RU2621457C2

RU2621457C2 - Compressor

Info

Publication number: RU2621457C2
Application number: RU2014141903A
Authority: RU
Inventors: Валерий Владимирович Мишнаевский
Original assignee: Валерий Владимирович Мишнаевский
Priority date: 2014-10-17
Filing date: 2014-10-17
Publication date: 2017-06-06
Also published as: RU2014141903A

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: compressor contains a housing 1 with main and distribution rotors 2 and 3 placed therein forming a compressed gas path. The rotor 2 is made in the form of a hollow cylinder with longitudinal slits, separated by jumper links, and placed on a fixed axis 4. The rotor 3 is made in the form of a solid cylinder with longitudinal grooves. The compressor is provided with at least one additional rotor 2 with the formation of at least one additional compressed gas path. In the axis 4 of each rotor 2 there are two gas channels 8 connecting the dead space 6 with the intake air transfer zone and located at the inlet and outlet of the space 6. The number of jumper links is chosen so that there is at least one transfer zone limited by two jumper links between the suction and compression zones. The number of rotors 2 is at least one more than the number of rotors 3.

EFFECT: partially unloading bearings, reducing the amount of gas transferred by the dead space to the suction zone, reducing the heat load.

5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении компрессорного оборудования, предназначенного для нагнетания, перекачивания и вакуумирования газа, в частности в пневматических производственных и транспортных газовых системах.The invention relates to mechanical engineering and can be used in the manufacture of compressor equipment for pumping, pumping and evacuating gas, in particular in pneumatic production and transport gas systems.

Из уровня техники хорошо известны и широко применяются ротационные объемные компрессоры с одним или двумя, иногда тремя роторами, вращающимися вокруг параллельных осей. К их числу относятся пластинчатые роторные компрессоры, с катящимся ротором, водокольцевые, двухроторные и винтовые (см. Хлумский В. «Ротационные компрессоры и вакуум-насосы», Москва, «Машиностроение», 1971 г., стр. 6).Rotary volume compressors with one or two, sometimes three rotors, rotating around parallel axes are well known and widely used in the prior art. These include rotary vane compressors with a rolling rotor, liquid ring, twin-rotor and screw compressors (see V. Khlumsky, “Rotary Compressors and Vacuum Pumps”, Moscow, “Mashinostroenie”, 1971, p. 6).

Если требуемое давление нагнетания не очень велико, например до двух атмосфер, то, учитывая относительную простоту изготовления, компактность и высокую производительность, особого внимания заслуживают так называемые двухроторные компрессоры (см. Хлумский В. «Ротационные компрессоры и вакуум-насосы», Москва, «Машиностроение», 1971 г., стр. 6, 7, 64, 69, 81, 82).If the required discharge pressure is not very large, for example, up to two atmospheres, then, given the relative simplicity of manufacture, compactness and high performance, so-called two-rotor compressors deserve special attention (see V. Khlumsky “Rotary compressors and vacuum pumps”, Moscow, “ Engineering ”, 1971, p. 6, 7, 64, 69, 81, 82).

Из уровня техники известен компрессор, который является наиболее близким аналогом заявленного устройства, содержащий корпус, в котором выполнены входное и выходное отверстия, и два рабочих элемента, расположенных в корпусе, выполненных с возможностью синхронного вращения, обеспечивающего периодическое сжатие газа, первый рабочий элемент представляет собой сплошной цилиндр, на поверхности которого выполнено по меньшей мере два продольных паза, а второй рабочий элемент представляет собой полый цилиндр с симметричными продольными прорезями, образующими перемычки в количестве, равном количеству пазов первого рабочего элемента, при этом второй рабочий элемент расположен на неподвижном валу, в котором выполнен продольный вырез, конгруэнтный образующей первого рабочего элемента и обеспечивающий постоянное сопряжение первого рабочего элемента и неподвижного вала, а пазы первого рабочего элемента имеют форму, позволяющую обеспечить прием, сжатие и перенос газа при их взаимодействии с перемычками второго рабочего элемента (RU 2458251 C2, 10.08.2012).The compressor is known from the prior art, which is the closest analogue of the claimed device, comprising a casing in which inlet and outlet openings are made, and two working elements located in the casing, capable of synchronous rotation providing periodic gas compression, the first working element is a continuous cylinder, on the surface of which at least two longitudinal grooves are made, and the second working element is a hollow cylinder with symmetrical longitudinal holes zyazami, forming jumpers in an amount equal to the number of grooves of the first working element, while the second working element is located on a fixed shaft, in which a longitudinal cut is made, congruent to the generatrix of the first working element and ensuring constant coupling of the first working element and the fixed shaft, and the grooves of the first working elements have a shape that allows for the reception, compression and transfer of gas during their interaction with the jumpers of the second working element (RU 2458251 C2, 08/10/2012).

