Поршневой компрессор с рубашечным охлаждением

Изобретение относится к области компрессоростроения и может быть использовано в поршневых компрессорах с автономным охлаждением цилиндропоршневой группы. Компрессор содержит цилиндр 1 с дифференциальным поршнем 2 и двумя рабочими объемами 4 и 5. Полости всасывания 6 и 7 соединены с источником газа и с рабочими объемами 4 и 5 через всасывающие клапаны 8 и 9. Полости нагнетания 10 и 11 соединены с потребителем газа и с рабочими объемами 4 и 5 через нагнетательные клапаны 12 и 13. Вокруг цилиндра 1 имеется жидкостная рубашка охлаждения 14. Полости всасывания 6 и 7 соединены с жидкостной рубашкой 14 через теплообменники 15 и 16, часть рабочего объема которых, подключенная к полостям всасывания, находится выше уровня охлаждающей жидкости в рубашке охлаждения. Теплообменники 15 и 16 являются сообщающимися через рубашку 14 сосудами. Постоянно движущаяся по теплообменникам 15 и 16 и в рубашке 14 жидкость отводит теплоту сжатия от цилиндра 1. Достигается уменьшение габаритов при использовании жидкостного охлаждения, упрощается его схема, снижаются удельные затраты на сжатие газа. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

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

Известен поршневой компрессор, содержащий 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).

Известен также поршневой компрессор, содержащий общий цилиндр с размещенным в нем дифференциальным поршнем с механизмом привода с образованием двух рабочих объемов, полостей всасывания, соединенных с источником газа и с рабочими объемами через всасывающие клапаны, и полости нагнетания, соединенные с потребителем газа и с рабочими объемами через нагнетательные клапаны, причем вокруг общего цилиндра 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.

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

Указанная задача решается тем, что в поршневом компрессоре, содержащем общий цилиндр с размещенным в нем дифференциальным поршнем с механизмом привода с образованием двух рабочих объемов, полости всасывания, соединенные с источником газа и с рабочими объемами через всасывающие клапаны, и полости нагнетания, соединенные с потребителем газа и с рабочими объемами через нагнетательные клапаны, причем вокруг общего цилиндра размещена жидкостная рубашка охлаждения, заполненная охлаждающей жидкостью, согласно предлагаемому изобретению полости всасывания соединены с жидкостной рубашкой через теплообменники, часть рабочего объема которых, подключенная к полостям всасывания, находится выше уровня охлаждающей жидкости. При этом место соединения теплообменников с рубашкой охлаждения может находиться в зоне нагнетательных клапанов компрессора.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 схематично изображено продольное (вдоль оси цилиндра) сечение цилиндропоршневой группы компрессора.

На фиг. 2 изображено это же сечение при ходе поршня вверх в процессе сжатия-нагнетания газа в верхней части цилиндра и всасывания в нижней части цилиндра.

На фиг. 3 показано это же сечение при ходе поршня вниз, когда над ним в полости цилиндра происходит процесс всасывания, а под ним - сжатия-нагнетания.

На фиг. 4 показан конструктивный вариант цилиндропоршневой группы компрессора, в котором обе полости всасывания подключены к рубашке охлаждения в зоне действия нагнетательных клапанов.

Поршневой компрессор с рубашечным охлаждением (фиг. 1) содержит общий цилиндр 1 с размещенным в нем дифференциальным поршнем 2, соединенным через шток 3 с механизмом привода (на чертеже условно не показан) с образованием двух рабочих объемов - надпоршневым 4 и подпоршневым 5, полости всасывания которых соответственно 6 и 7 соединены с источником газа и с рабочими объемами 4 и 5 через всасывающие клапаны 8 и 9. Полости нагнетания 10 и 11 соединены с потребителем газа и с рабочими объемами 4 и 5 через нагнетательные клапаны 12 и 13. Вокруг общего цилиндра 1 размещена жидкостная рубашка охлаждения 14, заполненная охлаждающей жидкостью, и полости всасывания 6 и 7 соединены с жидкостной рубашкой 14 через теплообменники 15 и 16, часть рабочего объема которых 17 и 18, подключенная к полостям всасывания 6 и 7, находится выше уровня А-А охлаждающей жидкости в рубашке охлаждения 14. В данном варианте место соединения теплообменников 15 и 16 с рубашкой охлаждения 14 находится примерно по центру длины рубашки вдоль оси цилиндра 1. Всасывание газа от источника происходит через всасывающие трубопроводы 19 и 20, а нагнетание потребителю - через нагнетательные трубопроводы 21 и 22.

