Свободнопоршневой двигатель-компрессор

 

Использование: изобретение относится к двигателе- и компрессоростроению и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для компримирования газа на АКГС, при интенсификации добычи нефти и газа и т.д. Технический результат - экономия дефицитного дизельного топлива путем замены его на природный или нефтяной газ, интенсификация добычи газообразного топлива, улучшение экологической чистоты окружающей среды за счет снижения токсичности отработавших газов, увеличение ресурса работы. Сущность изобретения: при подаче газа под давлением происходит наполнение цилиндра 1 через окна 13 из ресивера 16. При подходе поршней 2, 3 к ВМТ на свечу 6 подается напряжение и осуществляется поджиг газовоздушной смеси в формкамере 10. Горячие газы вытекают в цилиндр 1 и поджигают там рабочую смесь. Возникшее повышенное давление перемещает поршни 2, 3, создавая возможность обратного хода. Рабочее тело сжимается в компрессорных полостях и буфере 8, а атмосферный воздух всасывается в продувочный насос 9. При открытии поршнями 2, 3 окон 13, 14 происходит выпуск отработавших газов через патрубок 17 и осуществляется газообмен в цилиндре 1. 1 ил.

Изобретение относится к двигателе- и компрессоростроению и может быть использовано в различных отраслях промышленности для компримирования газа на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях, дожимных компрессорных станциях, на месторождениях с падающей добычей природного газа, станциях подземного хранения газа, в составе энерготехнологических комплексов при интенсификации добычи нефти и газа и для опрессовки трубопроводов и газовой аппаратуры.

Известен, например, ряд свободнопоршневых двигателей-компрессоров (СПДК) различного назначения (см.а.с. СССР N 1553750, 1989, кл.F О2 B 71/00).

При всех своих положительных качествах отрицательным моментом в них является то, что в качестве топлива они используют только дизельное топливо.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному изобретению является двухтактный серийно выпускаемый дизель-компрессор ДК-10(см. Техническое описание и чертежи. З-д "Компрессор", 1988).

Однако он также работает на дизельном топливе.

Техническим результатом заявленного изобретения является экономия дефицитного дизельного топлива путем замены его на природный или нефтяной газ; интенсификация добычи газообразного топлива в газовой и нефтяной промышленности, улучшение экологической чистоты окружающей среды за счет уменьшения токсичности отработавших газов топлива, увеличение ресурса работы.

Поставленный технический результат достигается за счет того, что в свободнопоршневом двигателе-компрессоре, содержащем корпус с размещенными в нем цилиндро-поршневыми группами двигателя, буфера и компрессорных ступеней и систему топливоподачи газа, последняя выполнена в виде установленных на корпусе цилиндра двигателя газовпускного клапана и форкамер, каждая из которых имеет клапан подачи газового топлива и свечу зажигания, двигатель компрессор снабжен размещенными между полостями буфера, продувочного насоса и компрессора перегородками с уплотнениями, а в качестве топлива двигателя использован природный или нефтяной газ, основным компонентом которых является метан.

Сравнительный анализ предложенного технического решения с прототипом показал, что первое из них отличается наличием новых конструктивных элементов, а именно: выполнением систем топливо-подачи в виде газовпускного клапана и форкамер, на каждой из которых установлены клапан подачи газового топлива и свеча зажигания. Кроме того, введены перегородки с уплотнениями, установленными между полостями буфера, продувочного насоса и компрессора. Очень важным, по мнению заявителя, является использование в качестве топлива природного и нефтяного газов, основным компонентом которых служит метан.

Использование системы топливоподачи с форкамерно-факельным зажиганием приводит к надежному воспламенению газовоздушной смеси в цилиндре и уменьшению степени сжатия, что обеспечивает бездетонационное сгорание топлива.

Разделение полостей компрессора, буфера и продувочного насоса посредством перегородок с уплотнениями повышает безопасность эксплуатации машины, поскольку исключает возможность произвольного перемешивания рабочего газа и атмосферного воздуха, а прошедший через уплотнения газ направляется в "свечу", где сгорает.

Применение же природного и нефтяного газов в качестве топлива сокращает расход дефицитного дизельного топлива или электрической энергии, ведет к уменьшению токсичности отработавших газов и, как следствие, к повышению экологической чистоты окружающей среды, увеличению ресурса работы СПДК. Кроме того, значительно расширяются эксплуатационные возможности предлагаемой машины за счет ее широкого применения в различных отраслях промышленности и народного хозяйства.

Все вышеизложенное доказывает необходимость и существенность введенных отличительных признаков, поскольку они способствуют достижению поставленного технического результата.

