Поршневой компрессор с автономным жидкостным охлаждением



Поршневой компрессор с автономным жидкостным охлаждением
Поршневой компрессор с автономным жидкостным охлаждением
Поршневой компрессор с автономным жидкостным охлаждением
Поршневой компрессор с автономным жидкостным охлаждением
Поршневой компрессор с автономным жидкостным охлаждением

 


Владельцы патента RU 2578748:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области компрессоростроения и может быть использовано в компрессорах с автономным жидкостным охлаждением. Компрессор состоит из цилиндра 1 с поршнем 2 с образованием рабочего объема 4, полости нагнетания 5, нагнетательного клапана 6, полости всасывания 7, всасывающего клапана 8. Вокруг рабочего объема 4 размещена жидкостная рубашка охлаждения 9. Ее нижняя часть соединена с источником охлаждающей жидкости в виде кольцевой рубашки 10 через два канала 11 и 12. Верхняя часть рубашки охлаждения 9 соединена каналом 13 с полостью нагнетания 5. За счет движения жидкости в рубашках 9 и 10 интенсифицируется отдача теплоты сжатия газа в окружающую среду, что происходит без применения дополнительных механических затрат. Повышается КПД и снижаются удельные затраты на получение сжатого газа. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области компрессоростроения и может быть использовано при создании экономичных поршневых компрессоров с автономным жидкостным охлаждением цилиндропоршневой группы.

Известна вертикальная поршневая машина, содержащая картер, цилиндр с размещенным в нем поршнем с механизмом привода с образованием рабочего объема, полость всасывания, соединенную с источником газа и с рабочим объемом через всасывающий клапан, и полость нагнетания, соединенную с потребителем газа и рабочим объемом через нагнетательный клапан (см., например, книгу Б.С. Фотин, И.Б. Пирумов, И.К. Прилуцкий, П.И. Пластинин. «Поршневые компрессоры». - Л.: Машиностроение, 1987, стр. 5, рис. В1).

Известна также вертикальная поршневая машина, содержащая картер, цилиндр с размещенным в нем поршнем с механизмом привода с образованием рабочего объема, полость всасывания, соединенную с источником газа и с рабочим объемом через всасывающий клапан, и полость нагнетания, соединенную с потребителем газа и с рабочим объемом через нагнетательный клапан, причем вокруг рабочей полости размещена жидкостная рубашка охлаждения (см., например, книгу Б.С. Фотин, И.Б. Пирумов, И.К. Прилуцкий, П.И. Пластинин. «Поршневые компрессоры». - Л.: Машиностроение, 1987, стр. 185-185, рис. 6.32).

К недостатку первого варианта относится невозможность экономичного получения в одной ступени высокой степени повышения давления, т.к. при использовании воздушного охлаждения невозможно отвести от сжимаемого газа достаточно большое количество теплоты. Во втором случае, когда рабочая полость омывается охлаждающей жидкостью, и имеется возможность увеличения степени повышения давления, конструкция компрессора становится громоздкой из-за необходимости иметь дополнительно механизм подачи охлаждающей жидкости, что увеличивает массу компрессора, усложняет его конструкцию, увеличивает его стоимость и увеличивает общие затраты мощности на сжатие газа. Все это вместе взятое увеличивает приведенную стоимость сжатого газа и снижает общую эффективность компрессора.

Задачей изобретения является снижение приведенной стоимости сжатого газа и увеличение общей эффективности компрессора.

Указанная задача решается тем, что нижняя часть жидкостной рубашки охлаждения соединена с источником охлаждающей жидкости, а верхняя часть рубашки охлаждения соединена каналом с полостью нагнетания, источник охлаждающей жидкости может быть выполнен в виде дополнительной кольцевой рубашки, которая подсоединена к низу рубашки охлаждения каналом (или каналами) как сообщающийся герметичный сосуд и имеет на своей поверхности ребра охлаждения, в рубашке охлаждения с небольшим радиальным зазором относительно наружного и внутреннего ее диаметра может быть установлен поплавок, имеющий форму плоского кольца, нижняя часть жидкостной рубашки охлаждения может быть соединена с кольцевой рубашкой с помощью, по меньшей мере, двух каналов, в каждом из которых установлено, по крайней мере, по одной втулке в виде усеченного конуса, причем в одном канале втулка установлена вершиной в сторону рубашки охлаждения, а в другом - вершиной в сторону источника жидкости, канал, соединяющий полость нагнетания с верхней частью рубашки, может иметь вход со стороны этой полости, расположенный непосредственно над нагнетательным клапаном, в виде усеченного конуса, с большим основанием, направленным в сторону этого клапана, источник охлаждающей жидкости может быть выполнен в виде емкости, частично заполненной жидкостью, которая через обратный клапан и теплообменник соединена с буферной полостью, которая через обратный клапан соединена с верхней частью рубашки охлаждения, и при этом полость нагнетания соединена с верхней частью рубашки охлаждения через упомянутые буферную полость и обратный клапан.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 схематично показано вертикальное сечение компрессора, с дополнительной кольцевой рубашкой, подсоединенной к низу рубашки охлаждения как сообщающийся герметичный сосуд, в исходном состоянии.

