ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к системе уплотнений воздушных и холодильных роторно- поршневых компрессоров, а также тепловых и вакуумных роторно-поршневых насосов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из уровня техники известен роторно-поршневой компрессор, содержащий эпитрохоидный корпус с передней и задней боковыми крышками и ротор, расположенный на эксцентриковом валу. В роторе установлены уплотнительные цилиндрики (сухари), радиальные и торцевые уплотнительные планки, поджимаемые к рабочим поверхностям боковых крышек экспандерами (пластинчатыми пружинами) и обеспечивающие герметизацию рабочих камер переменного объема, образованных корпусом, боковыми крышками и ротором (RU 2535307 С2, опубл. 10.12.2014).

Недостатком данного устройства является выполнение в нем системы уплотнения. Торцевые уплотнительные планки и цилиндрические сухари системы уплотнения, выполнены отдельными разъединенными деталями, а прижатие уплотнительных элементов осуществляется экспандерами, которые также выполнены отдельными разъединенными деталями из металла. Выполнение разъединенных уплотнителей и разъединенных экспандеров приводит к снижению эффективности работы уплотнений и экспандеров, создает сложность и трудоемкость точной их сборки, снижает герметичность рабочих камер, ухудшает показатели компрессора по перепуску и газодинамическому процессу в целом.

Известна система уплотнения роторно-поршневого двигателя, состоящая из элементов радиального уплотнения, подпружиненных к рабочей поверхности корпуса, и элементов торцевого уплотнения, подпружиненных к боковым крышкам (RU 2338071 С1 , опубл. 10.11.2008).

Недостатком является, то что торцевые уплотнительные планки и цилиндрики (сухари) системы уплотнения выполнены отдельными разъединенными деталями, что снижает эффективность работы торцевых уплотнений за счет перепуска между торцевой планкой и сухариком, что ухудшает показатели герметичности системы торцевого уплотнения ротора компрессора, что приводит перепуску и газодинамическому процессу в целом. При этом прижатие уплотнительных элементов осуществляется экспандерами, которые также выполнены разъединенными, требуют сложной и трудоемкой точной сборки, не имеют фиксации в пазах ротора и при разборе ротора могут выпасть и потеряться, что в процессе обслуживания доставляет различные сложности. Также из уровня техники известна система уплотнения роторно-поршневого компрессора, содержащая выполненные в пазах ротора радиальные и торцевые уплотнительные планки, взаимодействующие с цилиндриками (сухарями), поджимаемые к рабочим поверхностям экспандерами (Wrede, F. and Kruse, Н., "Recent Status of Trochoidal Type Compressors for Heat Pumps in Germany" (1986). International Compressor Engineering Conference. Paper 530, http://docs.lib.purdue.edu/icec/530).

Недостатком является, то что торцевые уплотнительные планки и цилиндрические сухари системы уплотнения выполнены разъединенными. Во время работы роторно- поршневой машины при вращении ротора, за счет центробежных сил и сил трения между сухарями и торцевыми планками образуется зазор, что приводит к утечке газа через раскрывающийся зазор у лидирующей вершины ротора, также образуется реактивная сила, которая поднимает конец торцевой планки, что приводит к утечке газа через зазор по внутренней поверхности канавки ротора. При этом прижатие уплотнительных элементов осуществляется экспандерами, которые также выполнены разъединенными, требуют сложной и трудоемкой точной сборки, не имеют фиксации в пазах ротора и при разборе ротора могут выпасть и потеряться, что в процессе обслуживания доставляет различные сложности. Выполнение разъединенных уплотнителей и разъединенных экспандеров приводит к снижению эффективности работы уплотнений и экспандеров, создает сложность и трудоемкость точной их сборки, снижает герметичность рабочих камер, ухудшает показатели компрессора по перепуску и газодинамическому процессу в целом.

