Компрессор с бесконтактным уплотнением поршня

(И)5 Р 04 В 39/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ нное обьеи "МикроТАКТНЫМ 1 К АВТОРСКОМУ СЗИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство ССЬЬ 821742, кл. Е 04 В 31/00, 1981(54) КОМПРЕССОР С БЕСКОНУПЛОТНЕНИЕМ ПОРШНЯ ЯО 1742511 А 1 2(57) Сущность изобретения; поршень (5) установлен в цилиндре (1) с образованием рабочей полости, В цилиндре (1) выполнены дроссельные отверстия (2), сообщенные трубопроводом нагнетания, на боковой поверхности поршня (5) - кольцевая проточка (6), сообщенная с трубопроводом всасывания полостью поршня (5). На боковой поверхности поршня (5) выполнены продольные канавки (8), сообщенные с рабочей полостью. Расстояние от .проточки (6) до канавок (8) лежит в пределах 1-5 величин ширины канавок (8), Параметры канавок (8) определяют из комплекса подобия Ск=25, определяемого с помощью уравнения. 1 ил.Изобретение относится к компрессоростроению и касается компрессоров с бесконтактным уплотнением поршня.Известен компрессор с бесконтактным уплотнением поршня, седержащий цилиндр и установленный с образованием камеры сжатия поршень, причем в стенке цилиндра выполнена кольцевая проточка, подключенная к источнику высокого давления. Отверстия рядов смещены одно относительно другого в окружном направлении.Недостаток известной конструкции заключается в том, что цилиндрическое исполнение боковой поверхности части поршня от камеры сжатия до кольцевой проточки приводит к появлению прижимающей децентрирующей силы на этом участке при ненулевом эксцентриситете поршня в цилиндре, Эта сила противодействует центрирующей силе подшипника, уменьшает общую несущую способность и, таким образом, снижает надежность компрессора.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является компрессор с бесконтактным уплотнением поршня, Поршень и цилиндр компрессора образуют аэростатический подшипник. Аэростатический подшпник имеет основной ряд питающих дроссельных отверстий, соединенных с линией высокого давления, дополнительный ряд дроссельных отверстий, питаемый от автономного давления, и кольцевые проточки,Недостатком компрессора является как необходимость дополнительного автономного источника давления, таки наличие двух кольцевых проточек, обусловливающих увеличенный расход газа,Целью изобретения является повышение надежности и долговечности путем центрирования поршня.Поставленная цель достигается тем, что в компрессоре с бесконтактным уплотнением поршня, содержащем цилиндр, поршень, установленный в цилиндре с образованием рабочей полости, трубопроводы всасывания и нагнетания газа, при этом в цилиндре выполнены дроссельные отверстия, сообщенные с трубопроводом нагнетания, а на боковой поверхности поршня - кольцевая проточка, сообщенная с трубопроводом всасывания посредством полости поршня, на боковой поверхности поршня выполнены продольные канавки, сообщенные с рабочей полостью, при этом расстояние от проточки до канавок лежит в пределах 1-5 величины ширины канавок, а параметры канавок определяются из комплекса подобия Ск"25, определяемого согласно уравнению Ск=йк йо "г",где Вк=йоск( -- 1);г1 к5- э - з1 О У= Г, Ь с =1+ к(Ъоск - .1);Ьок = 1 + к(Ьокк - 1): 15 Ьоск = 1 + - "(1 + Ьк) 11 Ь - 1+ - ,(1 +Ь ) Ч,НЬ = - ; пк = -г сВ - ширина канавки;Нк - глубина канавки;. - половина расстояния от торца поршня до центра проточки;г - радиус подвеса в районе канавок;с - средний радиальный зазор;и - число канавок,Указанные зависимости и оптимальнаявеличина комплекса подобия Ск выведены наоснове численного моделирования работы. аэростатического подшипника поршня и егообласти канавок и уплотнительного пояска.4 О При смещении поршня в цилиндре состороны уменьшения радиального зазорапроисходит увеличение сопротивления движения газа и приводит за счет канавок кповышению давления в зазоре, а с другой45 стороны поршня в зазоре протекает процесс, противоположный описанному, Всеэто ведет к появлению центрирующей силы,направленной в одну сторону с центрирующей силой. аэростатического подшипника.Вследствие этого повышается надежностьцентрирования поршня в цилиндре.