БЕЗМАСЛЯНАЯ СПИРАЛЬНАЯ МАШИНА

Изобретение относится к области вакуумного машиностроения и компрессоростроения и может быть использовано в спиральных вакуумных насосах, воздушных и холодильных компрессорных машинах.

Одной из задач при проектировании спиральных машин является снижение остаточного давления, что может быть достигнуто увеличением продолжительности сжатия.

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 невозможность увеличения продолжительности сжатия и, как следствие, уменьшения обратных перетеканий, повышения степени сжатия и снижения остаточного давления, без изменения габаритов спиральных элементов или размеров вала.

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, F01C 1/02, 1993).

Последнее изобретение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком данной конструкции является невозможность увеличения продолжительности сжатия без уменьшения размеров вала, что приведет к снижению его прочности, а следовательно, снижению надежности машины.

Задачей изобретения является увеличение продолжительности сжатия при сохранении надежности машины.

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 концевом участке спирали одного из неподвижных спиральных элементов выполнено выхлопное отверстие, в подвижном спиральном элементе выполнено сквозное отверстие, соединяющее одну из расточек через канал с выхлопным отверстием;

на торцевой поверхности каждой спирали имеется прямоугольная канавка с уплотнителем, огибающая вал и концевой участок спирали подвижного спирального элемента, согласно изобретению

контур сечения концевого участка спирали неподвижного спирального элемента выполнен совокупностью двух дуг окружностей, соединяющих внешнюю и внутреннюю эвольвенты, причем выпуклая дуга, касательная к внешней эвольвенте в точке соединения с ней, имеет радиус равный 0,1÷0,4 от толщины основной части спирали, а вогнутая дуга, касательная к выпуклой дуге и внутренней эвольвенте в точках соединения с ними, имеет угловую длину 90÷180°.

Решение задачи обеспечивает увеличение продолжительности сжатия при сохранении надежности машины.

Изобретение поясняется следующими чертежами:

на фиг. 1 представлена схема предлагаемой спиральной машины;

на фиг. 2 показан разрез А-А предлагаемой спиральной машины;

на фиг. 3 показана геометрия концевого участка неподвижного спирального элемента предлагаемой спиральной машины, где О - центр спирали;

на фиг. 4 показан график зависимости увеличения продолжительности сжатия Δ_СЖ по сравнению с прототипом от угловой длины вогнутой дуги L при различных отношениях радиуса выпуклой дуги r_K к толщине основной части спирали d.

Предлагаемая безмасляная спиральная машина содержит (фиг. 1) установленные на вращающемся валу 1 подвижный спиральный элемент 2 с двумя эвольвентными спиралями 3, выступающими по разные стороны из основания 4 перпендикулярно ему, пару неподвижных спиральных элементов 5 и 6, каждый из которых имеет спираль, выступающую из основания и сопряженную с соответствующей спиралью подвижного спирального элемента 7. Эвольвентные расточки подвижного спирального элемента 2 в сборе со спиралями 7 неподвижных спиральных элементов 5 и 6 образуют рабочие камеры 8. В концевом участке неподвижного спирального элемента 5 выполнено выхлопное отверстие 9, в подвижном спиральном элементе 2 выполнено сквозное отверстие 10, соединяющее одну из эвольвентных расточек 4 через канал 11 (фиг. 2) с выхлопным отверстием 9, на торцевой поверхности каждой спирали имеется прямоугольная канавка 12 с уплотнителем 13. В одной из частей корпуса со стороны подвижного спирального элемента 2 установлено противоповоротное устройство 14 для предотвращения поворота подвижного спирального элемента 2 относительно его геометрической оси. В верхней части корпуса в секторе между концами спиралей расположен всасывающий патрубок 15.

Сущность изобретения заключается в следующем.

В прототипе эвольвентные спирали имеют одинаковую толщину по всей длине с контуром сечения концевого участка, ограниченным выпуклой дугой окружности с радиусом равным 0,5 от толщины основной части спирали. Увеличение продолжительности сжатия в прототипе возможно либо за счет увеличения габаритов машины, либо за счет уменьшения диаметра вала, что приведет к снижению его прочности, и, следовательно, снижению надежности.

В предлагаемой спиральной машине (фиг. 3) контур сечения концевого участка спирали неподвижного спирального элемента образован совокупностью двух дуг окружностей, соединяющих внешнюю 16 и внутреннюю 17 эвольвенты, причем выпуклая дуга ВС, касательная к внешней эвольвенте 16 в точке соединения с ней (точка В), имеет радиус r_K равный 0,1÷0,4 от толщины основной части спирали d, а вогнутая дуга CD, касательная к выпуклой дуге ВС и внутренней эвольвенте 17 в точках соединения с ними (точки С и D), имеет угловую длину L 90÷180°. За счет этого концевой участок в предлагаемой машине может быть продлен к центру спирали О без изменения размеров вала. В результате происходит увеличение продолжительности сжатия, что ведет к снижению остаточного давления, при сохранении надежности машины.

Если радиус выпуклой дуги r_K больше 0,4 от толщины основной части спирали, не происходит значимого увеличения продолжительности сжатия. Если радиус выпуклой дуги r_K меньше 0,1 от толщины основной части спирали, происходит снижение механической прочности этого участка, и увеличиваются перетекания через него.

Угловая длина вогнутой дуги L составляет от 90 до 180 градусов. При данной угловой длине достигается максимальный выигрыш в продолжительности сжатия по сравнению с прототипом.

Контур сечения концевого участка спирали подвижного спирального элемента определяется из условия сопряжения подвижной и неподвижной спиралей.

На фиг. 4 представлена зависимость увеличения продолжительности сжатия Δ_СЖ по сравнению с прототипом от угловой длины вогнутой дуги L при различных отношениях радиуса выпуклой дуги r_K к толщине основной части спирали d.

График наглядно показывает, что в предлагаемой спиральной машине по сравнению с прототипом максимальный выигрыш в продолжительности сжатия происходит при любом радиусе выпуклой дуги в переделах 0,1÷0,4 от толщины основной части спирали и угловой длине вогнутой дуги 90÷180°.

Предлагаемая спиральная машина работает следующим образом. Всасывание осуществляется через всасывающий патрубок 15. При орбитальном движении подвижного спирального элемента 2 относительно неподвижных спиральных элементов 5 и 6 между спиралями 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 рабочих камер, непосредственно не соединенных с ним, осуществляется через сквозное отверстие 10.

Таким образом, конструкция предложенной безмасляной спиральной машины позволяет увеличить продолжительность сжатия, что уменьшит перетекания и, как следствие, снизит остаточное давление, при сохранении надежности машины.