Заявленное изобретение устраняет вышеуказанные недостатки.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технической задачей, которую решает предлагаемое техническое решение, является создание надежной системы уплотнения для роторно-поршневого компрессора, с повышенной эффективностью работы, не требующей сложных и трудоемких операций по сборке и обслуживанию, улучшающей показатели компрессора по герметичности и газодинамическому процессу в целом.

Технический результат заключается в повышении эффективности работы системы уплотнения и компрессора в целом, упрощении изготовления системы, упрощении и снижении трудоемкости при сборке и обслуживании системы, повышении герметичности рабочих камер, повышении надежности и долговечности системы, улучшении показателей компрессора по перепуску и газодинамическому процессу в целом.

Технический результат достигается за счет того, что система уплотнения роторно- поршневого компрессора содержит выполненные в пазах ротора, радиальные и торцевые уплотнительные планки, поджимаемые к рабочим поверхностям экспандерами и взаимодействующие с уплотнительными цилиндриками, при этом радиальные и торцевые уплотнительные планки выполнены из антифрикционного композитного материала, причем каждый из уплотнительных цилиндриков выполнен заодно с одним из концов одной торцевой уплотнительной планки.

Система уплотнения роторно-поршневого компрессора содержит выполненные в пазах ротора, радиальные и торцевые уплотнительные планки, поджимаемые к рабочим поверхностям экспандерами и взаимодействующие с уплотнительными цилиндриками, при этом радиальные и торцевые уплотнительные планки выполнены из антифрикционного композитного материала, причем каждый экспандер под уплотнительный цилиндрик выполнен заодно с одним из концов одного экспандера под торцевую уплотнительную планку, а также заодно с одним из концов одного экспандера под радиальную уплотнительную планку.

Каждый экспандер под радиальную уплотнительную планку выполнен ортогонально экспандеру под торцевую уплотнительную планку и имеет паз.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1. Система уплотнения роторно-поршневого компрессора в разборе (аналог);

Фиг.2. Система уплотнения роторно-поршневого компрессора заявленного изобретения в разборе;

Фиг.З. Торцевые уплотнительные планки, выполненные разъединено с уплотнительными цилиндриками (аналог);

Фиг.4. Торцевые уплотнительные планки заявленного изобретения, выполненные заодно с уплотнительными цилиндриками;

Фиг.5. Схематичное изображение утечек газа в процессе работы торцевой уплотнительной планки, выполненной разъединено с уплотнительным цилиндриком (аналог);

Фиг.5а. Схематичное изображение отсутствия утечек газа в процессе работы торцевой уплотнительной планки, выполненной заодно с уплотнительным цилиндриком;

Фиг.6. Элементы экспандеров, выполненные разъединено (аналог);

Фиг.7. Элементы экспандеров заявленного изобретения, выполненные заодно в сборе, общий вид;

Фиг.8. Элементы экспандеров заявленного изобретения, выполненные заодно в сборе, вид сбоку;

Фиг.9. Элементы уплотнителей и экспандеров заявленного изобретения, выполненные заодно в сборе, общий вид;

Фиг.10. Экспандеры под радиальные уплотнительные планки заявленного изобретения, выполненные с пазом; Фиг.11. Экспандеры под радиальные уплотнительные планки заявленного изобретения, соединенные внахлест.

На фигурах цифрами обозначены следующие элементы:

1 - радиальная уплотнительная планка;

2 - торцевая уплотнительная планка;

3 - уплотнительный цилиндрик;

4 - экспандер под торцевую уплотнительную планку;

5 - экспандер под уплотнительный цилиндрик;

6 - экспандер под радиальную уплотнительную планку;

7 - паз, выполненный в экспандере под радиальную уплотнительную планку;

8 - направление реактивной силы, поднимающей конец уплотнительной планки;

9 - направление утечки газа через зазор у внутренней поверхности паза ротора;

10 - направление утечки газа под уплотнение;

11 - направление утечки газа в паз через его внешнюю поверхность;

12 - внешняя поверхность паза ротора;

