Результат интеллектуальной деятельности: ВИНТОВОЙ НАГНЕТАТЕЛЬ

Изобретение относится к области энергомашиностроения, а именно к гидравлическим машинам объемного вытеснения с вращающимися рабочими органами, в частности к винтовым роторным нагнетателям.

Известны винтовые роторные нагнетали с регулированием геометрической степени сжатия внутри рабочей полости.

Из описания к патенту US 6338616, МПК⁷ F04C 18/16, приоритет от 15.01.2002 г. известен винтовой роторный компрессор с подвижным участком стенки корпуса в области, примыкающей к выпускному окну. Компрессор снабжен устройством перемещения для позиционирования подвижного участка в два положения: полностью закрытое или полностью открытое. Когда подвижный участок стенки отсоединяется от корпуса роторов, увеличивается протяженность процесса выпуска, при этом одновременно снижается геометрическая степень сжатия внутри рабочей полости.

Недостатком известного аналога является отсутствие возможности регулирования наполнения рабочей полости компрессора в процессе впуска.

Этот недостаток устранен в двигателе с компрессором, известном из описания патента US 8256403, МПК⁷ Н02K 7/18, F02B 33/00, F04D 29/56, публ. 25.05.2010 г., выбранном в качестве прототипа. Компрессор с двумя винтовыми роторами снабжен устройством регулирования, изменяющим подачу и давление воздуха на впуске в зависимости от нагрузки на двигатель. Устройство регулирования имеет по меньшей мере один подвижный элемент, перемещающийся относительно хотя бы одного из роторов для изменения объема воздуха, перемещаемого роторами и выборочно увеличивает или уменьшает объем воздуха, подаваемого во впускной коллектор двигателя. Каждый подвижный элемент устройства регулирования приводится в действие отдельным соленоидом, тем самым обеспечивая плавное регулирование подачи и давления. Указанное техническое решение принято за наиболее близкий аналог (прототип).

К недостаткам прототипа можно отнести сложность применения электропривода для отдельных подвижных заслонок устройства изменения производительности нагнетателя.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение эффективности регулирования подачи и давления воздуха на впуске двигателя внутреннего сгорания.

Технический результат: регулирование производительности нагнетателя и изменение отношения давлений внутри рабочей камеры:

p1/p2,

где:

p1 - давление в рабочей камере в момент отсоединения окна впуска,

р2 - давление в рабочей камере в момент присоединения окна выпуска.

Технический результат достигается тем, что винтовой нагнетатель, содержащий корпус, имеющий переднюю торцевую, заднюю торцевую и боковые стенки, ведущий и ведомый винтовые роторы с синхронизирующими шестернями, установленные в полости корпуса с возможностью вращения с образованием рабочих камер между винтовыми поверхностями роторов и внутренними поверхностями корпуса, окно выпуска, выполненное в передней торцевой стенке корпуса, окно впуска, выполненное в верхней части корпуса в виде сквозного коробчатого элемента со стенками, внутри которого смонтировано устройство изменения производительности нагнетателя, выполненное в виде, по меньшей мере, двух соединенных заслонок, установленных с возможностью перемещения вдоль продольной осевой линии корпуса. При этом устройство изменения производительности нагнетателя содержит узел перемещения заслонок, связанных между собой посредством гибкого соединения, с возможностью поворота заслонок относительно друг друга вокруг оси, перпендикулярной продольной осевой линии корпуса, выполненный в виде колеса, установленного с возможностью вращения с обкатыванием по заслонкам и их последовательным наматыванием на колесо, ось качения которого в основном параллельна осям поворота гибкого соединения заслонок и на котором жестко закреплены одна из крайних заслонок, размещенная преимущественно со стороны задней торцевой стенки корпуса, и тяга привода.

При этом гибкое соединение заслонок между собой может быть выполнено: в виде шарниров с качением в кинематических парах, в виде гибкой ленты, закрепленной на заслонках фиксаторами, в виде троса с промежуточными поворотными элементами и жестко закрепленными на тросе концевыми элементами. Тяга привода может быть смонтирована на оси колеса, установленном с возможностью вращения, или может быть неподвижно закреплена на шкиве, жестко присоединенном к колесу. Кроме того, привод узла перемещения заслонок может быть выполнен в виде электропривода, пневмопривода или гидропривода.

На чертежах представлено:

Фиг.1 - вид на корпус нагнетателя сверху;

Фиг.2 - вид на корпус нагнетателя со стороны передней стенки;

Фиг.3 - общий вид корпуса нагнетателя;

Фиг.4 - вид на фрагмент нагнетателя в сборе со стороны задней стенки в положении полностью открытого окна впуска;

Фиг.5 - общий вид нагнетателя в сборе;

Фиг.6 - вид на фрагмент внутренней поверхности стенок корпуса нагнетателя и заслонок, находящихся в закрытом положении со стороны днища (изнутри полости корпуса);

Фиг.7 - вариант конструкции гибкой связи заслонок, выполненной в виде шарнирного соединения с увеличенным фрагментом соединения;

Фиг.8 - вариант конструкции гибкой связи заслонок, выполненной в виде гибкой ленты с увеличенным фрагментом соединения;

Фиг.9 - вариант конструкции гибкой связи заслонок, выполненной в виде троса с поворотными элементами с увеличенным фрагментом соединения;

Фиг.10 - конструкция механической связи узла перемещения заслонок с тягой привода, выполненной в виде троса с увеличенным фрагментом соединения;

Фиг.11 - конструкция механической связи шкива колеса - узла перемещения заслонок с тросом-тягой.

