Двоступеневий компресор

Реферат: UA 114864 U UA 114864 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Технічне рішення належить до галузі машинобудування і може бути використане в одно- та багатоступеневих поршневих компресорах, у тому числі, які застосовуються в автомобільних газонаповнювальних станціях для стиснення природного, попутного або інших вибухонебезпечних газів, а також в холодильній техніці та як пневматичний двигун. Відомий поршневий компресор, що складається з картера, колінчастого вала, шатуннопоршневої групи, блоків циліндрів з клапанами нагнітання та всмоктування, системи циркуляції та автоматичного підтримання рівня мастила, сальника, розташованого у мастильній кишені на боці виходу вала до двигуна, колінчастий вал виконаний збірним і складається з двох ексцентриків з противагами, кожний шатун посаджений на підшипник кочення, що встановлений на шатунній шийці колінчастого вала, а система циркуляції й автоматичного підтримання рівня мастила у картері виконана за допомогою бака статичного підпору мастила, що встановлений вище компресора і поплавкового регулятора рівня мастила, встановленого на зовнішньому боці компресора (патент України на винахід № 55132, "Компресор холодильний поршневий" МПК F04B 39/00, дата публікації 17.03.2003 р. Бюл. № 3). Наявність шатуна в компресорі призводить до виникнення значних бокових зусиль зі сторони поршня на стінки циліндра, що має наслідком суттєве скорочення робочого ресурсу таких компресорів та необхідність застосування складної системи змащення та циркуляції мастила. Вказаний недолік частково усувається в поршневому дворядному компресорі, який вибрано як прототип, що містить картер з розміщеним в ньому кривошипно-шатунним механізмом, який складається з колінчастого вала, шатунів і крейцкопфів, циліндри з клапанами нагнітання та всмоктування, встановлені з двох сторін картера, в передній частині яких розташовані маслознімачі, газові сальники з ущільнювальними камерами, поршні, розміщені в циліндрах і жорстко пов'язані з крейцкопфами через штоки, а маслознімачі розміщені спільно з газовими сальниками в передній частині циліндрів і між ними виконана кільцева проточка з каналом відводу аварійних витоків газу (патент України на корисну модель № 71175 "Компресор поршневий опозитний дворядний" МПК F04B 25/00, опублікований 10.07.2012 р., Бюл. № 13). Така конструкція компресора має значні габаритні розміри в напрямку осі циліндрів, має низьку продуктивність, потребує ретельного змащування крейцкопфів і, крім того, ускладнює монтаж-демонтаж під час ремонтно-профілактичних та складальних робіт. В основу корисної моделі поставлена задача зменшити розміри компресора в напрямку осі циліндрів, спростити конструкцію компресора і системи змащення та збільшити його продуктивність в два рази. Поставлена задача вирішується тим, що двоступеневий компресор, що містить щонайменше один циліндр з клапанами нагнітання та всмоктування першого ступеня, картер з розміщеним в ньому колінчастим валом, поршень, розміщений в циліндрі і жорстко пов'язаний зі штоком, маслознімач, розміщений спільно з газовими сальниками, згідно з технічним рішенням, містить центральне колесо з внутрішніми зубами, нерухомо закріплене в корпусі картера, шестірню, оснащену опорним пальцем, яка разом з центральним колесом утворює планетарну передачу, шестірня посаджена на перший підшипник, що встановлений на шатунній шийці колінчастого вала, опорний палець шарнірно з'єднаний з головкою штока через другий підшипник, у тому ж циліндрі встановлені додаткові клапани нагнітання та всмоктування другого ступеня, а шестірня одночасно контактує своїми зубами з внутрішніми зубами центрального колеса щонайменше в трьох точках, що утворюють криволінійний контактний шлях. Крім того, згідно з технічним рішенням, як перший та другий підшипники застосовані голчасті підшипники. Технічне рішення пояснюється фігурами 