Технической задачей заявленного изобретения является устранение в значительной степени недостатков, присущих вышеуказанным газодувкам, а именно: существенные внутренние перетечки газа и связанный с этим высокий нагрев конструкции; значительные пульсации газа и постоянное воздействие давления нагнетания на роторы и подшипники; отсутствие возможности использования в схеме сжатия и нагнетания более двух роторов посредством создания принципиально новой, компактной и эффективной конструкции компрессора (газодувки).The technical task of the claimed invention is to eliminate to a large extent the disadvantages inherent in the above gas blowers, namely: significant internal gas flow and the associated high heating structure; significant gas pulsations and the constant effect of discharge pressure on the rotors and bearings; the inability to use more than two rotors in the compression and discharge circuit by creating a fundamentally new, compact and efficient compressor (gas blower) design.

Техническим результатом изобретения является частичная разгрузка подшипников вращающихся роторов, значительное уменьшение количества газа, переносимого так называемым «мертвым» пространством в зону всасывания; снижение тепловой нагрузки термодинамического характера и уменьшение в результате тепловых зазоров; кроме того за счет использования нескольких параллельно действующих роторных пар в одном корпусе снижаются вес и габариты компрессора в расчете на единицу производительности.The technical result of the invention is the partial unloading of bearings of rotating rotors, a significant reduction in the amount of gas carried by the so-called "dead" space into the suction zone; a decrease in the thermal load of a thermodynamic nature and a decrease as a result of thermal gaps; in addition, through the use of several parallel-acting rotor pairs in one housing, the weight and dimensions of the compressor per unit of productivity are reduced.

Технический результат достигается за счет создания компрессора, содержащего корпус с впускным и выпускным отверстиями, в котором размещены параллельно друг другу, с образованием компримирующего газового тракта, с возможностью синхронного вращения, обеспечивающего периодическое сжатие газа один основной и один распределительный роторы, основной ротор выполнен в виде полого цилиндра с продольными прорезями, разделенными перемычками, и размещен на неподвижной оси, распределительный ротор выполнен в виде сплошного цилиндра с продольными пазами, а также тем, что компрессор снабжен по меньшей мере одним дополнительным основным ротором с образованием по меньшей мере одного дополнительного компримирующего газового тракта, при этом в оси каждого основного ротора выполнены два газовых канала, соединяющие мертвое пространство с зоной переноса всасываемого воздуха и расположенные на входе и выходе из указанного мертвого пространства, а дополнительный компримирующий газовый тракт имеет впускное и выпускное отверстия, выполненные в корпусе и соединенные таким образом, что образуют по меньшей мере одну ступень сжатия, при этом количество перемычек выбрано таким образом, чтобы между зоной всасывания и зоной сжатия находилась по меньшей мере одна зона переноса, ограниченная двумя перемычками, а количество основных роторов по меньшей мере на один больше количества распределительных роторов.The technical result is achieved by creating a compressor containing a housing with inlet and outlet openings, which are placed parallel to each other, with the formation of a compressing gas path, with the possibility of synchronous rotation, which provides periodic gas compression of one main and one distribution rotor, the main rotor is made in the form hollow cylinder with longitudinal slots separated by jumpers, and placed on a fixed axis, the distribution rotor is made in the form of a continuous cylinder with longitudinal and grooves, as well as the fact that the compressor is equipped with at least one additional main rotor with the formation of at least one additional compressing gas path, while in the axis of each main rotor there are two gas channels connecting the dead space to the intake air transport zone and located at the entrance and exit from the specified dead space, and the additional compressing gas path has an inlet and outlet openings made in the housing and connected in such a way that at least one compression stage is formed, the number of jumpers being selected so that between the suction zone and the compression zone there is at least one transfer zone bounded by two jumpers, and the number of main rotors is at least one more than the number of distribution rotors.

В частном варианте исполнения в корпусе размещены три основных ротора, выполненных с возможностью взаимодействия с одним распределительным ротором, что обуславливает образование двух трактов, компримирующих газ.In a private embodiment, three main rotors are placed in the housing, which are configured to interact with one distribution rotor, which leads to the formation of two paths that compress the gas.

В частном варианте исполнения корпус компрессора разделен на по меньшей мере две неравные секции стенками, перпендикулярными осям роторов, одновременно на распределительном роторе выполнены проточки, а основной ротор имеет кольцевые участки, разделяющие ротор на соответствующие части, а на неподвижных осях выполнено соответствующие количество продольных вырезов, в каждой секции корпуса выполнены впускное и выпускное отверстия, при этом выходное отверстие каждой секции последовательно соединено каналом с входным отверстием последующей таким образом, что образуются по меньшей мере две ступени сжатия.In a particular embodiment, the compressor housing is divided into at least two unequal sections by walls perpendicular to the axes of the rotors, grooves are made at the same time on the distribution rotor, and the main rotor has annular sections separating the rotor into corresponding parts, and the corresponding number of longitudinal cuts are made on the fixed axes, in each section of the housing are made inlet and outlet openings, while the outlet of each section is connected in series with the channel with the inlet of the following so that at least two compression stages are formed.

В частном варианте исполнения неподвижная ось выполнена полой, с возможностью присоединение ее концов к внешней системе жидкостного охлаждения.In a particular embodiment, the fixed axis is hollow, with the possibility of attaching its ends to an external liquid cooling system.

В частном варианте исполнения пазы распределительного ротора и перемычки основного ротора выполнены цилиндрической формы.In a particular embodiment, the grooves of the distribution rotor and the lintel of the main rotor are cylindrical.

Ниже приводятся графические материалы, поясняющие варианты осуществления изобретения.The following are graphic materials explaining embodiments of the invention.

На фиг. 1 показано поперечное сечение трехроторного компрессора удвоенной производительности с указанием позиций.In FIG. 1 shows a cross-section of a three-rotor compressor with double capacity, indicating the positions.

На фиг. 2 показано поперечное сечение четырехроторного компрессора утроенной производительности.In FIG. 2 shows a cross-section of a four-rotor compressor tripled capacity.

