Поршневой компрессор

Изобретение относится к области энергомашиностроения и предназначено для сжатия и перемещения газов. В поршневом компрессоре, содержащем цилиндр с всасывающими и нагнетательными клапанами, крышку цилиндра и поршень, размещенный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения, на крышке цилиндра выполнены ребра с внутренней стороны рабочей камеры. Ребра выполнены параллельно выходному сечению всасывающего клапана и перпендикулярно входному сечению нагнетательного клапана. Улучшается охлаждение рабочего газа, находящегося в рабочей камере, снижается потребляемая компрессором мощность. 2 ил.

 

Изобретение относится к области энергомашиностроения и предназначено преимущественно для сжатия и перемещения газов.

Известен поршневой компрессор, содержащий рабочую камеру в виде цилиндра, клапанную коробку с всасывающими и нагнетательными клапанами и поршень, размещенный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения (СН 674399 А, 31.05.1990) [1].

При работе такого компрессора в результате уменьшения объема рабочей камеры увеличиваются температура и давление газа, находящегося в ней, а ограниченная площадь поверхностей, формирующих рабочую камеру, не позволяет осуществить эффективное охлаждение сжимаемого газа. (ПЛАСТИЛИН П.И. Поршневые компрессоры, том 1, М., Колос, 2000, с.456) [2].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является поршневой компрессор, рабочая камера которого выполнена в виде цилиндра с всасывающими и нагнетательными клапанами, клапанной плиты и поршня, размещенного в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения, причем на части поверхности рабочей камеры, а именно на внутренней цилиндрической поверхности цилиндра, вдоль которой движется поршень, выполнены ребра, при этом плоскость входного сечения нагнетательного клапана и выходное сечение всасывающего клапана не перпендикулярны ребрам (ФРЕНКЕЛЬ М.И. Поршневые компрессоры, Л., Машиностроение, 1969, с.744) [3].

Такая конструкция герметична и приводит к уменьшению механического трения, так как оребрение выполняет функцию лабиринтного бесконтактного уплотнения, однако при уменьшении объема рабочей камеры, когда температура и давление рабочего газа повышается, оребренная поверхность цилиндра перекрывается поршнем и не участвует в теплообмене, то есть эффективность охлаждения сжимаемого газа остается низкой, что приводит к повышению потребляемой компрессором мощности и теплонапряженности деталей рабочей камеры.

Задачей изобретения является улучшение охлаждения рабочего газа, находящегося в рабочей камере, снижение потребляемой компрессором мощности и теплонапряженности деталей рабочей камеры.

Поставленная задача достигается тем, что в известном поршневом компрессоре, содержащем цилиндр с всасывающими и нагнетательными клапанами, крышку цилиндра и поршень, размещенный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения, на крышке цилиндра выполнены ребра с внутренней стороны рабочей камеры, причем ребра выполнены параллельно выходному сечению всасывающего клапана и перпендикулярно входному сечению нагнетательного клапана.

На фиг.1 представлен поршневой компрессор, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Компрессор содержит рабочую камеру, состоящую из цилиндра 1 с всасывающими клапанами 2 и нагнетательными клапанами 3, крышки цилиндра 4 и поршня 5. На поверхности 6 крышки цилиндра 4 с внутренней стороны рабочей камеры выполнены ребра. Газовая полость 7 соединяется с всасывающим клапаном 2 через выходное сечение 8, а с нагнетательным клапаном 3 - через входное сечение 9, причем ребра поверхности 6 крышки цилиндра 4 выполнены параллельно выходному сечению S всасывающего клапана 2 и перпендикулярно входному сечению 9 нагнетательного клапана 3.

Поршневой компрессор работает следующем образом. Поршень 5 совершает возвратно-поступательные движения, изменяя объем газовой полости 7. При увеличении объема рабочий газ с температурой всасывания - Т_BC и давлением всасывания - Р_BC поступает через всасывающие клапаны 2 в газовую полость 7. При достижении максимального объема газовой полости 7 всасывание прекращается, всасывающие клапаны 2 закрываются, поршень 5 меняет направление своего движения и начинается процесс сжатия в газовой полости 7, давление и температура газа внутри цилиндра 1 повышаются. При достижении давлением газа величины Р_H - давление нагнетания нагнетательные клапаны 3 открываются, и дальнейшее уменьшение объема газовой полости 7 сопровождается выталкиванием рабочего газа через нагнетательные клапаны 3, которое прекращается при минимальном объеме.

В процессе всасывания температура стенок рабочей камеры выше температуры всасываемого газа, что ведет к подогреву газа в компрессоре. При поперечном течении между ребрами образуются застойные зоны, впадины ребер не участвуют в теплообмене с потоком всасываемого газа и всасываемый газ нагревается не слишком интенсивно, т.е. для снижения подогрева ребра поверхности 6 крышки цилиндра 4 расположены параллельно выходному сечению 8 всасывающего клапана 2 и поток всасываемого газа в этом случае направлен перпендикулярно ребрам, а количество теплоты, переданное от стенке к газу в процессе теплообмена, будет минимальным.

Процесс сжатия и нагнетания характеризуется по сравнению с процессом всасывания более высокой температурой рабочего газа, которую стремятся снизить. Так как количество тепла, отводимого от горячего газа к стенке рабочей камеры прямо пропорционально площади этой стенки, то оребренная поверхность 6 позволяет существенно увеличить площадь контакта, особенно в момент, когда объем газовой полости 7 минимален, и, следовательно, увеличить количество тепла, отводимое от сжимаемого и нагнетаемого газа. Преимущество предложенного поршневого компрессора в том, что взаимное расположение поверхности 6 крышки цилиндра 4 и нагнетательных клапанов 3 выполнено таким образом, что ребра поверхности 6 крышки цилиндра 4 перпендикулярны входному сечению 9 нагнетательного клапана 3, это позволяет направить поток нагнетаемого газа вдоль ребер, полностью омывая их поверхность, что также улучшает контакт газа с поверхностью и способствует лучшему теплоотводу от горячего газа.

Снижение температуры сжимаемого и нагнетаемого газа позволяет в свою очередь снизить теплонапряженность деталей поршневого компрессора, улучшить условия его работы и повысить экономичность за счет снижения потребляемой мощности.

Поршневой компрессор, содержащий цилиндр с всасывающими и нагнетательными клапанами, крышку цилиндра и поршень, размещенный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения, отличающийся тем, что на крышке цилиндра выполнены ребра с внутренней стороны рабочей камеры, причем ребра выполнены параллельно выходному сечению всасывающего клапана и перпендикулярно входному сечению нагнетательного клапана.