Компрессор с кольцевым поршнем

Стремление уменьшить габариты компрессоров и их массу приводит к созданию других типов компрессоров. На рис. 3.12 показана схема и принцип работы компрессора с кольцевым поршнем фирмы Brown Boveri.

Рис. 3.12. Схема и принцип работы компрессора с кольцевым поршнем фирмы Brown Boveri:

 1, 2, 3, 4, 5 – последовательные положения кольцевого поршня при вращении вокруг
вытеснителя

Такой компрессор был реально создан и применялся на крупных двухтактных дизелях. В корпусе компрессора размещен вытеснитель, вокруг которого может вращаться кольцевой поршень. Поршень между вытеснителем и корпусом установлен с минимальными зазорами. Ось поршня размещена эксцентрично оси корпуса и вытеснителя и совпадает с осью кривошипа коленчатого вала. При этом ось коленчатого вала совпадает с осью корпуса компрессора и его вытеснителя. Направление вращения оси поршня – по часовой стрелке. На схемах 1-5 последовательно показано как полость А заполняется воздухом, так как она увеличивается в объеме (позиции 1, 2). Затем полость А начинает уменьшаться в объеме и происходит нагнетание сжатого воздуха (позиции 4, 5). Начиная от позиции 1 полость Б уменьшается в объеме, так что воздух из нее нагнетается к выпускному каналу (позиции 2, 3). От позиции 5 начинается заполнение воздухом полостей А и Б и так далее.

Характеристики такого компрессора аналогичны характеристикам других компрессоров объемного типа.

Очевидно, что принципиально в качестве компрессора применима, например, схема двигателя Ванкеля. Ясно, что такой компрессор обладает способностью более высокого подъема давления. По характеристике и получаемым параметрам он сравним с поршневым компрессором с возвратно – поступательным движением рабочего органа. Сам он имеет привод от вращающегося вала, что и определяет его достоинства в части повышения частоты вращения, то есть он как бы занимает промежуточное место между лопастными и поршневыми компрессорами. Однако сложность обеспечения надежного уплотнения поршня с помощью линейных уплотнителей, большие потери энергии на трение, необходимость смазки уплотнений, а следовательно, возможность попадания масла в воздушный заряд, а также нагревание элементов компрессора из-за трения не позволяют с высокой эффективностью использовать такую конструкцию в качестве компрессора.

Спиральный нагнетатель

Еще одна не совсем обычная конструкция объемного нагнетателя – это спиральный, или G -образный (по форме буквы G, напоминающей спираль) нагнетатель. Идея запатентована еще в начале прошлого столетия, но из-за технических и производственных проблем на выпуск такого нагнетателя долго никто не решался. Первой, в
1985 г. была фирма Volkswagen, которая применила его на двигателе автомобиля Polo (1,3 л, 113 л. с.). В 1988 г. появился более мощный нагнетатель G 60, которым в течение нескольких лет комплектовались двигатели автомобилей Corrado и Passat (1,8 л, 160 л. с.), а Polo G 40 выпускался вплоть до 1994 г.

Схематично конструкцию G -образного нагнетателя (рис. 3.13) можно представить в виде двух спиралей, одна из которых неподвижна и является частью корпуса. Вторая – вытеснитель – расположена между витками первой и закреплена на валу с эксцентриситетом в несколько миллиметров. Вал приводится от двигателя ременной передачей с передаточным отношением около 1:2.

Рис. 3.13. Конструкция спирального нагнетателя:

1 – вытеснитель; 2 – корпус; 3 – приводная шестерня

Принцип действия нагнетателя поясняется на рис. 3.14.

Рис. 3.14. Принцип действия спирального нагнетателя:

1 – корпус (неподвижные спирали); 2 – вытеснитель (подвижная спираль);
3 – воздушная полость

При вращении вала внутренняя спираль совершает колебательные движения, и между неподвижной (корпус) и обегающей (вытеснитель) спиралями образуются серпообразные полости, которые движутся к центру, перемещая воздух от периферии и подавая его в двигатель под небольшим давлением. Количество перемещаемого воздуха зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Система имеет сравнительно высокий (около 65%) КПД. Трущихся частей почти нет, поэтому износ деталей незначителен. Установленный на двигателе Polo нагнетатель G 40 (40 и 60 в маркировке нагнетателей Volkswagen – это ширина спиральных камер в миллиметрах) имеет максимальное давление наддува 0,17 МПа. При номинальной частоте вращения ротора 10 200 об/мин за один оборот подается 566 см³ воздуха, то есть почти 6 000 л/мин.