Безмасляная спиральная машина
Владельцы патента RU 2565344:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КНИТУ") (RU)
Открытое акционерное общество "Вакууммаш" (ОАО "Вакууммаш") (RU)
Изобретение относится к области вакуумного машиностроения и компрессоростроения и может быть использовано в спиральных вакуумных насосах, воздушных и холодильных компрессорных машинах. Безмасляная спиральная машина содержит установленные на вращающемся валу подвижный спиральный элемент с двумя эвольвентными спиралями и пару неподвижных спиральных элементов. На торцевой поверхности каждой спирали имеется прямоугольная канавка с уплотнителем, огибающая вал и концевой участок спирали подвижного элемента. Концевой участок спирали каждого неподвижного элемента образован дугами двух касающихся окружностей таким образом, что его толщина больше, чем толщина остальной части спирали. Канавка с уплотнителем расположена вдоль внешней границы торцевой поверхности спирали. Выхлопное отверстие выполнено внутри утолщенного концевого участка спирали неподвижного элемента таким образом, что уплотнитель подвижного элемента при его движении не пересекает отверстие выхлопа. В эвольвентной расточке подвижного элемента над выхлопным отверстием расположено сквозное отверстие так, что при движении подвижного элемента уплотнитель неподвижного элемента не пересекает его. Изобретение направлено на увеличение срока службы подшипникового узла за счет обеспечения его герметичности и уменьшение износа уплотнителя. 6 ил.
Изобретение относится к области вакуумного машиностроения и компрессоростроения и может быть использовано в спиральных вакуумных насосах, воздушных и холодильных компрессорных машинах.
Известен спиральный компрессор, содержащий пару неподвижных спиральных элементов с выступающими из них спиралями, с отверстием всасывания на периферии в одном из них и выхлопным отверстием ближе к центру и подвижный спиральный элемент с выступающими с обеих сторон спиралями, совершающий орбитальное движение. В сборе спиральные элементы образуют рабочие камеры. Воздух всасывается через отверстие всасывания, попадает в рабочие камеры, которые по мере движения к центру уменьшают свой объем и выпускается через выхлопное отверстие в центре. Вал, приводящий в движение подвижную спираль, проходит насквозь через подвижный спиральный элемент (патент DE 3538522, F01C 17/06, F04C 18/02, 1986).
Известна спиральная машина с двухсторонним подвижным спиральным элементом, в которой вал проходит через концевой участок подвижного спирального элемента (патент US 5145344, F01C 1/02, F01C 19/08, 1992).
Недостатком известных конструкций является негерметичность подшипниковых узлов, через которые проходит вал. Это приводит к их повышенному износу из-за загрязнения смазывающих материалов конденсатом, образующимся в процессе сжатия или частицами пыли от износа торцевых уплотнителей.
Данный недостаток может быть устранен, например, за счет добавления уплотняющих элементов.
Известна безмасляная спиральная машина, содержащая установленные на вращающемся валу подвижный спиральный элемент с двумя эвольвентными спиралями, выступающими по разные стороны из основания перпендикулярно ему, образующими с каждой из сторон эвольвентную расточку, и выполненный с возможностью орбитального движения; пару неподвижных спиральных элементов, каждый из которых имеет спираль, выступающую из основания и сопряженную с соответствующей спиралью подвижного спирального элемента, причем эвольвентные расточки подвижного спирального элемента в сборе со спиралями неподвижных спиральных элементов образуют рабочие камеры; в концевом участке спирали подвижного спирального элемента выполнено сквозное отверстие, в основании одного из неподвижных спиральных элементов выполнено выхлопное отверстие, которое соединяется со сквозным отверстием при помощи канала; на торцевой поверхности эвольвентных спиралей подвижного и неподвижных спиральных элементов имеется прямоугольная канавка с уплотнителем, огибающая вал и концевой участок спирали подвижного спирального элемента (патент US №5258046, F01C 19/08, F01С 1/02, 1993).
Последнее изобретение выбрано в качестве прототипа.
Основным недостатком данной конструкции является повышенный износ подшипника и уплотнителя.
Задачей изобретения является увеличение срока службы подшипникового узла и уменьшение износа уплотнителя.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в безмасляной спиральной машине, содержащей установленные на вращающемся валу подвижный спиральный элемент с двумя эвольвентными спиралями, выступающими по разные стороны из основания перпендикулярно ему, образующими с каждой из сторон эвольвентную расточку, и выполненный с возможностью орбитального движения;
пару неподвижных спиральных элементов, каждый из которых имеет спираль, выступающую из основания и сопряженную с соответствующей спиралью подвижного спирального элемента, эвольвентные расточки подвижного спирального элемента в сборе со спиралями неподвижных спиральных элементов образуют рабочие камеры;
в одном из неподвижных спиральных элементов выполнено выхлопное отверстие, в подвижном спиральном элементе выполнено сквозное отверстие, соединяющее одну из эвольвентных расточек с выхлопным отверстием;
на торцевой поверхности каждой спирали имеется прямоугольная канавка с уплотнителем, огибающая вал и концевой участок спирали подвижного спирального элемента,
согласно изобретению концевой участок каждой спирали образован дугами двух касающихся окружностей таким образом, что его толщина в 1,5÷2 раза больше, чем толщина остальной части спирали, при этом канавка с уплотнителем расположена вдоль внешней границы торцевой поверхности спирали;
выхлопное отверстие выполнено внутри утолщенного концевого участка спирали неподвижного спирального элемента таким образом, что уплотнитель подвижного спирального элемента при его движении не пересекает отверстие выхлопа;
сквозное отверстие расположено в эвольвентной расточке подвижного спирального элемента так, что при движении спирального элемента уплотнитель неподвижного спирального элемента не пересекает его.