Винтовой нагнетатель включает:

1. ведущий винтовой ротор

2. ведомый винтовой ротор

3. корпус нагнетателя

4. переднюю торцевую стенку

5. заднюю торцевую стенку

6. боковые стенки

7. окно впуска

8. окно выпуска

9. сквозной коробчатый элемент

10. внутреннюю поверхность корпуса

11. синхронизирующую шестерню ведущего ротора

12. синхронизирующую шестерню ведомого ротора

13. рабочую камеру

14. заслонки устройства изменения производительности

нагнетателя

15. колесо

16. ось колеса

17. гибкое соединение смежных заслонок

18. шарнирное соединение с качением в кинематических парах, образующее гибкое соединение заслонок

19. фиксаторы гибкого соединения, выполненного в виде ленты

20. поворотное звено гибкого соединения, выполненного в виде троса

21. концевые элементы

22. внутреннюю поверхность смежных заслонок

23. шкив колеса

24. тягу привода узла перемещения заслонок.

Винтовой нагнетатель содержит корпус 3, имеющий переднюю торцевую 4, заднюю торцевую 5 и боковые 6 стенки, ведущий 1 и ведомый 2 винтовые роторы с синхронизирующими шестернями, соответственно 11 и 12, установленные в полости корпуса 3 с возможностью вращения с образованием рабочей камеры 13 между винтовыми поверхностями роторов 1 и 2 и внутренними поверхностями корпуса 10. При этом ведущий винтовой ротор 1 имеет зубья, состоящие в основном из ножки зуба выпуклой формы, а ведомый винтовой ротор 2 имеет зубья, состоящие в основном из головки зуба вогнутой формы. Кроме того, винтовой нагнетатель содержит окно выпуска 8, выполненное в передней торцевой стенке 4 корпуса 3, и окно впуска 7, выполненное в верхней части корпуса 3 в виде сквозного коробчатого элемента 9 со стенками, внутри которого смонтировано устройство изменения производительности нагнетателя, выполненное в виде, по меньшей мере, двух соединенных заслонок 14, установленных с возможностью перемещения вдоль продольной осевой линии корпуса 3. При этом устройство изменения производительности нагнетателя содержит узел перемещения заслонок 14, связанных между собой посредством гибкого соединения 17, с возможностью поворота заслонок 14 относительно друг друга вокруг оси, перпендикулярной продольной осевой линии корпуса 3, выполненный в виде колеса 15, установленного с возможностью вращения с обкатыванием по заслонкам 14 и их последовательным наматыванием на колесо 15, ось качения 16 которого в основном параллельна осям поворота заслонок 14 и на котором жестко закреплены одна из крайних заслонок 14, размещенная со стороны задней торцевой стенки 5 корпуса 3, и тяга 24 привода. Положение колеса 15 относительно задней торцевой стенки 5 и, соответственно, заслонок 14а определяет площадь сечения впускного окна 7, наполнение рабочей к меры 13 и объемную подачу винтового нагнетателя. При этом внутренняя поверхность 22 смежных заслонок 14 выполнена по форме, идентичной внутренней поверхности 10 корпуса нагнетателя, которая, в свою очередь, образована в основном внутренними поверхностями двух соосно пересекающихся цилиндров.

Гибкое соединение 17 смежных заслонок между собой может быть выполнено: в виде шарниров с качением в кинематических парах 18, в виде гибкой ленты, закрепленной на заслонках фиксаторами 19, в виде троса с промежуточными поворотными звеньями 20 и жестко закрепленными на тросе концевыми элементами 21.

Тяга 24 привода может быть смонтирована на оси колеса 16, установленного с возможностью вращения. Кроме того, тяга 24 привода может быть неподвижно закреплена на шкиве 23, жестко присоединенном к колесу 15.

Привод узла перемещения заслонок может быть выполнен в виде электропривода, пневмопривода или гидропривода.

Винтовой нагнетатель работает следующим образом. Воздух через окно впуска 7 поступает в рабочую камеру, образованную между винтовыми поверхностями роторов 1 и 2 и внутренними поверхностями 10 корпуса 3, и сжимается за счет уменьшения их объема. В момент, определенный необходимыми параметрами рабочего процесса, сжатый воздух через выпускное окно 8 вытесняется из нагнетателя.

Регулирование производительности нагнетателя осуществляется за счет изменения площади сечения окна впуска 7 путем перемещения заслонок 14 по опорным направляющим (не показаны) внутренних стенок сквозного коробчатого элемента 9 вдоль продольной осевой линии корпуса 3 и последовательным наматыванием на колесо 15, вращение которого осуществляется тягой 24 привода. Для обеспечения максимальной (стопроцентной) производительности нагнетателя все заслонки 14 наматываются на колесо 15, окно впуска 7 полностью открыто. Для уменьшения производительности нагнетателя направление вектора силы тяги привода меняется на прямо противоположное и производится сматывание заслонок 14 с колеса 15, что приводит к уменьшению площади сечения впускного окна 7 и, соответственно, к снижению объема подаваемого воздуха.

Выполнение заслонок 14, связанных между собой посредством гибкого соединения 17, с возможностью поворота заслонок 14 относительно друг друга позволяет подобрать режим работы нагнетателя, максимально соответствующий оптимальному, благодаря получению промежуточных значений внутренней степени сжатия зависящих от положения заслонок 14 относительно окна впуска 7, а также благодаря возможности предварительного подбора количества заслонок 14 и их соразмерности относительно друг друга.

Предложенное устройство может быть изготовлено в соответствии с известными технологическими процессами, на стандартном оборудовании и использовано в промышленности, в том числе энергомашиностроительной.