На фиг. 2 показано аналогичное сечение компрессора в действующем состоянии в момент нахождения поршня в нижней мертвой точке в начале процесса сжатия - нагнетания

На фиг. 3 показано аналогичное сечение компрессора в действующем состоянии в момент приближения поршня к верхней мертвой точке в процессе нагнетания.

На фиг. 4 показано схематично продольное сечение компрессора с источником питания охлаждающей жидкости в виде емкости, частично заполненной охлаждающей жидкостью.

Компрессор состоит (фиг. 1-3) из цилиндра 1 с размещенным в нем поршнем 2 с механизмом привода 3 (на рисунке показан шток этого механизма, сам механизм условно не показан) с образованием рабочего объема 4, полости нагнетания 5, соединенной с потребителем газа и с рабочим объемом 4 через нагнетательный клапан 6, и полость всасывания 7, соединенную с источником газа и с рабочим объемом 4 через всасывающий клапан 8, причем вокруг рабочего объема 4 размещена жидкостная рубашка охлаждения 9, ее нижняя часть соединена с источником охлаждающей жидкости, выполненным в виде дополнительной кольцевой рубашки 10 с ребрами охлаждения, через два канала 11 и 12, расположенные напротив друг друга относительно оси цилиндра 1, а верхняя часть рубашки охлаждения 9 соединена каналом 13 с полостью нагнетания 5. В канале 11 установлена втулка 14 в виде усеченного конуса, повернутого вершиной в сторону источника жидкости - кольцевой рубашки 10, а в канале 12 - аналогичная втулка 15, повернутая вершиной в сторону рубашки охлаждения 9. В верхней части рубашки охлаждения 9 имеется поплавок 16, размещенный с небольшим радиальным зазором относительно наружного и внутреннего ее диаметра и представляющий собой плоское кольцо. Канал 13, соединяющий полость нагнетания 5 с верхней частью рубашки 9, имеет вход со стороны этой полости, расположенный непосредственно над нагнетательным клапаном 6, в виде усеченного конуса 17, с большим основанием, направленным в сторону этого клапана.

В исходном состоянии над жидкостью в рубашке 9 имеется слой воздуха 18, а над жидкостью в рубашке 10 - слой воздуха 19.

На фиг. 4 схематично показано продольное сечение компрессора, в котором источник охлаждающей жидкости выполнен в виде емкости 20, частично заполненной жидкостью, которая через обратный клапан 21 и теплообменник 22 соединена с буферной полостью 23, которая через обратный клапан 24 соединена с верхней частью рубашки охлаждения, и при этом полость нагнетания 5 соединена с верхней частью рубашки охлаждения 9 через канал 13 и упомянутые буферную полость 23 и обратный клапан 24. В емкости 20 над жидкостью имеется слой газа 25, а в полости 23 - слой газа 26. В рубашке охлаждения имеется спиральный выступ 27 вдоль ее оси, который вынуждает охлаждающую жидкость двигаться в рубашке сверху вниз, огибая цилиндр 1.

Компрессор работает следующим образом (фиг. 1-3).

При неподвижном поршне (компрессор «стоит», фиг. 1) и отсутствии избыточного (по сравнению с источником газа, например, атмосферой) давления в полости нагнетания 5 жидкость в рубашке 10 находится на одном уровне с жидкостью в рубашке 9.