Решение задачи обеспечивает увеличение срока службы подшипникого узла и снижение износа уплотнителя.
Изобретение поясняется следующими чертежами:
на фиг. 1 представлена схема предлагаемой спиральной машины;
на фиг. 2 показаны взаимные положения подвижного и неподвижного спиральных элементов и расположение выхлопного и сквозного отверстий в прототипе, где 1 - вал, 3 - спираль подвижного спирального элемента, 4 - эвольвентная расточка, 7 - спираль неподвижного спирального элемента, 8 - рабочие камеры, 9 - выхлопное отверстие, 10 - сквозное отверстие, 11 - уплотнитель, K - канал, соединяющий рабочие камеры со сквозным отверстием;
на фиг. 3 показано сечение А-А прототипа;
на фиг. 4 показаны взаимные положения подвижного и неподвижного спиральных элементов и расположение выхлопного и сквозного отверстий в предлагаемой спиральной машине, где 1 - вал, 3 - спираль подвижного спирального элемента, 4 - эвольвентная расточка, 7 - спираль неподвижного спирального элемента, 8 - рабочие камеры, 9 - выхлопное отверстие, 10 - сквозное отверстие, 11 - уплотнитель;
на фиг. 5 показано построение концевых участков подвижного и неподвижного спиральных элементов, выхлопного и сквозного отверстий в предлагаемой машине при расположении спиральных элементов без смещения;
на фиг. 6 показано сечение А-А предлагаемой спиральной машины.
Предлагаемая безмасляная спиральная машина содержит установленные на вращающемся валу 1 подвижный спиральный элемент 2 с двумя эвольвентными спиралями 3, выступающими по разные стороны из основания перпендикулярно ему и образующими с каждой из сторон эвольвентную расточку 4, пару неподвижных спиральных элементов 5 и 6, каждый из которых имеет спираль 7, выступающую из основания и сопряженную с соответствующей спиралью подвижного спирального элемента. Эвольвентные расточки 4 подвижного спирального элемента 2 в сборе со спиралями 7 неподвижных спиральных элементов 5 и 6 образуют рабочие камеры 8. Концевой участок каждой спирали имеет толщину в 1,5÷2 раза больше, чем толщина остальной части спирали. Внутри утолщенного концевого участка спирали 7 неподвижного спирального элемента 5 выполнено выхлопное отверстие 9, в подвижном спиральном элементе 2 выполнено сквозное отверстие 10, соединяющее одну из эвольвентных расточек 4 с выхлопным отверстием 9. На торцевой поверхности каждой спирали имеется уплотнитель 11, размещенный в прямоугольной канавке 12, причем канавка с уплотнителем расположенная вдоль внешней границы торцевой поверхности спирали.
В одной из частей корпуса со стороны подвижного спирального элемента 2 установлено противоповоротное устройство 13 для предотвращения поворота подвижного спирального элемента 2 относительно его геометрической оси. В верхней части корпуса расположен всасывающий патрубок 14.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Основным недостатком прототипа является повышенный износ подшипника и уплотнителя, это связано с тем, что в прототипе спирали спиральных элементов имеют одинаковую толщину по всей длине (фиг. 2). Сквозное отверстие 10 размещено в концевом участке подвижной спирали 3 и соединено с рабочей камерой каналом К. Выхлопное отверстие 9 выполнено в основании одного из неподвижных спиральных элементов 5. Между поверхностью основания неподвижного спирального элемента 5 и торцом спирали подвижного спирального элемента 3 существует зазор, перетекания через который предотвращаются уплотнителем 11. При движении подвижного спирального элемента 2 существуют положения, в которых уплотнитель 11 находится над выхлопным отверстием 9 (фиг. 3). В момент, когда уплотнитель 11 на подвижном спиральном элементе 2 выходит из контакта с поверхностью основания неподвижного спирального элемента 5 газ начинает проникать в подшипниковый узел через торцевой зазор (показано стрелкой). Это приводит к нарушению герметичности подшипникового узла и перетечкам откачиваемого газа в полость подшипника. Откачиваемый газ может иметь агрессивные свойства по отношению к материалу подшипника или содержать конденсат, ухудшающий свойства смазывающего материала подшипника, что приведет к сокращению срока его службы. Также при работе машины уплотнитель 11, проходя над выхлопным отверстием 9, задевает кромки отверстия, что ведет к усилению износа части уплотнителя.