В компрессоре, изображенном на фиг. 4, место соединения теплообменников 15 и 16 с рубашкой охлаждения 14 находится в зоне нагнетательных клапанов 12 и 13 компрессора.

На чертежах введены также следующие обозначения: р - давление, рн - давление нагнетания газа, рв - давление всасывания газа, h - высота подъема или опускания жидкости в теплообменниках 15 и 16.

Компрессор работает следующим образом (фиг. 1).

При возвратно-поступательном движении поршня 2 рабочий объем 4 увеличивается (поршень 2 идет вниз), газ всасывается в него от источника через трубопровод 19, полость 6, открытый клапан 8 (клапан 12 при этом закрыт). Затем поршень 2 достигает нижней мертвой точки и начинает движение вверх. При этом клапан 8 закрывается, и при закрытых клапанах 8 и 12 происходит уменьшение объема 4, сжатие газа в этом объеме до достижения им давления нагнетания, после чего клапан 12 открывается (клапан 8 закрыт) и через него происходит нагнетание газа потребителю через полсть 10 и трубопровод 21.

Аналогично происходит работа компрессора в рабочем объеме 5, в котором при возвратно-поступательном движении поршня 2 газ всасывается через трубопровод 20, полость 7, клапан 9, сжимается и нагнетается потребителю через клапан 13, полость 11 и трубопровод 22.

При ходе поршня 2 вверх (фиг. 2) происходит сжатие газа в рабочем объеме 4 и его нагнетание потребителю через открытый клапан 12 и нагнетательный трубопровод 21. При этом в рабочем объеме 4 сначала газ достигает давления нагнетания, затем несколько превышает его (в связи с силами инерции, действующими на запорный элемент клапана, и силой упругости пружины, которая его прижимает, - на чертеже условно не показана), и далее после открытия клапана нагнетания 12 газ из рабочего объема 4 истекает через полость 10, клапан 12 и нагнетательный трубопровод 21 потребителю под давлением нагнетания. При этом всасывающий клапан 8 закрыт под действием перепада давления, а в полости 6, в части 17 теплообменника и в самом теплообменнике 15 в связи с отсутствием в них движения газа действует давление всасывания.

В это же время рабочий объем 5 увеличивается, в нем происходит процесс расширения объема и процесс всасывания газа, при котором давление в этом объеме падает ниже давления всасывания рв - давления источника газа. В связи с сопротивлением всасывающего трубопровода 20 и, как правило, сопротивлением установленного на нем фильтра (на чертеже условно не показан), давление в полости всасывания 7 становится также меньше давления всасывания. Такое же давление устанавливается в соединенном с полостью 7 теплообменнике 16 и, соответственно, в его верхней части 18. При этом нагнетательный клапан 13 закрыт под действием перепада давления.

По существу теплообменники 15 и 16 являются сообщающимися через рубашку 14 сосудами. И при этом давление в левой по рисунку ветви (в теплообменнике 15) становится выше, чем в правой ветви (в теплообменнике 16) этих сосудов. Под действием создавшегося перепада давления жидкость из теплообменника 15 через рубашку 14 перетекает в теплообменник 16.

Это течение сохраняется до тех пор, пока поршень 2 не придет в верхнюю мертвую точку, и движение газа через всасывающий трубопровод 20, полость 7 и клапан 9 не прекратится, клапан 9 не закроется, что приводит к тому, что давление в полости 7 становится равным давлению всасывания.