При возвратно-поступательном движении поршня 2 газ всасывается через полость 7 и клапан 8 в рабочую полость 4, сжимается в ней и нагнетается через клапана 6 и полость 5 потребителю, и давление потребителя постепенно повышается, что приводит к увеличению среднего давления в полости 5, которое через канал 13 попадает в слой воздуха 18, его давление повышается до давления нагнетания, и жидкость в рубашке 9 через канал 11 поступает в рубашку 10, поднимая в ней уровень до тех пор, пока не сравняются давления газа в слое 18 и в сжимающемся слое 19 (фиг. 2).

Во время хода поршня вниз (процесс всасывания, клапан 8 открыт) давление в полости 5, канале 13 и слое 18 стабилизируются и становятся равными давлению потребителя газа

При ходе сжатия (поршень идет вверх), когда давление в полости 4 достигает давления потребителя газа, клапан 6 открывается, начинается процесс нагнетания (фиг. 3), и газ через полость 5 попадает потребителю. В связи с неизбежным наличием гидравлического сопротивления линии нагнетания, по которой газ доходит до потребителя, давление в полости 5 в течение процесса нагнетания поднимается выше давления потребителя. Это повышенное давление по каналу 13 попадает в слой 18, давление в нем повышается сверх давления потребителя, и жидкость в рубашке 9 движется вниз, поднимая жидкость в рубашке 10 до тех пор, пока давления слоев 18 и 19 не сравняются между собой. Конус 17 стоит прямо по потоку нагнетаемого газа и служит для дополнительного увеличения давления газа, попадающего в канал 13, за счет преобразования части кинетической энергии движения газа в потенциальную энергию давления.

По окончании процесса нагнетания, когда поршень 2 проходит верхнюю мертвую точку, клапан 6 закрывается, начинается процесс всасывания с открытым клапаном 8, и в течение всего процесса всасывания происходит вновь стабилизация давления в слое 18, канале 13 и полости 5 до давления потребителя, т.к. они соединены друг с другом, а во время всего процесса всасывания движения газа в них отсутствует При этом в перечисленных элементах конструкции происходит понижение давления до давления потребителя, в то время как в слое 19 осталось более высокое давление, под действием которого жидкость в рубашке 10 движется вниз, а в рубашке 9 - вверх. Затем цикл повторяется.

Кроме того, в связи с наличием конусных втулок 14 и 15, которые имеют разные по направлению гидравлические сопротивления (при движении жидкости от основания конуса к его вершине оно меньше и наоборот), при подъеме жидкости в рубашке 9 ее в эту рубашку будет поступать больше через втулку 15, чем через втулку 14, а при опускании жидкости ее из рубашки 9 будет больше сливаться вниз через втулку 14, чем через втулку 15, из-за чего кроме движения жидкости в рубашке 9 «вверх-вниз», будет совершаться дополнительно круговое движение жидкости из правой части рубашки 9 (по рисунку) в ее левую часть и наоборот. И, соответственно, в рубашке 10 жидкость будет перетекать из левой части в правую при истечении жидкости из рубашки 9, и наоборот - при течении жидкости в рубашку 9.

Таким образом, в данной конструкции в течение каждого полного цикла (за один двойной ход поршня) жидкость в рубашках 9 и 10 совершает возвратно-поступательное и круговое движение, которое существенно повышает коэффициент теплопередачи от сжатого газа через стенку цилиндра 1 и далее через жидкость и стенки рубашек 9 и 10 в окружающую среду, чему способствуют также ребра охлаждения рубашки 10.

В конструкции, изображенной на фиг. 4, принцип работы которой аналогичен вышеописанному, в процессе нагнетания газа при повышении давления в полости 5 выше давления потребителя газа, это давление через канал 13 передается в слой газа 26, который через клапан 24 выдавливает жидкость из полости 23 в рубашку 9, где она по спирали движется вокруг стенок цилиндра 1 вниз, и через канал 11 попадает в емкость 20, сжимая слой газа 25, и не имеет возможность пройти через клапан 21, т.к. за ним в теплообменнике 22 жидкость находится под давлением слоя газа 26. По окончании процесса нагнетания, когда давление в полости 5, канале 13 и слое газа 26 стабилизируется и становится равным давлению потребителя газа, давление слоя газа 25, которое выше давления потребителя газа, выдавливает жидкость из емкости 20 через клапан 21, теплообменник 22, где она отдает теплоту, отнятую у поверхности цилиндра 1, в полость 23 до тех пор, пока давление в слое газа 25 не станет равным давлению слоя газа 26, который равен давлению потребителя газа.