В предлагаемой спиральной машине концевой участок спирали спирального элемента образован дугами ВС и CD (для неподвижного) В′С′ и C′D′ (для подвижного) касающихся окружностей таким образом, что он имеет в 1,5÷2 раза большую толщину, чем остальная часть спирали (фиг. 4 и 5), при этом канавка с уплотнителем расположена вдоль внешней стенки спирали. Это дает возможность разместить внутри свободного от уплотнителя утолщенного концевого участка спирали 7 неподвижного спирального элемента 5 выхлопное отверстие 9 с ближайшей к валу стороны, причем размер и форма выхлопного отверстия должны обеспечивать, с одной стороны, максимальную площадь поперечного сечения, а с другой - отсутствие прохождения уплотнителя подвижной спирали над выхлопным отверстием при движении подвижного спирального элемента.
При толщине концевого участка меньше, чем в 1,5 раза от толщины остальной спирали образованного пространства будет недостаточно для размещения выхлопного отверстия, при толщине концевого участка больше, чем в 2 раза от толщины остальной спирали будет снижаться продолжительность сжатия, а следовательно, и количество одновременно существующих отсеченных объемов, что приведет к увеличению обратных перетеканий и повышению остаточного давления.
В эвольвентной расточке 4 подвижного спирального элемента над выхлопным отверстием 9 неподвижного спирального элемента расположено сквозное отверстие 10 так, что при движении подвижного спирального элемента уплотнитель 11 неподвижного спирального элемента не проходит над сквозным отверстием 10, при этом размер и форма сквозного отверстия должны обеспечить максимальную площадь поперечного сечения (фиг. 4).
В предлагаемой спиральной машине, в отличие от прототипа, при любом положении подвижного спирального элемента относительно неподвижного уплотнитель не проходит над выхлопным или сквозным отверстием (фиг. 6). За счет чего газ перемещается только между рабочими камерами насоса и выхлопным отверстием (показано стрелкой) и не попадает в полость подшипникового узла. Подшипниковый узел остается герметичным, что препятствует его загрязнению и повышает срок службы. За счет исключения прохождения уплотнителя над выхлопным отверстием снижается износ уплотнителя, вызываемый его соприкосновением с кромками отверстия.
Спиральная машина работает следующим образом. Всасывание осуществляется через всасывающий патрубок 14. При орбитальном движении подвижного спирального элемента 2 относительно неподвижных спиральных элементов 5 и 6 между спиралями 3 и 7 образуются две рабочие камеры 8. Сжатие и перемещение газа со стороны всасывания в сторону нагнетания происходит благодаря уменьшению объемов рабочих камер. В определенный момент происходит объединение рабочих камер друг с другом и вытеснение сжимаемой среды через выхлопное отверстие 9. Причем перепуск газа в выхлопное отверстие из рабочей камеры, непосредственно не соединенной с ним, осуществляется через сквозное отверстие 10.
Таким образом, конструкция предложенной безмасляной спиральной машины позволяет увеличить срок службы подшипникового узла и уменьшить износ уплотнителя.
Безмасляная спиральная машина, содержащая установленные на вращающемся валу подвижный спиральный элемент с двумя эвольвентными спиралями, выступающими по разные стороны из основания перпендикулярно ему, образующими с каждой из сторон эвольвентную расточку, и выполненный с возможностью орбитального движения; пару неподвижных спиральных элементов, каждый из которых имеет спираль, выступающую из основания и сопряженную с соответствующей спиралью подвижного спирального элемента, эвольвентные расточки подвижного спирального элемента в сборе со спиралями неподвижных спиральных элементов образуют рабочие камеры;
в одном из неподвижных спиральных элементов выполнено выхлопное отверстие, в подвижном спиральном элементе выполнено сквозное отверстие, соединяющее одну из эвольвентных расточек с выхлопным отверстием;
на торцевой поверхности каждой спирали имеется прямоугольная канавка с уплотнителем, огибающая вал и концевой участок спирали подвижного спирального элемента,
отличающаяся тем, что концевой участок каждой спирали образован дугами двух касающихся окружностей таким образом, что его толщина в 1,5 - 2 раза больше, чем толщина остальной части спирали, при этом канавка с уплотнителем расположена вдоль внешней границы торцевой поверхности спирали;
выхлопное отверстие выполнено внутри утолщенного концевого участка спирали неподвижного спирального элемента таким образом, что уплотнитель подвижного спирального элемента при его движении не пересекает выхлопное отверстие;
сквозное отверстие расположено в эвольвентной расточке подвижного спирального элемента так, что при движении спирального элемента уплотнитель неподвижного спирального элемента не пересекает его.
