RU2418193C1

RU2418193C1 - Screw compressor with capacity regulator

Info

Publication number: RU2418193C1
Application number: RU2009139482/06A
Authority: RU
Inventors: Алексей Александрович Мальчиков (RU); Алексей Александрович Мальчиков; Руслан Равилевич Якупов (RU); Руслан Равилевич Якупов; Юрий Александрович Паранин (RU); Юрий Александрович Паранин
Priority date: 2009-10-27
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2011-05-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: screw compressor consists of case with working chamber and increasing and decreasing spaces in working chamber, of engaged driving and driven rotor 4 and 5 and of sliding capacity regulator installed in case. The case has a cylinder cavity encasing slide 9 of the capacity regulator, and cavities 14 filled with oil and arranged in two rows correspondingly under driving and driven rotors 4 and 5. Filled with oil cavities 14 are communicated with the cylinder cavity and are isolated from it and from one another when slide 9 is closed. Also, the cavities 14 are connected to the working chamber of the compressor via slit openings 15 made at angles to axes of rotors 4 and 5 corresponding to incline angles of corresponding rotors screw line.

EFFECT: raised efficiency in capacity regulation, expanded functionality of screw compressor with slide capacity regulator, increased power characteristics, reliability and service life of screw compressor, and improved weight-dimension indices.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области компрессоростроения, а именно к винтовым компрессорам с золотниковым регулятором производительности, работающим в широком диапазоне производительностей и перепада давления.The invention relates to the field of compressor engineering, and in particular to screw compressors with a spool regulator of performance, operating in a wide range of capacities and differential pressure.

Известен винтовой компрессор, содержащий корпус с рабочей камерой и полостями для всасывания и нагнетания газа, ведущий и ведомый роторы, находящиеся в зацеплении и вращающиеся на опорных подшипниках, элементы компенсации осевых сил, состоящие из упорных подшипников, золотник регулятора производительности, вставленный в открытую расточку корпуса, являющегося нижней частью рабочих расточек под винты роторов компрессора (Двухроторные винтовые и прямозубые компрессоры. Теория, расчет и проектирование. И.Г.Хисамеев, В.А.Максимов. Издательство «Фен», Казань, 2000 г. (с.21)).Known screw compressor, comprising a housing with a working chamber and cavities for suction and discharge of gas, leading and driven rotors that are meshed and rotating on thrust bearings, axial forces compensation elements, consisting of thrust bearings, a performance regulator valve inserted into the open housing bore , which is the lower part of the working bore for the screws of the compressor rotors (Two-rotor screw and spur compressors. Theory, calculation and design. I.G. Khisameev, V.A. Maksimov. Publisher GUT "Clock", Kazan, 2000 (p.21)).

Известное техническое решение имеет ряд недостатков, а именно: золотник является частью цилиндрических расточек под винты, поэтому на него действуют большие нагрузки от действия газовых сил, что приводит к установке привода золотника большой мощности, что ухудшает массогабаритные показатели машины; кроме того, на поверхностях золотника со стороны рабочих расточек под винты роторов, для обеспечения его движения, необходимо выполнить занижения, т.е. повышенные зазоры, которые являются источником дополнительных утечек газа с нагнетания компрессора на всасывание, что существенно снижает КПД компрессора.The known technical solution has several disadvantages, namely: the spool is part of a cylindrical bore for screws, therefore, it is subject to heavy loads from the action of gas forces, which leads to the installation of a large-capacity spool drive, which affects the overall dimensions of the machine; in addition, on the surfaces of the spool from the side of the working bores for the rotor screws, to ensure its movement, it is necessary to perform understatements, i.e. increased gaps, which are the source of additional gas leaks from the compressor forcing to suction, which significantly reduces the efficiency of the compressor.

Техническим результатом предложенного изобретения является повышение эффективности регулирования производительности, расширение области применения винтовых компрессоров с золотниковым регулятором производительности, повышение энергетических характеристик, надежности и долговечности винтового компрессора, улучшение массогабаритных показателей.The technical result of the proposed invention is to increase the efficiency of performance regulation, expanding the scope of screw compressors with a spool capacity regulator, increasing the energy characteristics, reliability and durability of a screw compressor, improving overall dimensions.