Таким образом, заявленный компрессор соответствует критерию "новизна".

Анализ существующей научно-технической и патентной литературы выявил отсутствие заявленной совокупности существенных признаков, хотя в отдельности, кроме использования в качестве топлива двигателя СПДК природного и нефтяного газов, они и присутствуют в определенных конструкциях СПДК. Однако именно в заявленном сочетании они способны обеспечить технический результат, указанный заявителем.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Чтобы доказать соответствие критерию "промышленная применимость", необходимо отметить следующие условия, которым оно удовлетворяет.

Во-первых, предложенный СПДК предназначен для широкого его использования в различных отраслях промышленности и народного хозяйства, а именно: а) компримирование газа на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях до давления 25-30 МПа; б) компримирование газа на дожимных компрессорных станциях; в) при транспорте газа, в т.ч. на месторождениях с падающей добычей нефти; г) при закачке газа в подземные нефтехранилища при давлении нагнетания до 12-15 МПа; д) при интенсификации добычи нефти и газа при давлении нагнетания 35-42 МПа.

Во-вторых, для заявленного СПДК в том виде, как он охарактеризован в предлагаемой к рассмотрению формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью представленных в заявке материалов. Ясно, какого рода знания и опыт использованы для осуществления изобретения.

В-третьих, заявочные материалы содержат убедительные доказательства того, как с помощью предложенного СПДК можно достичь усматриваемого заявителем технического результата.

На чертеже изображена конструктивная общая схема СПДК.

Корпус 1 двигателя установлен на монтажной раме (на черт. не показана). В корпусе 1 размещен рабочий цилиндр двигателя с перемещающимися в нем в противоположных направлениях поршнями 2, 3. Последние жестко связаны с поршнями 4, 5, 6, 7 ступеней компрессора. Поршень 4, с одной стороны, размещен в полости буфера 8, а с другой стороны в полости продувочного насоса 9. По оси рабочего цилиндра 1 установлены две форкамеры 10. Каждая из них имеет клапан 11 подачи газового топлива и свечу 12 зажигания. В рабочем цилиндре 1 двигателя выполнены впускные 13 и выпускные 14 окна и клапан 15 подачи газового топлива. Впускные окна 13 связаны с полостью продувочного ресивера 16, а выпускные окна 14 с выпускным патрубком 17. После каждой ступени компрессора установлены охладители 18, 19, 20 сжимаемого рабочего тела. Между полостями буфера 8, продувочного насоса 9 и ступеней компрессора (на черт. не показаны) размещены перегородки 21 с уплотнениями.

Двигатель-компрессор работает следующим образом.

При подаче рабочего газа под давлением происходит наполнение воздухом полости рабочего цилиндра 1 через впускные окна 13 из продувочного ресивера 16. Подача газового топлива осуществляется через газовпускной клапан 15 непосредственно в цилиндр 1 и через клапан 11 форкамеры 10. При подходе поршней 2, 3 к верхней мертвой точке на свечу 6 зажигания подается напряжение и возникшая искра поджигает газовоздушную смесь в форкамере 10. Образующиеся при этом горячие газы вытекают в цилиндр 1 двигателя и поджигают находящуюся там рабочую смесь. Возникающее при этом повышение давления в цилиндре 1 приводит к перемещению поршней 2, 3, что создает возможность для обратного движения. При этом осуществляется сжатие рабочего тела в компрессорных полостях и буфере 8 и всасывание атмосферного воздуха в продувочный насос 9. При открывании поршнями 2, 3 выпускных окон 14 и впускных окон 13 происходит выпуск отработавших газов через выпускной патрубок 17 и осуществляется газообмен в рабочем цилиндре 1. Сжимаемое рабочее тело в компрессорных полостях перетекает между ними через охладители 18, 19, 20, тем самым снижая его температуру. Перегородки 21 с уплотнениями предотвращают возможность произвольного перемешивания рабочего газа и атмосферного воздуха.

Формула изобретения

Свободнопоршневой двигатель-компрессор, содержащий корпус с размещенными в нем цилиндро-поршневыми группами двигателя, буфера и компрессорных ступеней и систему топливоподачи газа, отличающийся тем, что система топливоподачи выполнена в виде установленных на корпусе цилиндра двигателя газовпускного клапана и форкамер, каждая из которых имеет клапан подачи газового топлива и свечу зажигания, двигатель-компрессор снабжен размещенными между полостями буфера, продувочного насоса и компрессора перегородками с уплотнениями, а в качестве топлива двигателя использован природный или нефтяной газ, основным компонентом которых является метан.

РИСУНКИ

Рисунок 1