RU2287720C2 - Spiral machine - Google Patents
Spiral machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2287720C2 RU2287720C2 RU2004114531/06A RU2004114531A RU2287720C2 RU 2287720 C2 RU2287720 C2 RU 2287720C2 RU 2004114531/06 A RU2004114531/06 A RU 2004114531/06A RU 2004114531 A RU2004114531 A RU 2004114531A RU 2287720 C2 RU2287720 C2 RU 2287720C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spiral
- fan
- cooling
- air
- wheel
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Rotary Pumps (AREA)
- Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области компрессоростроения, насосостроения и может быть использовано в спиральных машинах, где необходимо решать проблемы уменьшения тепловых нагрузок элементов конструкции, улучшения энергетических характеристик.The invention relates to the field of compressor engineering, pump engineering and can be used in spiral machines, where it is necessary to solve the problem of reducing thermal loads of structural elements, improving energy characteristics.
Такая конструкция позволяет повысить эффективность охлаждения сжимаемого газа, элементов конструкции, улучшить энергетические характеристики и массогабаритные показатели, повысить надежность и долговечность спиральной машины.This design allows to increase the cooling efficiency of compressible gas, structural elements, improve energy characteristics and overall dimensions, increase the reliability and durability of the spiral machine.
Известна воздушная система охлаждения однороторного спирального компрессора, имеющего подвижный и неподвижный спиральные элементы с оребренными основаниями, со стороны охлаждения образующие с элементами корпуса воздушные каналы между ребрами, к которым поступает охлаждающий воздух через систему воздухопроводов, состоящих из вентилятора, системы спиральных камер и рационально расположенных подводов и отводов.Known is an air cooling system for a single-rotor scroll compressor having movable and fixed scroll elements with finned bases, on the cooling side forming air channels between the fins with housing elements, to which cooling air enters through an air duct system consisting of a fan, a spiral chamber system and rationally located inlets and bends.
Охлаждающий воздух, всасываемый вентилятором, через впускное отверстие нагнетается с постоянной производительностью в спиральные камеры, где происходит его ускорение, и далее через выполненные в корпусе подводы направляется к воздушным каналам между ребрами, проходя через которые снимает тепловую нагрузку с рабочих элементов спирального компрессора и таким образом снижает температуру сжатия газа в результате теплообмена охлаждающего воздуха с оребренными основаниями подвижного и неподвижного спиральных элементов (WO 9602761 А1, 01.02.1996, F 04 С 29/04).The cooling air drawn in by the fan through the inlet is pumped with constant capacity into the spiral chambers, where it is accelerated, and then through the inlets made in the housing, it is directed to the air channels between the ribs, passing through which it removes the heat load from the working elements of the scroll compressor and thus reduces the temperature of gas compression as a result of heat exchange of cooling air with finned bases of movable and fixed spiral elements (WO 9602761 A1, 02/01/1996, F 04 C 29/04).
В известной конструкции применен способ интенсификации теплообмена, заключающийся в использовании развитой поверхности теплообмена, оптимальной геометрией ребра, увеличении скорости охлаждающего воздуха, повышении турбулентности потока, что обеспечивается рациональной компоновкой элементов конструкции, оптимальными размерами проходного сечения. Недостатки известного технического решения вытекают из способа интенсификации теплообмена:In the known design, a method of heat transfer intensification is applied, which consists in using the developed heat transfer surface, optimal rib geometry, increasing cooling air speed, increasing flow turbulence, which is ensured by a rational arrangement of structural elements, optimal passage sizes. The disadvantages of the known technical solutions arise from the method of intensification of heat transfer:
- развитие поверхности теплообмена, что приводит к увеличению массогабаритных характеристик и, следовательно, стоимости компрессора;- the development of the heat transfer surface, which leads to an increase in weight and size characteristics and, consequently, the cost of the compressor;
- усложнение конструкции из-за выполнения систем воздухопроводов, что также ведет к повышению стоимости изготовления компрессора;- complication of the design due to the implementation of air duct systems, which also leads to an increase in the cost of manufacturing a compressor;
- недостаточная эффективность охлаждения (низкий коэффициент теплоотдачи) по сравнению с другими способами интенсификации;- insufficient cooling efficiency (low heat transfer coefficient) in comparison with other methods of intensification;
- дополнительная затрата энергии на прокачку воздуха через воздухопровод и каналы.- additional energy consumption for pumping air through the air duct and channels.