Технический результат изобретения достигается благодаря тому, что винтовой компрессор содержит корпус с рабочей камерой и полостями всасывания и нагнетания, расположенные в рабочей камере и находящиеся в зацеплении ведущий и ведомый роторы и расположенный в корпусе золотниковый регулятор производительности, при этом корпус выполнен с цилиндрической полостью, в которой размещен золотник регулятора производительности, и с заполненными маслом полостями, расположенными в два ряда соответственно под ведущим и под ведомым роторами, причем заполненные маслом полости сообщены с цилиндрической полостью, изолированы от нее и друг от друга в закрытом положении золотника и соединены с рабочей камерой компрессора щелевыми окнами, расположенными под углами к осям роторов, соответствующим углам наклона винтовой линии соответствующих роторов.The technical result of the invention is achieved due to the fact that the screw compressor contains a housing with a working chamber and suction and discharge cavities located in the working chamber and engaged and driven rotors and a spool capacity regulator located in the housing, while the housing is made with a cylindrical cavity, which is placed the spool of the capacity regulator, and with oil-filled cavities located in two rows, respectively, under the lead and under the driven rotors, m oil-filled cavities are in communication with the cylindrical cavity, isolated from it and from each other in the closed position of the spool and connected to the compressor working chamber by slotted windows located at angles to the axes of the rotors corresponding to the angles of inclination of the helix of the respective rotors.

Кроме того, между стенкой цилиндрической полости и золотником могут быть установлены кольцевые уплотнительные элементы, расположенные между заполненными маслом полостями.In addition, annular sealing elements located between the oil-filled cavities can be installed between the wall of the cylindrical cavity and the spool.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен винтовой компрессор; на фиг.2 - сечение А-А, Б-Б на фиг.1; на фиг.3 - сечение В-В на фиг.1 (роторы компрессора не показаны).The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a screw compressor; figure 2 - section aa, bb in figure 1; figure 3 is a cross-section bb in figure 1 (compressor rotors are not shown).

Винтовой компрессор содержит корпус, состоящий из камеры 1 всасывания, сопряженного с ней одним своим торцом блока 2 цилиндров, образующих рабочую камеру 18 корпуса, и установленной на противоположном торце блока 2 цилиндров крышки 3. Корпус имеет полости для всасывания и нагнетания газа, образованные в камере 1 для всасывания и в нижней части блока 2 цилиндров соответственно. В рабочей камере 18 расположены находящиеся в зацеплении ведущий и ведомый роторы 4 и 5 соответственно, установленные с возможностью вращения на опорных подшипниках 6, 7 и связанные с элементами компенсации осевых сил, состоящими из упорных подшипников 8.The screw compressor comprises a housing consisting of a suction chamber 1, coupled to one of its end faces of the cylinder block 2 forming the working chamber 18 of the housing, and mounted on the opposite end of the cylinder block 2 of the cover 3. The housing has gas suction and discharge cavities formed in the chamber 1 for suction and at the bottom of the cylinder block 2, respectively. In the working chamber 18 are located the meshed leading and driven rotors 4 and 5, respectively, mounted rotatably on the thrust bearings 6, 7 and associated with axial forces compensation elements consisting of thrust bearings 8.

Винтовой компрессор также содержит расположенный в корпусе золотниковый регулятор производительности, состоящий из золотника 9, размещенного с минимальным зазором в выполненной в корпусе под рабочей камерой 18 цилиндрической полости 19, указателя 10 положения золотника 9 индукционного типа и привода 11 (в данной конструкции - гидропривод с рабочими полостями 12 и 13).The screw compressor also contains a spool capacity regulator located in the housing, consisting of a spool 9 located with a minimum clearance in the cylindrical cavity 19 made in the housing under the working chamber 18, a position indicator 10 of the spool 9 of the induction type and actuator 11 (in this design, the hydraulic actuator with working cavities 12 and 13).

В нижней части блока 2 цилиндров образовано несколько заполненных маслом полостей 14, расположенных в два ряда соответственно под ведущим ротором 4 и под ведомым ротором 5, которые сообщены с цилиндрической полостью 19, изолированы от нее и друг от друга в закрытом положении золотника 9, и соединены с рабочей камерой 18 компрессора щелевыми окнами 15, расположенными под углами, близкими к углам наклона винтовой линии соответствующих роторов 4 и 5. Количество щелевых окон 15 равно количеству изолированных полостей 14. Ширина b щелевых окон 15 выбирается по ширине головки цилиндрического участка профиля зуба ведомого ротора 5 и полого участка профиля зуба ведущего ротора 4. Изолированные полости 14 соединены с полостью Г камеры 1 всасывания с помощью окон 16. В закрытом положении золотника 9 (100%-ная производительность) окна 16 перекрыты телом золотника 9. Плавность регулирования достигается расположением щелевых окон 15 (чем ближе окна 15 друг к другу, тем плавнее регулирование). Для дополнительного уплотнения зазоров между стенкой цилиндрической полости 19 и золотником 9 могут быть установлены уплотнительные элементы 17, расположенные между изолированными полостями 14.In the lower part of the cylinder block 2, several oil-filled cavities 14 are formed, arranged in two rows, respectively, under the driving rotor 4 and under the driven rotor 5, which are in communication with the cylindrical cavity 19, are isolated from it and from each other in the closed position of the spool 9, and are connected with the working chamber 18 of the compressor with slotted windows 15 located at angles close to the angles of inclination of the helix of the respective rotors 4 and 5. The number of slotted windows 15 is equal to the number of isolated cavities 14. The width b of the slotted windows 15 is chosen the width of the head of the cylindrical section of the tooth profile of the driven rotor 5 and the hollow section of the tooth profile of the driving rotor 4. The isolated cavities 14 are connected to the cavity G of the suction chamber 1 by means of windows 16. In the closed position of the spool 9 (100% capacity), the windows 16 are closed the body of the slide valve 9. Smooth regulation is achieved by the location of the slotted windows 15 (the closer the windows 15 are to each other, the smoother the regulation). For additional sealing of the gaps between the wall of the cylindrical cavity 19 and the spool 9 can be installed sealing elements 17 located between the isolated cavities 14.

В процессе сжатия повышается давление газа, и возникают газовые силы, действующие на винтовые поверхности роторов 4 и 5 вследствие различного давления газа на отдельные участки винтовой поверхности. Газовые силы раскладываются на радиальные и осевые: радиальные силы направлены перпендикулярно осям роторов 4 и 5, осевые силы - параллельно.In the process of compression, the gas pressure increases, and gas forces appear on the screw surfaces of the rotors 4 and 5 due to the different gas pressure on individual sections of the screw surface. Gas forces are decomposed into radial and axial: radial forces are directed perpendicular to the axes of the rotors 4 and 5, axial forces are parallel.

Винтовой компрессор работает следующим образом. Газ через полость всасывания камеры 1 всасывания поступает в рабочую камеру 18, образованную парными полостями ведущего 4 и ведомого 5 роторов, и сжимается за счет уменьшения ее объема. Для охлаждения сжимаемого газа, уплотнения зазоров рабочей камеры и снижения шума в рабочую камеру компрессора в процессе сжатия, через отверстие в корпусе, подается масло, которое заполняет изолированные полости 14 через щелевые окна 15. Благодаря несжимаемости жидкости изолированные полости 14 и щелевые окна 15 не являются источником переноса газа (перетечек) из промежуточной парной полости винтов с более высоким давлением в промежуточную парную полость с низким давлением, а геометрия щелевых окон 15 при вращении роторов 4 и 5 позволяет «верхушкам» зубьев быстро, за доли секунды, проходить этот участок. В общем случае вместо масла может подаваться другая жидкость, например вода. В момент, определенный необходимыми параметрами рабочего процесса, газомасляная смесь через полость нагнетания вытесняется из компрессора.Screw compressor operates as follows. Gas through the suction cavity of the suction chamber 1 enters the working chamber 18, formed by the paired cavities of the leading 4 and driven 5 rotors, and is compressed by reducing its volume. To cool the compressible gas, seal the gaps of the working chamber and reduce noise in the compressor working chamber during compression, oil is supplied through the hole in the housing, which fills the insulated cavities 14 through the slotted windows 15. Due to the incompressibility of the fluid, the isolated cavities 14 and the slotted windows 15 are not a source of gas (leakage) transfer from the intermediate pair cavity of screws with higher pressure to the intermediate pair cavity with low pressure, and the geometry of the slotted windows 15 during rotation of the rotors 4 and 5 allows Huschke "teeth quickly, in a split second, to go through this section. In general, another liquid, such as water, may be supplied instead of oil. At the moment determined by the necessary parameters of the working process, the gas-oil mixture is forced out of the compressor through the discharge cavity.