Предлагаемый компрессор отличаетсяот известного тем; что на боковой поверхности поршня выполнены осевые канавки,55 примыкающие с одной стороны к камересжатия, а с другой не доходящие до кольцевой проточки на величину 1-5 в.На чертеже представлено схематическое изображение компрессора с бесконтактным уплотнением поршня,1.кк - 72 Ц Формула изобретения 45 Компрессор с бесконтактным уплотнением поршня, содержащий цилиндр,поршень, установленный в цилиндре с образованием рабочей полости, трубопроводы всасывания и нагнетания газа, при 50 этом в цилиндре выполнены дроссельныеотверстия, сообщенные трубопроводом нагнетания, а на боковой поверхности поршня - кольцевая проточка, сообщенная с трубопроводом всасывания посредством полости поршня, о тл и ч а ю щи й ся тем, что, с целью повышения надежности и долговечности путем центрирования поршня, на боковой поверхности поршня выполнены продольные канавки; сообщенные с рабочей полостью, при этом расстояние от проВ цилиндре 1 с дроссельными отверстиями 2, сообщенными с трубопроводом З.нагнетания, установлен с зазором и с образованием камеры 4 сжатия поршень 5, на боковой поверхности которого выполнена. кольцевая проточка 6, соединенная с трубопроводом 7 всасывания. На боковой поверхности поршня выполнены осевые канавки 8, примыкающие к камере 4 сжатия, а их длина меньше расстояния от камеры сжатия до кольцевой проточки. По другую сторону от проточки 6 в вправлении штока 9 поверхность 10 поршня цилиндрическая и вместе с поверхностью цилиндра 1 образует аэростатический подшипник.Предлагаемый компрессор с бесконтактным уплотнением поршня работает следующим образом.При возвратном движении поршня 5 газ из полости 7 всасывания через всасывающий клапан поступает в камеру 4 сжатия, При поступательном движении поршня происходит сжатие и нагнетание газа в полость 3 нагнетания.Кольцевая проточка 6, подключенная квсасывающей полости, исключает влияние переменного давления в камере 4 сжатия на давление в рабочем зазоре аэростатического подшипника и не снижает несущей способности. Без кольцевой проточки несущая способность на ходе нагнетания может уменьшаться более, чем в 2 раза, Наддув газа в аэростатический подшипник осуществляется через дроссельные устройства.При смещении поршня 5 из центрального положения под действием внешней нагрузки и уменьшении радиального зазора, например слева увеличивается сопротивление движению газа, что приводит к повышению давления в зазоре, а справа давление в зазоре падает, и под действием разности давлений возникает восстанавливающая сила, способствующая центрированию поршня. Это происходит за счет того, что существует внутреннее дросселирование газового потока в смазочном слое при его осевом движении. Дросселирование вызывается тем, что газовый поток "свободно" двигающийся по осевым канавкам 8, на выходе пережимается гладкой частью - уплотнительным пояском. За счет того, что это "пережатие" неодинаково справа и слева сместившегося подвеса, возникает поле давлений на рабочей поверхности, генерирующее подьемную силу. Следовательно, несущая способность зависит прежде всего от степени "пережатия" потока. Проведенные исследования с помощью численного моделирования позволяют выявить комплекс подобия, от которого зависит несущая способность подвеса, величина которого составляет Ск=2-5: у= -П =1+4 Ъ - 1):. - половина расстояния от торца до центра проточки;г - радиус подвеса в районе канавок; с - средний радиальный зазор;и - число канавок.Предлагаемые выражения позволяют с . учетом технологических возможностей изготовление подвеса с канавками производить, ориентируясь на Ск, обоснованный выбор его размеров,Ск=ЯкЯо У где Як=оск( -- 1)1 к 1-кк - (2 Ц 10 Яо -- ) (у) ф- з - зУ Г 1 Ъс = 1 + 1 кЪоск 1); 20 Составитель В.ЛесуковТехред М.Моргентал Корректор М,Максимишинец Редактор Н.Гунько Заказ 2271 Тираж . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 точки до канавок лежит в пределах 1-5 величины ширины канавок, а параметры канавок определяются из комплекса подобия Ск- -5, определяемого согласно уравнению Ьок = 1 + к(Ъокк 1)з зЬоск - 1 + - ф 1 + Ьк) Ц В - ширина канавки;Нк - глубина канавки;к - длина канавки;15- половина расстояния от торца поршня до центра проточки;г- радиус подвеса в районе канавок;с - средний радиальный зазор;и - число канавок.