То есть в данной конструкции осуществляется прерывистое движение охлаждающей жидкости по замкнутому кольцу, во время которого жидкость отводит теплоту от сжимаемого газа, передавая ее в окружающую среду и повышая КПД цикла компрессора.

Таким образом, в предложенных конструктивных вариантах компрессора отсутствуют специальные механизмы для прокачки жидкости через рубашку охлаждения цилиндра, и, соответственно, нет механических потерь, связанных с их работой, жидкостное охлаждение цилиндра производится автономно. Это повышает эффективность работы компрессора и снижает приведенные затраты на производство сжатого газа.

1. Поршневой компрессор, содержащий картер, цилиндр с размещенным в нем поршнем с механизмом привода с образованием рабочего объема, полость всасывания, соединенную с источником газа и с рабочим объемом через всасывающий клапан, и полость нагнетания, соединенную с потребителем газа и с рабочим объемом через нагнетательный клапан, причем вокруг рабочего объема размещена жидкостная рубашка охлаждения, соединенная с источником охлаждающей жидкости, отличающийся тем, что нижняя часть жидкостной рубашки охлаждения соединена с источником охлаждающей жидкости, а верхняя часть рубашки охлаждения соединена каналом с полостью нагнетания.

2. Поршневой компрессор по п. 1, отличающийся тем, что источник охлаждающей жидкости выполнен в виде дополнительной кольцевой рубашки, которая подсоединена к низу рубашки охлаждения каналом (или каналами) как сообщающийся герметичный сосуд и имеет на своей поверхности ребра охлаждения.

3. Поршневой компрессор по п. 1, отличающийся тем, что в верхней части рубашки охлаждения с небольшим радиальным зазором относительно наружного и внутреннего ее диаметра установлен поплавок, имеющий форму плоского кольца.

4. Поршневой компрессор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что нижняя часть жидкостной рубашки охлаждения соединена с кольцевой рубашкой с помощью, по меньшей мере, двух каналов, в каждом из которых установлено, по крайней мере, по одной втулке в виде усеченного конуса, причем в одном канале втулка установлена вершиной в сторону рубашки охлаждения, а в другом - вершиной в сторону источника жидкости.

5. Поршневой компрессор по п. 1, отличающийся тем, что канал, соединяющий полость нагнетания с верхней частью рубашки, имеет вход со стороны этой полости, расположенный непосредственно над нагнетательным клапаном, в виде усеченного конуса, с большим основанием, направленным в сторону этого клапана.

6. Поршневой компрессор по п. 1, отличающийся тем, что источник охлаждающей жидкости выполнен в виде емкости, частично заполненной жидкостью, которая через обратный клапан и теплообменник соединена с буферной полостью, которая через обратный клапан соединена с верхней частью рубашки охлаждения, и при этом полость нагнетания соединена с верхней частью рубашки охлаждения через упомянутые буферную полость и обратный клапан.

7. Поршневой компрессор по пп. 1 и 6, отличающийся тем, что в рубашке охлаждения имеется спиральный выступ вдоль оси рубашки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к охлаждаемому воздухом поршневому компрессору для транспортных средств. Нагнетатель (2) имеет несколько цилиндров (1a, 1b), приводится в действие двигателем (3) и имеет вентилятор (4) для производства потока охлаждающего воздуха.

Изобретение относится к области компрессоростроения и может быть использовано преимущественно при создании поршневых компрессоров без смазки цилиндропоршневой группы средней и большой производительности.

Способ рекуперации энергии при сжатии газа компрессорной установкой (1), имеющей две или более ступеней сжатия. Каждая из ступеней образована компрессором (2, 3).

Изобретение относится к управлению компрессорными установками, эксплуатируемыми в различных отраслях народного хозяйства, находящихся в климатических условиях с длительным воздействием отрицательных температур, и особенно для шахтных предприятий горной промышленности.

Изобретение относится к области компрессоростроения и может найти применение в технике транспортных средств в качестве агрегата для создания сжатого воздуха. .

Изобретение относится к поршневому компрессору, в частности поршневому компрессору возвратно-поступательного типа для создания сжатого воздуха, который содержит, по меньшей мере, один, соединенный с коленчатым валом посредством сопряженного, установленного при помощи подшипников качения шатуна, поршень, который в сопряженном цилиндре осуществляет возвратно-поступательное движение и через интегрированный в головку цилиндра адаптер вызывает сжатие всасываемого воздуха, причем через впускной вентиль на основании разряжения в картере, создаваемого посредством движения поршня, охлаждающий воздух из входного трубопровода попадает в картер и на основании избыточного давления в картере, создаваемого посредством обратного движения поршня, через выпускной вентиль выходит из картера, так что в картере создается внутренний поток охлаждающего воздуха.