Наиболее близким аналогом является двухроторный спиральный компрессор, имеющий согласованно двигающиеся вращающиеся спирали с оребренными основаниями со стороны охлаждения, которые выполняют функцию колес вентилятора, а ребра - функцию лопаток.The closest analogue is a twin-rotor scroll compressor having rotational spirals moving in concert with finned bases on the cooling side, which serve as fan wheels, and ribs as blades.
При вращении спиралей, а следовательно, и лопаток колес в зонах, расположенных у оси вращения, давление охлаждающего воздуха уменьшается по сравнению с давлением на входе, за счет чего образуется непрерывный поток охлаждающего воздуха, поступающего к лопаткам колес. Воздух, находящийся между лопатками, при вращении получает вращательное движение, при котором происходит снижение термического сопротивления пограничного слоя посредством его турбулизации и уменьшения толщины, и таким образом снижает температуру сжатия газа в результате теплообмена охлаждающего воздуха с основаниями, турбулизаторами при этом являются колеса вентилятора. Под действием центробежных сил охлаждающий воздух перемещается к периферийной зоне колес и выбрасывается в атмосферу (US 6179590 B1, 13.02.2001, F 01 С 1/04).During the rotation of the spirals, and consequently the wheel blades in the zones located near the axis of rotation, the cooling air pressure decreases compared to the inlet pressure, due to which a continuous stream of cooling air is supplied to the wheel blades. The air between the blades, during rotation, receives a rotational movement, during which the thermal resistance of the boundary layer decreases through its turbulization and thickness reduction, and thus reduces the gas compression temperature as a result of heat exchange of cooling air with the bases, and the fan wheels are turbulators. Under the influence of centrifugal forces, cooling air moves to the peripheral zone of the wheels and is released into the atmosphere (US 6179590 B1, 02/13/2001, F 01 C 1/04).
В известной конструкции используется более эффективный по сравнению с предыдущим способ интенсификации теплообмена, заключающийся в разрушении пограничного слоя и снижении термического сопротивления на границе теплообменивающихся сред, однако такое конструктивное исполнение компрессора не позволяет получить высокий коэффициент теплоотдачи на границе теплообменивающихся сред из-за недостаточно высокой турбулизации, что объясняется в первую очередь вращением теплообменной поверхности вместе с лопатками.The known design uses a more efficient method of intensifying heat transfer compared to the previous one, which consists in destroying the boundary layer and lowering the thermal resistance at the boundary of heat-exchanging media, however, such a design of the compressor does not allow to obtain a high heat transfer coefficient at the border of heat-exchanging media due to insufficiently high turbulization, which is primarily due to the rotation of the heat exchange surface along with the blades.
Техническая задача - повышение эффективности охлаждения сжимаемого газа, элементов конструкции и как следствие повышение энергетических характеристик, надежности и долговечности спиральной машины, улучшение массогабаритных показателей.The technical task is to increase the cooling efficiency of compressible gas, structural elements and, as a result, increase the energy characteristics, reliability and durability of the spiral machine, improve overall dimensions.
Технический результат достигается тем, что в спиральной машине, содержащей корпус, отверстия для всасывания и нагнетания газа, неподвижный спиральный элемент, находящийся в зацеплении с подвижным спиральным элементом, совершающим движение с эксцентриситетом относительно неподвижного спирального элемента с образованием замкнутых полостей сжатия, противоповоротное устройство, эксцентриковый вал на подшипниковых опорах, вентилятор для обеспечения циркуляции охлаждающего воздуха, согласно изобретению лопатки колеса вентилятора установлены по отношению к неподвижному основанию, являющемуся поверхностью охлаждения с зазором для обеспечения при вращении колеса движения воздуха по поверхности неподвижного основания с образованием вихрей, отрыва потока воздуха, уменьшения термического сопротивления на поверхности охлаждения, на которую нанесена искусственная шероховатость, при этом колесо вентилятора снабжено автономным приводом.The technical result is achieved by the fact that in a spiral machine comprising a housing, openings for suction and injection of gas, a stationary spiral element meshed with a movable spiral element that moves with eccentricity relative to the stationary spiral element with the formation of closed compression cavities, an anti-rotation device, an eccentric shaft on bearings, a fan for circulating cooling air, according to the invention lined with respect to a fixed base, which is a cooling surface with a gap to ensure that when the wheel rotates, air moves along the surface of the fixed base with the formation of vortices, separation of the air flow, and a decrease in thermal resistance on the cooling surface, on which artificial roughness is applied, while the fan wheel is equipped with an autonomous driven.