Регулирование производительности осуществляется в результате перемещения золотника 9 с помощью привода 11, при этом на золотник 9 действует только осевая газовая сила, определяемая площадью торцевого сечения золотника 9 и перепадом давления между нагнетанием и всасыванием компрессора. При 100%-ной производительности золотник 9 примкнут к поверхности Д, при этом перепускные окна 16, соединяющие рабочую камеру 18 (через изолированные полости 14 и щелевые окна 15) с полостью Г камеры 1 всасывания, закрыты телом золотника 9. Для уменьшения производительности золотник 9 двигается в сторону нагнетания, выдвигаясь в камеру нагнетания, при этом масло под давлением подается в полость 12, а из полости 13 сливается в полость Г камеры 1 всасывания компрессора, т.е. регулирование осуществляется последовательным соединением рабочей камеры 18 с полостью Г. Для увеличения производительности золотник 9 двигается в сторону всасывания. В этом случае масло под давлением подается в полость 13, а из полости 12 сливается на всасывание компрессора. При движении золотника 9 часть газа, поступившего в процессе всасывания в рабочую камеру 18, возвращается через открытое окно 16 в полость Г камеры 1 всасывания и далее на всасывание компрессора.Performance control is carried out as a result of the movement of the spool 9 using the actuator 11, while only the axial gas force, determined by the area of the end section of the spool 9 and the pressure difference between the compressor discharge and suction, acts on the spool 9. At 100% capacity, the spool 9 is adjacent to the surface D, while the bypass ports 16 connecting the working chamber 18 (through the isolated cavities 14 and slotted windows 15) with the cavity G of the suction chamber 1 are closed by the body of the spool 9. To reduce the performance, the spool 9 moves toward the discharge, advancing into the discharge chamber, while the oil under pressure is supplied to the cavity 12, and from the cavity 13 is discharged into the cavity G of the compressor suction chamber 1, i.e. regulation is carried out by the serial connection of the working chamber 18 with the cavity G. To increase productivity, the spool 9 moves in the direction of suction. In this case, oil under pressure is supplied to the cavity 13, and from the cavity 12 is discharged to the compressor suction. When the slide valve 9 moves, a part of the gas entering the working chamber 18 during the suction process returns through the open window 16 to the cavity Г of the suction chamber 1 and then to the compressor suction.

Таким образом, данное техническое решение позволяет повысить КПД компрессора, за счет снижения утечек с нагнетания на всасывание вдоль поверхности золотника, уменьшить габаритные размеры привода золотника и собственно компрессора, расширить область применения винтовых компрессоров как в сторону меньших, так и в сторону больших производительностей и давлений, повысить надежность и долговечность.Thus, this technical solution allows to increase the efficiency of the compressor, by reducing leakage from injection to suction along the surface of the valve, to reduce the overall dimensions of the drive of the valve and the compressor itself, to expand the scope of screw compressors in the direction of lower and higher productivity and pressure , increase reliability and durability.

Claims

A screw compressor comprising a housing with a working chamber and suction and discharge cavities located in the working chamber and engaged and driven rotors and a spool capacity regulator located in the housing, characterized in that the housing is made with a cylindrical cavity in which the spool of the capacity regulator is located , and with oil-filled cavities located in two rows, respectively, under the driving and under the driven rotor, and the oil-filled cavities are in communication with the cylindrical the cavity, are isolated from it and from each other in the closed position of the spool and are connected to the compressor working chamber by slotted windows located at angles to the axes of the rotors corresponding to the angles of inclination of the helical line of the respective rotors, and annular sealing elements are installed between the wall of the cylindrical cavity and the spool located between the oil-filled cavities.