Изобретение относится к поршневым компрессорам с охлаждением, работающим без смазки рабочей полости и предназначенным для сжатия и перемещения газов. .

Изобретение относится к области сжатия и перекачки газа, в частности представляет собой устройство для дожимания газа низкого давления до давления 20-30 МПа при подаче его потребителю, и может найти применение при бурении, освоении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин.

Изобретение относится к области машин объемного действия поршневого типа и может быть использовано при создании высокоэффективных поршневых машин малой и средней производительности с автономной жидкостной системой охлаждения. Способ работы заключается в попеременном всасывании и нагнетании газа путем изменения объема рабочей полости цилиндра. Цилиндр обтекается охлаждающей жидкостью. Картер соединяют с окружающей средой при положении поршня в верхней и нижней мертвых точках. Поршневая машина для осуществления способа содержит цилиндр 1 с жидкостной рубашкой 2, установленный на частично заполненном жидкостью картере 3 с механизмом привода, соединенным с поршнем 7, рабочую полость 8, полости всасывания 9 и нагнетания 10, всасывающий клапан 11 и нагнетательный клапан 12. Рубашка 2 соединена с нижней частью картера 3 через обратные клапаны 13 и 14, канал 15, бачок 16 с поплавком 17 и канал 18, канал 19. Нижняя часть цилиндра 1 образует с картером 3 общий объем 20, который соединен с атмосферой при положении поршня в верхней (ВМТ) и нижней (НМТ) мертвых точках: через отверстие (21) в положении ВМТ и через клапан (22) с управляющим элементом (23) в положении НМТ. Снижаются затраты на работу системы охлаждения, повышаются эффективность и КПД машины. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области компрессоростроения и может быть использовано в компрессорах с жидкостным охлаждением. Компрессорное устройство содержит компрессорный элемент 2 с камерой сжатия, с одним входом 8 охлаждающего агента и выходом 4 газа. Разделительная емкость 5 для отделения газа от охлаждающего агента соединена с выходом 4 газа. Контур охлаждения с охлаждающим устройством 10 проходит между разделительной емкостью 5 и входом 8 охлаждающего агента и оснащен блоком управления для регулирования температуры потока охлаждающего агента, подаваемого в компрессорный элемент 2. Блок управления содержит первый и второй вспомогательный регуляторы 25, 26 с различными регулируемыми параметрами. Блоки управления содержат переключающие средства 37,38, служащие для приведения одного из двух вспомогательных регуляторов 25,26 в активированное состояние, а другого из двух вспомогательных регуляторов 25,26 - в деактивированное состояние. Гибкость регулирования, возможность работы с оптимальными энергозатратами, повышается надежность. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 8ил.

Изобретение относится к области машин объемного действия поршневого типа. Способ заключается в том, что при возвратно-поступательном движении поршня происходит всасывание, сжатие и нагнетание газа потребителю с одновременным сжатием смазочно-охлаждающей жидкости в картере машины при ходе поршня вниз и ее подача в зазор между поршнем и цилиндром через питающие круговые щели в цилиндре и в сам цилиндр в конце хода всасывания и начале хода сжатия. В конце хода поршня вверх соединяют картер машины с атмосферой. Машина состоит из цилиндра 1 с установленным в нем с зазором поршнем 2 с механизмом движения, размещенным в частично заполненной смазочно-охлаждающей жидкостью 6 полости 7 картера 8. В цилиндр 1 запрессованы втулки 9, 10 и 11, которые при контакте образуют своими шероховатыми торцовыми поверхностями питающие круговые щели 12. Наружная окружность щелей 12 соединена с полостью 7 через обратный самодействующий клапан 13 и канал 14, подсоединенные к картеру 8 ниже уровня 15 жидкости. Цилиндр 1 имеет сквозное отверстие 29, которое служит для соединения свободной от жидкости полости 7 картера 8 с атмосферой при положении поршня 2 в верхней мертвой точке. Изобретение обладает высоким ресурсом безостановочной работы, высокой экономичностью. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх