Компрессор поршневой с кулачковым рабочим механизмом

 

Изобретение относится к компрессорным машинам объемного типа. Устройство включает динамически уравновешенный механизм кулачкового компрессора с одноплоскостной схемой расположения цилиндров конструктивного исполнения узловых элементов. Кулачок выполняет одновременно функции маховика и задает закон движения поршня как на его прямом, так и на обратном ходе. Опора толкателя имеет возможность проворачиваться по оси цилиндра и производить самоустановку кулачковых роликов в канавке кулачка. Поршневой шарнир выполнен плавающим, подпружиненным и обеспечивает работу поршня без ударов и без бокового давления. Существенно уменьшает массы поршней и силу трения в паре поршень - цилиндр. 4 ил.

Изобретение относится к компрессорным машинам объемного типа.

Наиболее близким аналогом является поршневой компрессор с кулачковым рабочим механизмом, содержащий картер, размещенный в нем механизм привода, выполненный в виде вала и закрепленного на нем кулачка-маховика с торцевым пазом, имеющим замкнутую криволинейную форму, цилиндры, расположенные диаметрально противоположно, и помещенные в них поршни с толкателями, установленными в направляющие и снабженные роликами, размещенными в пазу кулачка-маховика (SU, 1142656 A, 1995).

Недостаток известного компрессора заключается в том, что его механизмы динамически неуравновешены. Это вызывает вибрацию компрессора.

Задачей изобретения является полное динамическое уравновешивание рабочего механизма, повышение его надежности, обеспечение закона движения поршней, необходимого для минимальных потерь энергии в клапанах и увеличение КПД компрессора.

Техническое решение поставленной задачи заключается в том, что кулачок-маховик состоит из двух одинаковых симметрично расположенных относительно плоскости толкателей частей, охватывающих толкатели с роликами и содержащих одинаковые профильные рабочие канавки, обеспечивающие симметричность нагружения оси роликов на толкателе; направляющая толкателя размещена в рабочем цилиндре и выполнена в виде плавающей опоры, состоящей из четырех подшипников качения и двух одинаковых корпусов, имеющих цилиндрические поверхности с общей осью в собранном состоянии, совпадающей с осью соответствующего рабочего цилиндра; толкатель соединен с поршнем с помощью плавающего подпружиненного шарнира, уменьшающего силы трения в паре цилиндр - поршень и гасящего удары при знакопеременных осевых нагрузках.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен чертеж кулачка; на фиг. 2 - чертеж опоры кулачка; на фиг. 3 - вид А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - чертеж поршневого подпружиненного шарнира.

Кулачок-маховик (фиг. 1) состоит из двух одинаковых симметрично расположенных относительно плоскости толкателей частей 1, 2, содержащих одинаковые профильные рабочие канавки 3, обеспечивающих установку толкателей 4 при сборке компрессора и жестко соединенных между собой с помощью болтов 5. При этом обеспечивается симметричность нагружения оси кулачковых роликов 6, что, в свою очередь, не создает изгибающего момента на толкателе в плоскости, перпендикулярной плоскости вращения кулачка. Фиксирование положения рабочих поверхностей одной половины относительно другой осуществляется с помощью двух штифтов 7 и шлицевого соединения с приводным валом 8. Эти элементы фиксирования первоначально используются при изготовлении профильных канавок 3 (рабочих поверхностей кулачка) на фрезерном станке с ЧПУ (высокий класс чистоты обработки профиля не требуется). Кулачок-маховик расположен внутри корпуса компрессора, при этом предусмотрена возможность регулирования его положения вдоль оси вращения вала.

Опора толкателя (фиг. 2) имеет четыре роликовых подшипника качения 9, воспринимающих попарно знакопостоянную в течение цикла нагрузку. Опора (фиг. 3) состоит из двух одинаковых корпусов 10 с цилиндрическими поверхностями, соединенных с помощью штифтов 11 и подшипниковых осей 12. Оси цилиндрических поверхностей опоры толкателя и соответствующего рабочего цилиндра совпадают. Опора может проворачиваться по оси цилиндра, обеспечивая при этом самоустановку кулачковых роликов 6 в рабочих канавках 3 кулачка в процессах сборки и работы компрессора. При сборке компрессора через опору легко проходит толкатель 4 с кулачковыми роликами 6. Расчет подшипников опоры и кулачковых подшипников по максимальным нагрузкам, которые определяются в результате динамического расчета компрессора, позволяет применить одинаковые подшипники качения, что упрощает комплектование компрессора готовыми изделиями. Применение в компрессоре подшипников качения делает необязательным использование жидкостной смазки, возможно использование консистентной смазки, что, в свою очередь, исключает загрязнение сжимаемого газа парами масел. Реактивный момент от опорных нагрузок будет замыкаться через корпус электродвигателя на вал компрессора и лишь незначительная его часть будет передаваться на фундаментные болты.

Поршневой подпружиненный шарнир, соединяющий толкатель 4 с поршнем (фиг. 4), обеспечивает перемещение шарнирного конца толкателя 4 перпендикулярно оси цилиндра. Незначительный прогиб толкателя делает задачу статически определимой. Плавающая пята 13 находится в поджатом состоянии с помощью пружинной пластины 14 во избежание ударов при изменении направления движения поршня. Применение плавающего шарнира позволяет существенно уменьшить массу поршня, а следовательно, и сил инерции первого рода, что в итоге скажется на увеличении КПД компрессора. Уменьшение силы трения в паре цилиндр - поршень, которое будет иметь место в данном случае, также желательно для компрессора, т. к. уменьшается износ стенок цилиндра и в итоге увеличивается КПД компрессора. В случае использования консистентной смазки подшипников качения в поршне необходимо устанавливать самосмазывающиеся уплотнительные кольца.

Формула изобретения

Компрессор поршневой с кулачковым рабочим механизмом, содержащий картер, размещенный в нем механизм привода, выполненный в виде вала и закрепленного на нем кулачка-маховика с торцевым пазом, имеющим замкнутую криволинейную форму, цилиндры, расположенные диаметрально противоположно, и помещенные в них поршни с толкателями, установленными в направляющие, и снабженные роликами, размещенными в пазу кулачка-маховика, отличающийся тем, что кулачок-маховик состоит из двух одинаковых симметрично расположенных относительно плоскости толкателей частей, охватывающих толкатели с роликами и содержащих одинаковые профильные рабочие канавки, обеспечивающие симметричность нагружения оси роликов на толкателе, направляющая толкателя размещена в рабочем цилиндре и выполнена в виде плавающей опоры, состоящей из четырех подшипников качения и двух одинаковых корпусов, имеющих цилиндрические поверхности с общей осью в собранном состоянии, совпадающей с осью соответствующего рабочего цилиндра, толкатель соединен с поршнем с помощью плавающего подпружиненного шарнира, уменьшающего силы трения в паре цилиндр - поршень и гасящего удары при знакопеременных осевых нагрузках.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4