in the form of spherical sectors, on the common axis with the shafts there is a compressor drive shaft, kinematically connected to these shafts, the nozzles are located on eshney the housing alternately on either side of spacers boundaries, and on the spherical surface of each piston is formed sealing element is a resilient element disposed in the groove.

Техническая задача, решаемая посредством предлагаемой конструкции, состоит в разработке газового компрессора с повышенным коэффициентом полезного действия.The technical problem solved by the proposed design is to develop a gas compressor with a high efficiency.

Технический результат, получаемый при реализации предложенной конструкции, состоит в уменьшении себестоимости эксплуатации газового компрессора за счет увеличения его коэффициента полезного действия.The technical result obtained by the implementation of the proposed design is to reduce the cost of operating a gas compressor by increasing its efficiency.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать газовый компрессор, содержащий корпус с двумя впускными и двумя выпускными патрубками, размещенные в корпусе два ведущих и два ведомых поршня и механизм синхронизации движения поршней, выполненный в виде планетарной передачи с неподвижной центральной шестерней и двумя сателлитными шестернями, соединенными рычагом, установленным на одной из указанных сателлитных шестерен соосно, а на другой - с эксцентриситетом, каждая пара поршней закреплена на отдельном валу, кинематически соединенном с одной из сателлитных шестерен, указанные валы установлены на одной оси, корпус выполнен из двух полусфер с диаметральным разъемом в плоскости, перпендикулярной оси валов, и содержит две прокладки из антифрикционного теплоизоляционного материала, установленные в диаметральной плоскости, перпендикулярной указанной плоскости разъема, каждый поршень выполнен в виде шаровых секторов, на общей оси с валами установлен вал привода компрессора, кинематически соединенный с указанными валами, патрубки расположены на внешней стороне корпуса поочередно по обе стороны от границ прокладок, а на шаровой поверхности каждого поршня выполнен уплотнительный элемент, представляющий собой упругий элемент, расположенный в проточке, согласно изобретению, прокладки выполнены из упругоэластичного материала, угол раскрытия боковых поверхностей секторов ведущих поршней равен 86-90°, а угол раскрытия боковых поверхностей секторов ведомых поршней равен 42-83°, при этом проточка выполнена радиальной трапецеидального сечения в шаровой поверхности поршня и ориентирована перпендикулярно оси валов компрессора, основания сечения соотносятся как 1:2-1:5, а боковая сторона равна длине меньшего основания, упругий элемент расположен на дне каждой проточки, имеет в поперечном сечении эллипс, причем больший диаметр эллипса на 3-7% больше длины средней линии трапецеидального сечения проточки, на упругом элементе расположен второй упругий элемент прямоугольного сечения, ширина которого на 2-5% превышает длину меньшего основания проточки, а длина обеспечивает образование выступа на шаровой поверхности поршня высотой 1-3% от меньшего основания проточки.To achieve the technical result, it is proposed to use a gas compressor containing a housing with two inlet and two exhaust pipes, two leading and two driven pistons and a piston synchronization mechanism made in the form of a planetary gear with a fixed central gear and two satellite gears connected to the housing a lever mounted on one of the specified satellite gears coaxially, and on the other with an eccentricity, each pair of pistons is mounted on a separate shaft, kinematically connected to one of the satellite gears, these shafts are mounted on the same axis, the housing is made of two hemispheres with a diametrical connector in a plane perpendicular to the axis of the shafts, and contains two gaskets of antifriction thermal insulation material installed in a diametrical plane perpendicular to the specified plane of the connector, each the piston is made in the form of spherical sectors, a compressor drive shaft is installed on a common axis with the shafts, kinematically connected to these shafts, the nozzles are located on and on the outside of the housing alternately on both sides of the gasket boundaries, and on the spherical surface of each piston a sealing element is made, which is an elastic element located in the groove, according to the invention, the gaskets are made of an elastic material, the opening angle of the side surfaces of the sectors of the driving pistons is 86- 90 °, and the opening angle of the lateral surfaces of the sectors of the driven pistons is 42-83 °, while the groove is made of a radial trapezoidal section in the ball surface of the piston and landmarks on the perpendicular to the axis of the compressor shafts, the base sections are 1: 2-1: 5, and the side is equal to the length of the smaller base, the elastic element is located at the bottom of each groove, has an ellipse in cross section, and the larger diameter of the ellipse is 3-7% larger the length of the midline of the trapezoidal section of the groove, on the elastic element there is a second elastic element of rectangular cross section, the width of which is 2-5% greater than the length of the smaller base of the groove, and the length ensures the formation of a protrusion on the ball surface of the piston of heights minutes 1-3% of the smaller base of the bore.

В дальнейшем представленный газовый компрессор будет рассмотрен с использованием иллюстративного материала, где на фиг.1 приведен внешний вид газового компрессора, на фиг.2 - внешний вид газового компрессора со снятым кожухом механизма синхронизации, на фиг.3 - продольный разрез газового компрессора, на фиг.4 - поперечный разрез газового компрессора, на фиг.5 - сечение А-А на фиг.4, на фиг.6 - вид уплотнения поршня.In the future, the presented gas compressor will be considered using illustrative material, where Fig. 1 shows the appearance of the gas compressor, Fig. 2 shows the appearance of the gas compressor with the casing of the synchronization mechanism removed, Fig. 3 is a longitudinal section of the gas compressor, .4 is a cross-sectional view of a gas compressor, FIG. 5 is a section AA in FIG. 4, and FIG. 6 is a view of a piston seal.

Газовый компрессор имеет корпус 1, в котором на соосных валах 2 и 3 установлена поршневая группа 4, роторные поршни 5 и 6, которые соединены между собой механизмом 7 синхронизации. Корпус 1 выполнен из двух полусфер 8 и 9 с диаметральным разъемом 10, выполненным перпендикулярно оси валов 2 и 3. На внутренней шаровой полости 11 корпуса 1 по обе стороны плоскости 12, перпендикулярной плоскости разъема 10, расположены компрессорная 13 (выше плоскости 12) и детандерная 14 (ниже плоскости 12) зоны. В плоскости 12 на стенке корпуса 1 между компрессорной 13 и детандерной 14 зонами установлены прокладки 15, выполненные из антифрикционного теплоизоляционного материала. Верхняя часть корпуса 1, образующая компрессорную зону 13 газового компрессора, выполнена оребренной с ребрами 16. Компрессорная 13 и детандерная 14 зоны на корпусе 1 имеют входные 17 и 18 и выходные 10 и 20 патрубки, соединяющие газовый компрессор с теплообменными аппаратами холодильной газовой установки. В нижней части корпуса 1 выполнена монтажная плита 21 для крепления газового компрессора на транспортном средстве.The gas compressor has a housing 1, in which a piston group 4, rotary pistons 5 and 6, which are interconnected by a synchronization mechanism 7, are mounted on coaxial shafts 2 and 3. The housing 1 is made of two hemispheres 8 and 9 with a diametrical connector 10, made perpendicular to the axis of the shafts 2 and 3. On the inner ball cavity 11 of the housing 1 on both sides of the plane 12, perpendicular to the plane of the connector 10, are located compressor 13 (above plane 12) and expander 14 (below plane 12) zones. In the plane 12 on the wall of the housing 1 between the compressor 13 and the expander 14 zones there are gaskets 15 made of antifriction heat-insulating material. The upper part of the housing 1, which forms the compressor zone 13 of the gas compressor, is finned with ribs 16. The compressor 13 and expander 14 zones on the housing 1 have inlet 17 and 18 and output 10 and 20 nozzles connecting the gas compressor to the heat exchangers of the refrigeration gas installation. In the lower part of the housing 1, a mounting plate 21 is made for mounting a gas compressor on a vehicle.

Механизм синхронизации 7 закрыт кожухом 22, снабженным суфлирующим устройством 23, визуальным указателем 24 уровня масла и сливной пробкой 25.The synchronization mechanism 7 is closed by a casing 22, equipped with a venting device 23, a visual indicator 24 of the oil level and a drain plug 25.

Поршневая группа 4 газового компрессора содержит два ведущих 5 и два ведомых 6 поршня, выполненных в форме шаровых секторов, закрепленных на опорных валах (ведущем 2 и ведомом 3). Угол раскрытия боковых поверхностей секторов ведущих поршней 5 равен 84-90°, а угол раскрытия боковых поверхностей секторов ведомых поршней 6 равен 42-83°. Конкретные значения углов раскрытия зависят от требуемой производительности компрессора и степени сжатия рабочего тела в компрессоре. По обе стороны боковых плоскостей 26 и 27 ведущих поршней 5 образованы рабочие полости 28 переменного объема, последовательно сообщающиеся с входными (17, 18) и выходными (19, 20) патрубками компрессорной 13 и детандерной 14 зон корпуса 1. Соосные валы 2 и 3 поршневой группы 4 установлены в корпусе 1 на подшипниках 29, закрепленных посредством крышек 30 и 31. Изоляция внутренней полости газового компрессора от окружающей атмосферы осуществлена посредством втулок 32 и 33 с уплотнительными кольцами 34 и 35. На правом конце ведущего вала 2 установлен вал 36 привода компрессора, выполняющий, если он выполнен в виде шкива, также функцию инерционного маховика.The piston group 4 of the gas compressor contains two leading 5 and two driven 6 pistons, made in the form of spherical sectors, mounted on the supporting shafts (leading 2 and driven 3). The opening angle of the side surfaces of the sectors of the driving pistons 5 is 84-90 °, and the opening angle of the side surfaces of the sectors of the driven pistons 6 is 42-83 °. The specific values of the opening angles depend on the required compressor capacity and the degree of compression of the working fluid in the compressor. On both sides of the lateral planes 26 and 27 of the driving pistons 5, working cavities 28 of variable volume are formed, successively communicating with the inlet (17, 18) and outlet (19, 20) nozzles of the compressor 13 and the expander 14 of the housing zones 1. Coaxial shafts 2 and 3 of the piston groups 4 are installed in the housing 1 on bearings 29, fixed by means of covers 30 and 31. The internal cavity of the gas compressor is isolated from the surrounding atmosphere by means of bushings 32 and 33 with O-rings 34 and 35. A drive shaft 36 is mounted on the right end of the drive shaft 2 ompressora performing, if it is in the form of a pulley, as a function of the inertial flywheel.

Левые концы соосных валов 2 и 3 соединены между собой механизмом синхронизации 7, выполненным в виде планетарной передачи с центральной неподвижной шестерней 37, установленной вместе с крышкой 31, и двумя подвижными сателлитными шестернями 38 и 39, соединенными рычагом 40. Сателлитная шестерня 38 ведущего ротора установлена на рычаге 41, закрепленном на ведущем валу 2. Сателлитная шестерня 39 ведомого ротора установлена на рычаге 42, закрепленном на ведомом валу 3. Рычаги 41 и 42 имеют противовесы 43 и 44 для устранения динамической неуравновешенности роторов.The left ends of the coaxial shafts 2 and 3 are interconnected by a synchronization mechanism 7, made in the form of a planetary gear with a central stationary gear 37 mounted together with the cover 31, and two movable satellite gears 38 and 39 connected by a lever 40. A satellite gear 38 of the driving rotor is installed on the lever 41, mounted on the drive shaft 2. The satellite gear 39 of the driven rotor is mounted on the lever 42, mounted on the driven shaft 3. The levers 41 and 42 have counterweights 43 and 44 to eliminate the dynamic imbalance po tori.

Рычаг 40 одним концом закреплен на сателлитной шестерне 39 ведомого ротора, а другим концом - на сателлитной шестерне 38 ведущего ротора. Установочная ось 45 рычага 40 установлена соосно с осью 46 сателлитной шестерни 39 ведомого ротора, а установочная ось 47 рычага 40 установлена с эксцентриситетом к оси 48 сателлитной шестерни 38 ведущего вала.The lever 40 is fixed at one end to the satellite gear 39 of the driven rotor, and at the other end, to the satellite gear 38 of the driving rotor. The mounting axis 45 of the lever 40 is mounted coaxially with the axis 46 of the satellite gear 39 of the driven rotor, and the mounting axis 47 of the lever 40 is mounted with an eccentricity to the axis 48 of the satellite gear 38 of the drive shaft.