13 - внутренняя поверхность паза ротора;

14 - направление утечки газа через раскрывающийся зазор у лидирующей вершины ротора;

15 - направление силы трения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Основной заявленного изобретения является то, что в отличии от известных решений, в которых уплотнительные элементы ротора, а также упругие элементы экспандеры, поджимающие уплотнительные элементы к рабочим поверхностям корпуса машины, выполнены отдельными деталями разъединено (фиг.1 ,3,6), уплотнительные элементы заявленного решения, а именно торцевые уплотнения в виде «планок» и цилиндрики объединены, а также экспандеры, то есть выполнены заодно целое (фиг.2,4,7,8,9).

Система уплотнения роторно-поршневого компрессора содержит, выполненные с торцевых и на вершинах ротора, в его радиальных пазах, радиальные 1 и торцевые 2 уплотнительные планки, взаимодействующие с цилиндриками 3, упругие элементы (экспандеры), расположенные под соответствующими уплотнительными планками, поджимающие уплотнительные планки к рабочим поверхностям корпуса компрессора и обеспечивающие герметизацию рабочих камер прижатием уплотнительных планок.

Каждый из уплотнительных цилиндриков 3 выполнен заодно с одним из концов (с лидирующим концом) торцевой уплотнительной планки 2 (фиг.2,4,9). Т.е. одна торцевая 2 уплотнительная планка и один уплотнительный цилиндрик 3 выполнены совмещенными в лидирующей вершине ротора и являются одной деталью. С каждой торцевой стороны ротора, в его пазах, установлено по две таких детали (фиг. 2). Такое выполнение обеспечивает легкую, надежную, не трудоемкую сборку системы, упрощает ее изготовление и обслуживание.

Радиальные 1 и торцевые 2 уплотнительные планки выполнены из антифрикционного композитного материала (например, из углепластиков/ фторполимерных композитов, углеродсодержащих и борсодержащих композитов), путем, например, горячей экструзии, прессования или литья.

На фиг.5. показаны утечки газа, происходящие у известных решений в процессе работы ротора и его торцевой уплотнительной планки, выполненной разъединено с уплотнительным цилиндриком. В процессе вращения ротора за счет центробежных сил и сил трения между уплотнительными цилиндриками и торцевыми уплотнительными планками образуется зазор, приводящий к утечке газа через образующийся у лидирующей вершины ротора зазор, а за счет реактивной силы, поднимается конец торцевой уплотнительной планки, приводящий к утечке газа через зазор по внутренней поверхности канавки ротора.

На фиг.ба показано, что за счет объединения торцевой планки 2 и уплотнительного цилиндрика 3, при воздействии центробежных сил и сил трения, за счет давления газа обеспечивается прилегание торцевой планки, исключается образование зазора между торцевой планкой и уплотнительным цилиндриком у лидирующей вершины ротора, так же отсутствует зазор по внутренней поверхности канавки, отсутствует реактивная сила ранее поднимающая конец планки и образующая самую большую утечку. Т.е. по сравнению с известными решениями, в которых закладывался зазор, компенсирующий тепловое расширение, в заявленном решении зазора у лидирующего уплотнительного цилиндрика нет, за счет чего уменьшается объем утечки и повышается эффективность работы системы уплотнения и компрессора в целом.

За счет применения антифрикционного композитного материала, дополнительно повышается эффективность работы торцевых уплотнений, достигаются лучшие показатели компрессора по перепуску и газодинамическому процессу в целом.

Прижатие уплотнительных элементов к рабочим поверхностям осуществлено экспандерами, расположенными под соответствующими уплотнительными элементами, и изготовленными из волнообразной пружинной стали, путем, например, штамповки, гибки.