1, 2, 3, 4, 5 де на фіг. 1 подано розріз загального вигляду компресора в першому положенні його складових; на фіг. 2 показано вигляд А-А фіг. 1; на фіг. 3 показано розташування основних вузлів компресора в другому робочому положенні; на фіг. 4 - профіль зубів при багатопарному зачепленні шестірні з центральним колесом; на фіг. 5 показана конструкція багатоступеневого компресора при опозитному розташуванні двох циліндрів в горизонтальній площині. На фігурах 1 та 2 поршневий компресор містить щонайменше один циліндр 1 з клапанами нагнітання 2 та всмоктування 3 першого ступеня, картер 4 з розміщеним в ньому колінчастим валом 5, балансиром 6, поршень 7, розміщений в циліндрі 1 і жорстко пов'язаний зі штоком 8, маслознімач 9, розміщений спільно з газовими сальниками 10, центральне колесо 11 з внутрішніми зубами 12 нерухомо закріплене в корпусі картера 4, шестірню 13, оснащену опорним пальцем 14, яка разом з центральним колесом 11 утворює планетарну передачу (11, 1 UA 114864 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 13), шестірня 13 посаджена на перший підшипник 15, встановлений на шатунній шийці 16 колінчастого вала 5, опорний палець 14 шарнірно з'єднаний з головкою 17 штока 8 через другий підшипник 18, у тому ж циліндрі 1 встановлені додаткові клапани нагнітання 19 та всмоктування 20 другого ступеня, а шестірня 13 одночасно контактує своїми зубами 21 з внутрішніми зубами 12 центрального колеса 11 щонайменше в трьох точках 22, 23, 24, що утворюють криволінійний контактний шлях 25. В переважному варіанті виконання компресора як перший 15 та другий 18 підшипники застосовані голчасті підшипники. Поршень 7 розділяє циліндр 1 на дві частини і утворює робочий об'єм 26 першого ступеня компресора та робочий об'єм 27 другого ступеня компресора. Нижня частина компресора містить незначну кількість мастила 28 на дні картера 4. Опорний палець 14 нерухомо прикріплений до шестірні 13 за допомогою щонайменше двох шпильок 29. Компресор працює наступним чином. При обертанні колінчастого вала 5, 6 зовнішнім рушієм (електродвигуном тощо - на фігурах не показаний) шестірня 13 обертається в першому підшипнику кочення 15 навколо шатунної шийки 16 і одночасно оббігає по колу центральне колесо 11 у відповідності до функціонування типової планетарної передачі. При цьому шестірня 13 виконує функції сателіта планетарної передачі 11,13 де в зачеплення входить не менше трьох пар зубів 12, 21 як це показано на фіг.4, а опорний палець 14 описує в площині А-А гіпоциклоїду, яка при відповідному співвідношенні числа внутрішніх зубів 12 центрального колеса 11 та зовнішніх зубів 21 шестірні 13 перетворюється в вертикальну пряму. Опорний палець 14 виконує при цьому прямолінійні зворотно-поступальні рухи у вертикальному напрямку з обертанням навколо його осі його симетрії 30, зображеної на фіг. 1. Опорний палець 14 через другий підшипник 18, головку штока 17 передає зусилля силового моменту зовнішнього рушія на поршень 7 і переміщує його в циліндрі 1 від нижньої мертвої точки (надалі НМТ) до верхньої мертвої точки (надалі ВМТ) і в зворотному напрямку за одне переміщення шестірні 13 по колу всередині центрального колеса 11. При переміщенні поршня 7 вверх, починаючи з НМТ, одночасно відкриваються всмоктувальний клапан 3 першого ступеня та нагнітальний клапан 19 другого ступеня. При цьому відповідне газове середовище засмоктується в робочий об'єм 26 першого ступеня зі вхідного трубопровода 31 та разом з цим газове середовище із робочого об'єму 27 другого ступеня витісняється через нагнітальний клапан 19 другого ступеня в накопичувальну ємність (газгольдер - на фігурах не показаний). Процес наповнення газгольдера через нагнітальній клапан 19 другого ступеня та засмоктування газового середовища в робочий об'єм 26 через клапан 3 першого ступеня триває до моменту досягнення поршнем 7 ВМТ. При цьому опорний палець 14 разом з поршнем 7 