Кроме того, при двухсторонней схеме расположения спиральных элементов конструкция включает два колеса вентилятора.In addition, with a two-sided arrangement of spiral elements, the design includes two fan wheels.
Сущность предложения поясняется чертежами, где:The essence of the proposal is illustrated by drawings, where:
на фиг.1 представлено продольное сечение спиральной машины;figure 1 presents a longitudinal section of a spiral machine;
на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1;figure 2 is a section aa in figure 1;
на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2;figure 3 is a section bB in figure 2;
на фиг.4 - продольное сечение спиральной машины с двухсторонней схемой расположения спиральных элементов.figure 4 is a longitudinal section of a spiral machine with a two-sided arrangement of spiral elements.
на фиг.5 - продольное сечение спиральной машины с двухсторонней схемой расположения спиральных элементов с полостью охлаждения.figure 5 is a longitudinal section of a spiral machine with a two-sided arrangement of spiral elements with a cooling cavity.
Спиральная машина, показанная на фиг.1, содержит корпус 1 с всасывающим отверстием 4, неподвижный спиральный элемент 5 с нагнетательным отверстием 7, находящийся в зацеплении с подвижным спиральным элементом 3.The spiral machine shown in figure 1, contains a housing 1 with a suction hole 4, a stationary
Привод осуществляется через полумуфту 13, вал эксцентриковый 11, установленный на подшипниковых опорах 12 через коренной подшипник 10. Для динамической уравновешенности на валу эксцентриковом напрессованы противовесы 14. Для обеспечения орбитального движения подвижной спирали 3 в корпусе установлено противоповоротное устройство 2 (в данной конструкции - шариковое).The drive is carried out through the
Система охлаждения, размещенная в корпусе, включает колесо вентилятора 6, установленное по отношению к поверхности охлаждения В с зазором S. Лопатки колеса вентилятора выполнены заодно (либо жестко соединены) с приводным шкивом. Колесо вентилятора 6 снабжено автономным приводом (на чертежах не показан).The cooling system located in the housing includes a
Колесо вентилятора 6 может вращается и вокруг неподвижной оси, жестко соединенной с неподвижной спиралью 5. В этом случае привод колеса вентилятора 6 осуществляется через промежуточный валик 9, установленный в корпусе 1 на собственных опорах качения с помощью ременной передачи 8 от полумуфты 13.The
В конструкции спиральной машины по фиг.4 подвижный спиральный элемент 3 выполнен двухсторонним, неподвижные спиральные элементы 5 выполнены заодно с корпусом 1. Привод подвижного спирального элемента осуществляется за один из трех поводков 11 противоповоротного устройства 2, который выполняет функцию эксцентрикового вала (в данной конструкции противоповоротное устройство - поводковое). Система охлаждения включает два колеса вентилятора 6. Привод колес осуществляется с помощью автономного привода, но может осуществляться и с помощью ременной передачи 8 за один из двух поводков противоповоротного устройства 2 и систему шкивов.In the design of the spiral machine of FIG. 4, the movable
В конструкции спиральной машины по фиг.5 подвижный спиральный элемент 3 также выполнен двухсторонним и состоит из двух повернутых друг относительно друга на 180° и раздвинутых на величину корпуса опорного подшипника 12 спиралей, жестко соединенных перемычками, охлаждающими ребрами 16 и корпусом опорного подшипника 17 с образованием полости охлаждения 15.In the design of the spiral machine of FIG. 5, the movable
Привод осуществляется через полумуфту 13, вал эксцентриковый 11, установленный на опоре скольжения 12 через коренные подшипники скольжения 10. Система охлаждения включает два колеса вентилятора 6, неподвижно установленные на валу эксцентриковом 11.The drive is carried out through the
Спиральная машина работает следующим образом. Газовая среда подводится на всасывание 4 спиральной машины при орбитальном движении подвижного спирального элемента 3 относительно неподвижного спирального элемента 5 с эксцентриком «е» благодаря наличию эксцентрикового вала 11 на подшипниковых опорах 12, противоповоротного устройства 2, предотвращающего вращение спиральных элементов друг относительно друга, образуются замкнутые полости, перемещение газа со стороны всасывания 4 к стороне нагнетания 7, сжатие происходит благодаря уменьшению объемов замкнутых полостей. В момент, определяемый необходимыми параметрами рабочего процесса, происходит соединение замкнутых полостей друг с другом и окном нагнетания и вытеснение сжимаемой среды в окно нагнетания 7.The spiral machine operates as follows. The gas medium is supplied to the suction 4 of the spiral machine during the orbital movement of the movable
Цикл всасывания (раскрытие и закрытие внешних полостей) совершается за один оборот вала машины. Затем он повторяется. Цикл сжатия и выталкивания газа длится дольше, в зависимости от угла закрутки спирали и размера окна нагнетания.The suction cycle (opening and closing of external cavities) is performed in one revolution of the machine shaft. Then it repeats itself. The cycle of gas compression and ejection lasts longer, depending on the angle of twist of the spiral and the size of the discharge window.