Каждый экспандер 5 под уплотнительный цилиндрик 3 выполнен заодно с одним из концов одного экспандера 4 под торцевую уплотнительную планку 2, а также заодно с одним из концов одного экспандера 6 под радиальную уплотнительную планку 1 (Фиг.2,7,8,9). Т.е. экспандер 5 под уплотнительный цилиндрик 3, экспандер 4 под торцевую уплотнительную планку 2, а также экспандер 6 под радиальную уплотнительную планку 1 , соединенные заодно, представляют собой одну деталь. С каждой торцевой стороны ротора, в его пазы, устанавливаются по две таких детали. При сборке системы и установке каждой такой детали в пазы ротора, каждый экспандер 5 под уплотнительный цилиндрик и экспандер 4 под торцевую уплотнительную планку устанавливаются в торцевые пазы, а каждый экспандер 6 под радиальную уплотнительную планку 1 одновременно устанавливается в радиальный паз. При этом, при установке всех четырех деталей экспандеров, в каждом из двух радиальном пазе ротора располагаются два экспандера 6 один над другим.

Экспандеры, выполненные разъединено (как, например, у известных решений), при вращении ротора, имеют возможность смещаться (ерзать) в пазах ротора под уплотнительными элементами, что приводит к неравномерному прижатию уплотнительных элементов к рабочим поверхностям, плохой герметизации рабочих камер, преждевременному и неравномерному истиранию уплотнительных элементов (Фиг.1 ,6).

Каждый экспандер 6 под радиальную уплотнительную планку 1 выполнен ортогонально каждому экспандеру 4 под торцевую уплотнительную планку 2, и имеет паз 7 (открытый вырез), например, прямоугольный, выполненный по длинному краю и преимущественно по центру эспандера 6, предназначенный для надежной фиксации экспандеров 6 между собой (Фиг.7,8, 10,11).

При установке экспандеров в пазы ротора, экспандеры 6 под радиальную уплотнительную планку, за счет пазов, устанавливаются внахлест, тем самым сцепляются между собой и образуют надежное соединение (Фиг.11).

Такое выполнение экспандеров позволяет не только равномерно, качественно и надежно прижимать уплотнительные элементы к рабочим поверхностям, но и обеспечить легкую, не трудоемкую сборку системы, упростить ее обслуживание, повысить ее надежность и долговечность.

В отличии от аналогов, система уплотнения которых состоит из двадцати элементов, у заявленного решения система состоит из десяти элементов, что обеспечивает легкую, не трудоемкую сборку системы, упрощает ее обслуживание.

Система уплотнения роторно-поршневого компрессора работает следующим образом.

Эксцентриковый вал приводится во вращение от вала двигателя (условно не показано). От эксцентрикового вала вращение передается ротору, который совершает планетарное движение, вращаясь с валом и проворачиваясь относительно него. При вращении ротора объем рабочих камер циклически изменяется от минимального до максимального, за счет чего осуществляется рабочий процесс. При вращении ротора каждая уплотнительная планка под действием своего подпружиненного элемента (экспандера) плотно прижимается к своей рабочей поверхности. При этом, по сравнению с известными решениями, в которых уплотнительные и прижимные элементы выполнены разъединено отдельными деталями, приводящее к тому, что во время работы роторно- поршневой машины за счет центробежных сил и сил трения между уплотнительными цилиндриками и торцевыми уплотнительными планками образуется зазор, приводящий к утечке газа через раскрывающийся зазор у лидирующей вершины ротора, а за счет реактивной силы, поднимается конец торцевой уплотнительной планки, приводящий к утечке газа через зазор по внутренней поверхности канавки ротора, у заявленного решения при вращении ротора, за счет выполнения торцевой уплотнительной планки и уплотнительного цилиндрика заодно, и качественного, надежного, постоянного прижатия их к рабочим поверхностям с помощью экспандеров, элементы которых выполнены заодно, такие зазоры не образуются и соответственно утечек газа не происходит, что приводит к повышению эффективности работы системы уплотнений, повышению герметичности рабочих камер, улучшению показателей компрессора по перепуску и газодинамическому процессу в целом.