переміщуються по прямій в верхню частину картера 4 в положення ВМТ, яке показано на фіг. 3. При переміщенні поршня 7 вниз від ВМТ на фіг. 3 до НМТ на фіг. 2 всмоктувальний клапан 3 першого ступеня та нагнітальній клапан 19 другого ступеня закриваються. Натомість відкриваються нагнітальний клапан 2 першого ступеня та всмоктувальний клапан 20 другого ступеня і через останній відповідне газове середовище надходить в робочий об'єм 27 циліндра 1 із вхідного трубопроводу (на фігурах не показаний). Одночасно з цим газове середовище із робочого об'єму 26 першого ступеня через нагнітальний клапан 2 першого ступеня витісняється поршнем 7 і надходить у вихідний трубопровід 32 і далі в газгольдер. В процесі обертання вхідного вала 5 процес всмоктування і нагнітання газового середовища в робочі об'єми 26 та 27 циліндра 1 циклічно повторюється. Таким чином, за один цикл роботи копресора - при переміщенні поршня 7 вверх і вниз від НМТ до ВМТ і в зворотному напрямку - в газгольдер витісняється об'єм газу, що дорівнює подвійному робочому об'єму 26 (27) циліндра 1. При цьому шестірня 13, головка штока 17 разом з підшипником 18 періодично занурюються в мастило 28 і розбризкують його в робочому об'ємі картера 4, утворюючи мастильний туман, який змащує також підшипник 15. Маслознімач 9 не пропускає надходження мастильного туману в нижню частину газового сальника 10. Запропоноване технічне рішення дозволяє збільшити продуктивність компресора і створити чотириступеневий компресор за рахунок опозитного встановлення двох, в загальному випадку неідентичних циліндрів 1 та 33, розташованих на одній горизонтальній осі 34 (див. фіг. 5). В останньому випадку шток 35 другого опозитного поршня 36, прикріплений до спільної головки 17 і разом зі штоком 8 першого поршня 7, утворюють один конструктивний вузол. При цьому робочий об'єм 27 першого циліндра 1 може бути в два-три рази більшим від робочого об'єму 37 другого опозитного циліндра 33. Багатопарне зачеплення зубів 21 шестірні 13 з зубами 12 центрального колеса 11 на фіг. 4 забезпечує високу плавність ходу та низький рівень шуму при роботі компресора. Застосування планетарної передачі у формі центрального колеса 11 та шестірні 13 з голчатими підшипниками кочення дозволяє суттєво спростити конструкцію компресора, зменшити його розміри в напрямку розташування циліндрів та відмовитися від застосування 2 UA 114864 U крейцкопфів. Це також дозволяє суттєво спростити систему змащення вузлів компресора і збільшити його надійність та робочий ресурс багатоступеневих компресорів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 1. Двоступеневий компресор, що містить щонайменше один циліндр (1) з клапанами нагнітання (2) та всмоктування (3) першого ступеня, картер (4) з розміщеним в ньому колінчастим валом (5, 6), поршень (7), розміщений в циліндрі (1) і жорстко пов'язаний зі штоком (8), маслознімач (9), розміщений спільно з газовими сальниками (10), який відрізняється тим, що містить центральне колесо (11) з внутрішніми зубами (12), нерухомо закріплене в корпусі картера (4), шестірню (13), оснащену опорним пальцем (14), яка разом з центральним колесом (11) утворює планетарну передачу, шестірня (13) посаджена на перший підшипник (15), що встановлений на шатунній шийці (16) колінчастого вала (5, 6), опорний палець (14) шарнірно з'єднаний з головкою (17) штока (8) через другий підшипник (18), у тому ж циліндрі встановлені додаткові клапани нагнітання (19) та всмоктування (20) другого ступеня, а шестірня (13) одночасно контактує своїми зубами (21) з внутрішніми зубами (12) центрального колеса (11) щонайменше в трьох точках (22, 23, 24), що утворюють криволінійний контактний шлях (25). 2. Компресор за п. 1, який відрізняється тим, що як перший (15) та другий (18) підшипники застосовані голчасті підшипники. 3 UA 114864 U 4 UA 114864 U 5 UA 114864 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6