При сжатии газа происходит повышение температуры от температуры всасывания до температуры нагнетания, по законам теплообмена теплота распространяется на элементы спиральной машины, в том числе на рабочие элементы 3, 5, вызывая температурные деформации, на подшипники 10, 12, которые сами по себе являются источниками тепла, и работоспособность их определяется определенным температурным режимом, зависящим от режима работы спиральной машины. Тепловая нагрузка с элементов спиральной машины в процессе работы снимается следующим образом.When the gas is compressed, the temperature rises from the suction temperature to the discharge temperature, according to the laws of heat transfer, the heat extends to the elements of the spiral machine, including the working
С момента вращения эксцентрикового вала начинает вращаться колесо вентилятора. В зоне, расположенной у оси вращения колеса, давление воздуха уменьшается по сравнению с давлением на входе, за счет чего образуется непрерывный поток охлаждающего воздуха, поступающего к лопаткам колес. Под действием центробежных сил воздух перемещается к периферийной зоне колес, охлаждая теплообменную поверхность, которой является поверхность основания неподвижного спирального элемента со стороны колеса вентилятора, и выбрасывается в атмосферу.From the moment the eccentric shaft rotates, the fan wheel begins to rotate. In the zone located near the axis of rotation of the wheel, the air pressure decreases compared to the inlet pressure, due to which a continuous stream of cooling air is supplied to the wheel blades. Under the action of centrifugal forces, the air moves to the peripheral zone of the wheels, cooling the heat exchange surface, which is the base surface of the fixed scroll element from the side of the fan wheel, and is released into the atmosphere.
При вращении колеса вентилятора основание неподвижного спирального элемента сметается лопатками, при этом образуются мощные вихри (фиг.3), приводящие к отрыву потока у поверхности основания. За местом отрыва потока пограничный слой разрушается, термическое сопротивление его значительно уменьшается, что увеличивает интенсивность теплоотдачи на границе теплообмена со стороны охлаждающего воздуха.When the fan wheel rotates, the base of the fixed spiral element is swept away by the blades, and powerful vortices are formed (Fig. 3), leading to flow separation at the base surface. Beyond the point of separation of the flow, the boundary layer is destroyed, its thermal resistance is significantly reduced, which increases the intensity of heat transfer at the border of heat transfer from the cooling air.
Такое конструктивное решение позволяет не только сразу использовать высокие скорости охлаждающего воздуха для охлаждения, которые мы имеем в колесе вентилятора, и не тратить энергию на его прокачку по каналам и воздухопроводам, но и параллельно использовать колесо вентилятора (насоса) в качестве турбулизирующего устройства. Выполнение подвижного спирального элемента с образованием дополнительной полости охлаждения 15 со стороны оснований (фиг.5) позволяет еще более повысить эффективность охлаждения. В этом случае охлаждающий воздух от автономного вентилятора поступает в полость охлаждения 15, где, двигаясь вдоль ребер охлаждения 16 спиральных элементов, оребренной поверхности корпуса подшипника 17 и гладких поверхностей оснований подвижной спирали, снимает тепловую нагрузку с элементов спиральной машины.Such a constructive solution allows us not only to immediately use the high speeds of cooling air for cooling that we have in the fan wheel, and not to waste energy pumping it through the channels and air ducts, but also to use the fan (pump) wheel in parallel as a turbulizing device. The implementation of the movable spiral element with the formation of an
В конструкции спиральной машины для охлаждения может быть использован жидкий теплоноситель (использование насоса), что позволяет уменьшить площадь охлаждения и тем самым сократить радиальные габариты спиральной машины.In the design of the spiral machine for cooling, a liquid coolant (using a pump) can be used, which allows to reduce the cooling area and thereby reduce the radial dimensions of the spiral machine.
Нанесение на поверхности охлаждения В искусственной шероховатости приводит к более эффективному разрушению пограничного слоя и увеличению эффективности теплоотдачи.Application on the cooling surface In artificial roughness leads to more efficient destruction of the boundary layer and increase the efficiency of heat transfer.
Таким образом, предлагаемая конструкция спиральной машины позволяет повысить эффективность охлаждения элементов спиральной машины, повысить надежность и долговечность за счет использования более эффективного способа охлаждения, заключающегося в образовании мощных вихрей на поверхности теплообмена, приводящих к разрушению пограничного слоя и увеличению коэффициента теплоотдачи при довольно небольших затратах (не тратится энергия на прокачку теплоносителя по каналам, воздухопроводам и т.д.), при этом коэффициент теплоотдачи увеличивается примерно на порядок по сравнению с обдувом холодным воздухом оребренной поверхности.Thus, the proposed design of the spiral machine allows to increase the cooling efficiency of the elements of the spiral machine, to increase reliability and durability by using a more efficient cooling method, which consists in the formation of powerful vortices on the heat transfer surface, leading to the destruction of the boundary layer and an increase in the heat transfer coefficient at rather low costs ( no energy is wasted on pumping the coolant through channels, air ducts, etc.), while increasing the heat transfer coefficient It is approximately an order of magnitude compared with the cooling of finned air with cold air.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004114531/06A RU2287720C2 (en) | 2004-05-12 | 2004-05-12 | Spiral machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004114531/06A RU2287720C2 (en) | 2004-05-12 | 2004-05-12 | Spiral machine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004114531A RU2004114531A (en) | 2005-10-27 |
RU2287720C2 true RU2287720C2 (en) | 2006-11-20 |
Family
ID=35863886
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004114531/06A RU2287720C2 (en) | 2004-05-12 | 2004-05-12 | Spiral machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2287720C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2672987C2 (en) * | 2017-06-13 | 2018-11-21 | Борис Георгиевич Нехорошев | Single-step rotary-piston compressor |
-
2004
- 2004-05-12 RU RU2004114531/06A patent/RU2287720C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2672987C2 (en) * | 2017-06-13 | 2018-11-21 | Борис Георгиевич Нехорошев | Single-step rotary-piston compressor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004114531A (en) | 2005-10-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8177534B2 (en) | Scroll-type fluid displacement apparatus with improved cooling system | |
CN1079500C (en) | Eddy air compressor | |
US5466134A (en) | Scroll compressor having idler cranks and strengthening and heat dissipating ribs | |
JPS58197493A (en) | Blade type compressor | |
CN201568303U (en) | Symmetrical balance type synchronous rotating compression machine | |
US20020157636A1 (en) | Two-dimensional positive rotary displacement engine | |
US5636523A (en) | Liquid ring compressor/turbine and air conditioning systems utilizing same | |
CN1163670C (en) | Volumetric liquid machinery | |
KR100321687B1 (en) | Fluid pump | |
RU2287720C2 (en) | Spiral machine | |
RU2343317C2 (en) | Spiral machine | |
RU63001U1 (en) | SPIRAL MACHINE | |
CN1877125A (en) | Fluid conveying machine employing elliptic rotation and compression principle | |
CN211370720U (en) | Roller compressor, pump and motor | |
CN207454258U (en) | A kind of air compressor of monodentate engagement positive displacement structure | |
CN100412373C (en) | Rotation type compressor | |
CN1124415C (en) | Displacement type fluid machine | |
RU2267652C2 (en) | Spiral machine | |
CN217327671U (en) | Oil-free scroll compressor and automobile air damper | |
WO2023279643A1 (en) | Rotor, rotor cooling structure, motor, and compressor | |
Yap | Design evolution: from rolling piston to revolving vane to cross-vane expander-compressor unit | |
RU2817259C1 (en) | Rotary vane supercharger | |
IL103824A (en) | Liquid ring compressor/turbine and air conditioning systems utilizing same | |
JP2006502347A (en) | Rotary positive displacement device with swivel piston | |
RU38489U1 (en) | SPIRAL MACHINE |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140513 |