Компрессор, как показано на фиг. 1, содержит корпус 1 с внутренней расточкой трех параллельных сквозных цилиндрических колодцев, в которых размещены два одинаково выполненных основных ротора 2 и один, расположенный между ними в одной плоскости, распределительный ротор 3, причем оба основных ротора 2 расположены на двух полых неподвижных осях 4, опираются на эти оси и могут вращаться вокруг них, т.к торцевые крышки роторов оснащены подшипниками качения; а на наружных поверхностях неподвижных осей 4 выполнено по одному продольному вырезу 5 цилиндрической формы, в зоне которых неподвижные оси 4 сопрягаются с распределительным ротором 3, при этом в зонах вырезов в зазорах между стенками пазов ротора 3 и перемычками основного ротора 2 образуются полости « мертвого» пространства 6, которые соединены с зонами переноса всасываемого воздуха двумя каналами 8; в дополнении к указанному, в корпусе выполнены два впускных отверстия 9 и два выпускных отверстия 10; со стороны торцов корпус ограничен двумя плитами с гнездами под подшипники, на которые опирается распределительный вал 3, к этим же плитам с обеих сторон крепятся крышки с узлами для фиксации двух неподвижных осей; кроме того, к одной из торцевых плит крепится силовой кожух, внутри которого находится зубчатый перебор из трех шестерен, размещенных на концах роторов; при этом же кожухе смонтирован силовой привод указанной зубчатой передачи, а также герметичные выводы концов полых неподвижных осей для подключения системы жидкостного охлаждения.The compressor as shown in FIG. 1, comprises a housing 1 with an internal bore of three parallel through cylindrical wells, in which two equally made main rotors 2 and one distribution rotor 3 located between them in the same plane are placed, both main rotors 2 being located on two hollow stationary axes 4, based on these axes and can rotate around them, because the end caps of the rotors are equipped with rolling bearings; and on the outer surfaces of the fixed axles 4, one cylindrical longitudinal cutout 5 is made, in the area of which the fixed axles 4 are mated with the distribution rotor 3, while in the zones of the cutouts in the gaps between the walls of the grooves of the rotor 3 and the bridges of the main rotor 2 cavities of the “dead” are formed spaces 6 that are connected to the intake air transfer zones by two channels 8; in addition to the above, two inlets 9 and two outlets 10 are made in the housing; on the side of the ends, the housing is limited by two plates with bearing seats, on which the camshaft 3 rests, to these plates on both sides are attached covers with units for fixing two stationary axes; in addition, a power casing is attached to one of the end plates, inside of which there is a gearing of three gears located at the ends of the rotors; at the same casing, a power drive of the specified gear drive is mounted, as well as sealed leads of the ends of the hollow fixed axes for connecting the liquid cooling system.

Ниже приводится один из примеров (фиг. 1) осуществления изобретения.The following is one example (Fig. 1) of the invention.

Поступление (всасывание) сжимаемого газа происходит в результате синхронизированного вращения роторов 2 и 3, которые образуют две роторные пары, компримирующие газ параллельно. Поступающий через впускные отверстия 9 газ заполняет пространство между перемычками основного ротора 3. Без изменения давления эти полости переносят всасываемый газ в зону в зону сжатия и нагнетания. Процесс сжатия и нагнетания в представленной конструкции имеет свои особенности, а именно: порция газа, переносимая пазом распределительного ротора 3, в зоне выпускного отверстия 10 подвергается внешнему сжатия за счет энергии ранее сжатого газа, находящегося во внешней пневмосети, и нагнетаются в смеси сжатым газом, перенесенным в зону нагнетания основным ротором 2. Сжатие и нагнетание порции газа, заполняющей полость между перемычками основного ротора 2, происходит в несколько этапов - вначале, пока распределительный ротор 3 изолирует выпускное отверстие 10 от зоны сжатия, в последней происходит внутреннее сжатие газа за счет сокращения (уменьшения) объема камеры сжатия, после чего при синхронизированном вращении роторов 2 и 3 паз распределительного ротора 3 соединяет зону сжатия с выпускным отверстием 10 и начинается процесс нагнетания сжатого газа во внешнюю пневмосеть. Процесс нагнетания прекращается, как только распределительный ротор 3 перекрывает выпускное отверстие 10. По окончании нагнетания в пространстве между стенками паза и перемычкой ротора 2 остается порция газа, сжатого до давления нагнетания. Расположение выпускного отверстия 10 обуславливает возможность полезного использования энергии этой порции газа - при дальнейшем вращении (проворачивании) роторов 2 и 3 перемычка ротора 2 вдвигается в паз ротора 3, выпускное отверстие 10 остается перекрытым ротором 3, а полость паза соединяется со следующим промежутком между двумя перемычками ротора 2 и переносимая этим промежутком порция газа подвергается предварительному внешнему сжатию в результате смешивания с порцией ранее сжатого, но не поступившего во внешнюю пневмосеть газа, в результате в указанный момент давление газа устанавливается значительно ниже давления нагнетания, но выше атмосферного. При давлении, близком к указанному, происходит дальнейшее заполнение пространства между пазом, перемычкой ротора 2 и неподвижной осью 4, которое по своей сути является «мертвым» пространством. Для стравливания (понижения) давления из мертвого пространства с целью уменьшения количества газа, переносимого этим пространством в зону всасывания, используются каналы 7 и 8, отводящие газ из мертвого пространства в зону переноса всасываемого газа.The intake (absorption) of the compressible gas occurs as a result of the synchronized rotation of the rotors 2 and 3, which form two rotor pairs, compressing the gas in parallel. The gas entering through the inlet openings 9 fills the space between the jumpers of the main rotor 3. Without changing the pressure, these cavities transfer the suction gas to the zone in the compression and discharge zone. The compression and injection process in the presented design has its own characteristics, namely: a portion of the gas carried by the groove of the distribution rotor 3, in the area of the outlet 10 is subjected to external compression due to the energy of the previously compressed gas located in the external pneumatic network, and pumped into the mixture by compressed gas, transferred to the discharge zone by the main rotor 2. Compression and injection of a portion of the gas filling the cavity between the jumpers of the main rotor 2 takes place in several stages - first, while the distribution rotor 3 isolates you accelerated hole 10 from the compression zone, in the latter there is an internal gas compression due to reduction (decrease) in the volume of the compression chamber, after which, with synchronized rotation of the rotors 2 and 3, the groove of the distribution rotor 3 connects the compression zone to the outlet 10 and the process of pumping compressed gas into external pneumatic network. The injection process stops as soon as the distribution rotor 3 closes the outlet 10. Upon completion of the injection, a portion of the gas compressed to the discharge pressure remains in the space between the walls of the groove and the jumper of the rotor 2. The location of the outlet 10 makes it possible to use the energy of this portion of gas - with further rotation (turning) of the rotors 2 and 3, the jumper of the rotor 2 moves into the groove of the rotor 3, the outlet 10 remains blocked by the rotor 3, and the cavity of the groove is connected to the next gap between the two jumpers rotor 2 and a portion of the gas transferred by this gap is subjected to preliminary external compression as a result of mixing with a portion of previously compressed, but not supplied to the external pneumatic gas network, into the cut Then at the indicated moment the gas pressure is set much lower than the discharge pressure, but higher than atmospheric. At a pressure close to that indicated, further filling of the space occurs between the groove, the jumper of the rotor 2 and the fixed axis 4, which in essence is a "dead" space. To bleed (lower) the pressure from the dead space in order to reduce the amount of gas carried by this space to the suction zone, channels 7 and 8 are used, which divert the gas from the dead space to the suction gas transfer zone.

Описанный выше процесс всасывания, переноса, сжатия и нагнетания газа протекает как удвоенный по причине наличия двух роторных пар, причем за каждый оборот основного ротора 2 он повторяется столько раз, сколько перемычек содержит ротор 2.The above process of absorption, transfer, compression and injection of gas proceeds as doubled due to the presence of two rotor pairs, and for each revolution of the main rotor 2 it is repeated as many times as the jumpers contain rotor 2.

В рассмотренном варианте за время одного оборота основных роторов 2 в пневмосеть нагнетается восемь порций сжатого газа через равные промежутки времени, так как основные роторы 2 в своем вращении сдвинуты по фазе, что обеспечивает низкий уровень - практически отсутствие пульсации и равномерное распределение по углу поворота потребного крутящего момента. Кроме того, расположение основных роторов 2 и наличие полостей 11 в неподвижных осях 4 обеспечивают хороший теплоотвод через развитую наружную оребренную поверхность корпуса и жидкостную систему охлаждения.In the considered embodiment, during one revolution of the main rotors 2, eight portions of compressed gas are injected into the pneumatic network at regular intervals, since the main rotors 2 are phase-shifted in their rotation, which ensures a low level — practically no ripple and uniform distribution of the required torque moment. In addition, the location of the main rotors 2 and the presence of cavities 11 in the fixed axles 4 provide good heat dissipation through the developed outer fin surface of the housing and the liquid cooling system.

Согласно варианту изобретения, показанному на фиг. 2, при сохранении одного распределительного ротора 3 может быть увеличено число основных роторов 2, что при незначительном увеличении габаритов конструкции позволяет повысить производительность в полтора, два и более раз.According to the embodiment of the invention shown in FIG. 2, while maintaining one distribution rotor 3, the number of main rotors 2 can be increased, which, with a slight increase in the dimensions of the structure, can increase productivity by a factor of one, two, or more.

В данном случае использованы три основных ротора 2, взаимодействующих с одним распределительным и сдвинутым по углу на 120° процесс сжатия и нагнетания газа по своей сути остается тем же, что и описанный выше. Отличие состоит в том, что сдвиг по фазе при вращении основных роторов 2 отсутствует, в связи с чем все три роторные пары одномоментно выталкивают во внешнюю пневмосеть три одинаковые порции сжатого газа. При таком одноступенчатом режиме работы компрессора разгружаются подшипники распределительного вала 3, так как возникающие при сжатии газа силы компенсируют воздействие друг друга.In this case, we used three main rotors 2, which interact with one gas distribution and angle-shifted by 120 ° process of gas compression and injection remains essentially the same as described above. The difference is that there is no phase shift during rotation of the main rotors 2, and therefore all three rotor pairs simultaneously push three identical portions of compressed gas into the external pneumatic network. With this single-stage compressor operation, the bearings of the camshaft 3 are unloaded, since the forces arising from the compression of the gas cancel each other out.

Процесс сжатия может быть выполнен в несколько ступеней, например двухступенчатое сжатие, когда газ, сжатый двумя роторными парами, направляется на вход третьей пары, которая используется как дожимная ступень.The compression process can be performed in several stages, for example, two-stage compression, when the gas compressed by two rotor pairs is directed to the input of the third pair, which is used as a booster stage.

Компрессор по любому из указанных вариантов может быть выполнен многоступенчатым путем разделения по длине корпуса и неподвижной оси на две и более части стенками перпендикулярными осям роторов, а сами распределительные роторы должны быть разделены по длине на соответствующие части проточками, основной ротор - дополнительными кольцевыми участками.The compressor according to any of the above options can be multistage by dividing along the length of the housing and the fixed axis into two or more parts by walls perpendicular to the axes of the rotors, and the distribution rotors themselves must be divided along the length into corresponding parts by grooves, the main rotor - by additional annular sections.

Компрессор может также работать в режиме вакуум-насоса, т.е выполнен с возможностью вакуумирования газа без изменения принципа работы и существенных конструктивных изменений.The compressor can also operate in a vacuum pump mode, i.e. it is made with the possibility of evacuating the gas without changing the principle of operation and significant structural changes.

Claims

1. A compressor comprising a housing with inlet and outlet openings, in which are arranged parallel to each other, with the formation of a compressing gas path, with the possibility of synchronous rotation, providing periodic gas compression, one main and one distribution rotors, the main rotor is made in the form of a hollow cylinder with longitudinal slots separated by jumpers, and placed on a fixed axis, the distribution rotor is made in the form of a continuous cylinder with longitudinal grooves, characterized in that it is equipped with less at least one additional main rotor with the formation of at least one additional compressing gas path, while in the axis of each main rotor there are two gas channels connecting the dead space to the intake air transfer zone and located at the inlet and outlet of the specified dead space, and an additional compressing the gas path has an inlet and outlet openings made in the housing and connected in such a way that they form at least one compression stage, while lichestvo webs is selected so that between the suction region and a compression ratio was at least one transfer zone, bounded by two webs and the amount of the main rotor is at least one more than the number of distribution rotors.

2. The compressor according to claim 1, characterized in that three main rotors are placed in the housing, configured to interact with one distribution rotor, which leads to the formation of two paths that compress the gas.

3. The compressor according to claim 1, characterized in that the compressor casing is divided into at least two unequal sections by walls perpendicular to the axes of the rotors, grooves are made at the same time on the distribution rotor, and the main rotor has annular sections dividing the rotor into respective parts, and the fixed axes have a corresponding number of longitudinal cuts, in each section of the housing there are inlet and outlet openings, and the outlet of each section is connected in series to the inlet by a channel m subsequent so formed that at least two compression stages.

4. The compressor according to claim 1, characterized in that the fixed axis is hollow, with the possibility of attaching its ends to an external liquid cooling system.

5. The compressor according to claim 1, characterized in that the grooves of the distribution rotor and the lintel of the main rotor are cylindrical in shape.