На шаровой поверхности каждого поршня 5 и 6 выполнен уплотнительный элемент, представляющий собой радиальную проточку 49 прямоугольного сечения, на дне проточки расположен первый упругий элемент 50, имеющий в поперечном сечении окружность, а на первом упругом элементе расположен второй упругий элемент 51.On the spherical surface of each piston 5 and 6, a sealing element is made, which is a radial groove 49 of rectangular cross section, at the bottom of the groove is a first elastic element 50 having a circumference in cross section, and a second elastic element 51 is located on the first elastic element.

Газовый компрессор работает следующим образом.The gas compressor operates as follows.

Посредством оси привода 36 поршневую группу 4 приводят во вращение. При вращении ведущих и ведомых поршней 5 и 6, соединенных механизмом 7 синхронизации, в определенном положении поршневой группы 4 полость, образованная шаровой поверхностью корпуса 11 и двумя смежными роторными поршнями 5 и 6, сообщается с входным патрубком 17 компрессорной зоны 13. Через этот патрубок 17 в рабочую полость засасывается газ, который по мере вращения поршневой группы 4 сжимается и выталкивается через выходной патрубок 19 компрессорной зоны 13 в теплообменник (не показан), обеспечивающий отвод тепла сжатия рабочего газа в компрессорной зоне 13. После охлаждения в теплообменнике рабочий газ через входной патрубок 18 детандерной зоны 14 повторно поступает в рабочую полость, в которой осуществляется его расширение и окончательное охлаждение. Охлажденный газ через выходной патрубок 20 детандерной зоны 14 выходит к объекту охлаждения.By means of the axis of the drive 36, the piston group 4 is driven into rotation. When the driving and driven pistons 5 and 6, connected by the synchronization mechanism 7, rotate in a certain position of the piston group 4, the cavity formed by the spherical surface of the housing 11 and two adjacent rotary pistons 5 and 6 communicates with the inlet pipe 17 of the compressor zone 13. Through this pipe 17 gas is sucked into the working cavity, which, as the piston group 4 rotates, is compressed and pushed through the outlet pipe 19 of the compressor zone 13 into a heat exchanger (not shown), which removes the compression heat of the working gas to the compressor zone 13. After cooling in the heat exchanger, the working gas through the inlet pipe 18 of the expander zone 14 re-enters the working cavity in which it expands and is finally cooled. Cooled gas through the outlet pipe 20 of the expander zone 14 exits to the cooling facility.

Использование предложенной конструкции газового компрессора позволяет примерно на 12-14% уменьшить себестоимость его эксплуатации.Using the proposed design of a gas compressor can reduce the cost of its operation by about 12-14%.

Claims

A gas compressor comprising a housing with two inlet and two exhaust nozzles, two driving and two driven pistons located in the housing and a piston synchronization mechanism made in the form of a planetary gear with a fixed central gear and two satellite gears connected by a lever mounted on one of these satellite gears are coaxial, and on the other with eccentricity, each pair of pistons is mounted on a separate shaft kinematically connected to one of the satellite gears, these shafts are mounted on one axis, the housing is made of two hemispheres with a diametrical connector in a plane perpendicular to the axis of the shafts, and contains two gaskets of antifriction heat-insulating material installed in a diametrical plane perpendicular to the specified plane of the connector, each piston is made in the form of spherical sectors, on a common axis a compressor drive shaft is mounted with shafts, kinematically connected to said shafts, nozzles are located on the outside of the housing alternately on both sides of the gasket boundaries, and on the spherical surface of each piston has a sealing element, which is an elastic element located in the groove, characterized in that the gaskets are made of an elastic material, the opening angle of the side surfaces of the sectors of the driving pistons is 86-90 °, and the angle of the opening of the side surfaces of the sectors of the driven pistons is 42 -83 °, while the groove is made of a radial trapezoidal section in the spherical surface of the piston and is oriented perpendicular to the axis of the compressor shafts, the base sections are correlated as 1: 2-1: 5, and the side is equal to the length of the smaller base, the elastic element is located at the bottom of each groove, has an ellipse in cross section, and the larger diameter of the ellipse is 3-7% more than the length of the midline of the trapezoidal section of the groove on the elastic element a second elastic element of rectangular cross section is located, the width of which is 2-5% greater than the length of the smaller base of the groove, and the length ensures the formation of a protrusion on the spherical surface of the piston with a height of 1-3% from the smaller base of the groove.