Почему в аксиально-поршневых компрессорах нечётное количество поршней?

Недавно мне довелось подержать в руках аксиально-поршневой, а точнее сказать, аксиально-плунжерный компрессор от автомобильного кондиционера. Это 7 поршней, расположенные по кругу и усаженные на косую шайбу (наклонный диск). Такую конструкцию можно встретить не только на автокондиционерах, но и на минимойках Керхер и на многих качественных помпах и устройствах для поднятия давления, например, в топливных насосах.

Так вот, задавшись вопросом о количестве поршней в компрессоре я не нашёл ответа. Везде пишут, что количество поршней или плунжеров в устройстве нечётное, а почему, никто не уточняет. Единственное что было найдено, так это то, что нечётное количество позволяет работать двигателю через такт. Но! Но это не двигатель. Нам это не к чему. В общем это не правильный ответ.

А правильным будет — для уменьшения шумов и вибраций, что приводит к тихой работе, меньшей вибрации и долговечности конструкции, а в нашем случае к более качественной и эффективной работе компрессора. Как это объяснить? Смотрим.

Слева изображена схема расположения чётного количества цилиндров (8 поршней), справа — расположение нечётного количества цилиндров (9 поршней). Если у нас в компрессоре чётное количество поршней, то в определённые моменты движения к технологическим окнам подходят одновременно два поршня. На рисунке слева это поршни под номерами 1 и 5. При первом соединении с окнами происходит гидравлический удар. Т.е. высокое давление в цилиндре 1 резко разряжается над камерой низкого давления (выделена дугой синего цвета), а низкое давление в цилиндре 5 получает резкое повышение давления. Эти удары очень сильные и шумные, что сказывается на надёжности компрессора (насоса) и на окружающей среде.

Именно простое решение в виде нечётного количества поршней позволяет сразу вдвое снизить гидравлические удары. На рисунке справа нет одновременно подходящих двух поршней к технологическим окнам. Т.е. в любой момент времени может только один из цилиндров испытывать удар на понижение или повышение давления. Это в два раза уменьшает амплитуду звуковых колебаний и в два раза повышает их частоту. Стоит заметить, что уменьшение амплитуды пульсаций повышает надёжность не только компрессора, но и соединительных труб и шлангов, а также уменьшает требования к параметрам последних.

Но и это не всё. Для более мощных насосов, где давления достигают 10 тон на см и выше, даже гидроудары от одного поршня приводят к высоким собственным резонансам корпуса и высоким уровням шума. Для осуществления более плавного изменения давления в цилиндрах перед технологическими окнами делают маленькие отверстия, ограниченные скоростью изменения давления. Смотрите на рисунке ниже.

Таким образом, когда поршень 1 подходит к технологическому окну низкого давления, то через микроотверстие в цилиндре начинает плавно понижаться давление, приближаясь к низкому давлению в окне низкого давления.

С другой стороны возле окна с высоким давлением также есть микроотверстие с высоким давлением. На рисунке справа поршень приближаясь к окну располагается над этим отверстием и по ходу движения в его цилиндре плавно повышается давление. И когда цилиндр пересечёт окно с высоким давлением, то разница давлений в цилиндре 5 и в окне будет совсем незначительна.

Ещё одним методом понижения резкого скачка давления является расположение небольших буферных объёмов, которые также направлены на снижение гидроударов.