В конце этого процесса жидкость в правой ветви повысится, а в левой ветви понизится на величину h (при равном диаметре и количестве трубок теплообменников 15 и 16).

При ходе поршня 2 вниз (фиг. 3) происходит уменьшение рабочего объема 5, сжатие в нем газа и затем нагнетание его через открывшийся клапан 13, полость 11 и трубопровод 22 потребителю, всасывающий клапан 9 при этом закрыт, давление в полости 7 равно давлению всасывания.

В это же время рабочий объем 4 увеличивается, давление в нем падает, клапан 12 закрывается, а клапан 8 - открывается, в связи с чем начинается движение газа через всасывающий трубопровод 19, полость 6 и клапан 8 в полость 5 - происходит процесс всасывания газа в полость 4.

Так же как и при всасывании газа в полость 5 (этот процесс описан выше), при всасывании газа в полость 4 возникает перепад давления между полостями 7 (оно выше) и 6 (оно ниже), в результате чего жидкость из теплообменника 16 перетекает через рубашку 14 в теплообменник 15.

Таким образом, при возвратно-поступательном движении поршня 2 жидкость постоянно совершает колебательное движение в трубках теплообменников 15 и 16 и течет в рубашке 14.

При сжатии газа выделяется теплота сжатия, которая путем конвективного теплообмена передается стенкам цилиндра 1 и далее, за счет передачи теплоты теплопроводностью - в жидкость, находящуюся в рубашке 14. Постоянно движущаяся через рубашку 14 жидкость переносит эту теплоту в зону теплообменников 15 и 16, где теплота сжатия путем конвективного теплообмена передается в окружающую среду.

На фиг. 1-3 изображен вариант компрессора со сравнительно короткоходовым поршнем 2 - ход поршня 2 примерно равен диаметру цилиндра 1. В этом случае длина цилиндра 1 невелика и его теплонапряженность сравнительно равномерна по длине, и движущаяся в рубашке жидкость нормально охлаждает цилиндр и примыкающие к нему детали клапанной крышки, в которой установлены клапаны, будучи подведенной из теплообменников 15 и 16 примерно в центре длины цилиндра 1.

В том случае, если ход поршня 2 сравнительно велик (например, ход поршня 2 равен полутора диаметрам цилиндра 1 и более), необходимо охлаждение наиболее нагретых зон, в которых установлены нагнетательные клапаны 12 и 13. Для этого входы теплообменников 15 и 16 в рубашку 14 сделаны в зоне этих клапанов (фиг. 4). Это позволяет, во-первых: более равномерно охладить цилиндропоршневую группу с целью минимизации искажения формы цилиндра и поршня, что положительно сказывается на работоспособности поршневого уплотнения, а во-вторых: снизить теплонапряженность деталей нагнетательных клапанов, что положительно сказывается на ресурсе их работы и их герметичности.

Работа компрессора, изображенная на фиг. 4, пояснений не требует.

Хорошее охлаждение цилиндропоршневой группы в предложенной конструкции компрессора позволяет ему работать с высокой степенью повышения давления в одной ступени (10-12 и выше) при обеспечении показателей по экономичности (индикаторные КПД), характерных для компрессоров с подводом охлаждающей жидкости от посторонних источников. Однако при этом предложенное техническое решение позволяет обойтись без посторонних источников охлаждающей жидкости, что дает возможность существенно улучшить массогабаритные характеристики компрессора, приблизить эти характеристики к показателям компрессоров с воздушным охлаждением при автономной работе компрессора, снизить его стоимость.

Все это вместе взятое позволяет выполнить поставленную техническую задачу - снизить массу компрессора, упростить его конструкцию, снизить его стоимость и общие затраты мощности на сжатие газа, т.е. в конечном итоге - снизить приведенную стоимость сжатого газа и повысить общую эффективность компрессора.

1. Поршневой компрессор, содержащий общий цилиндр с размещенным в нем дифференциальным поршнем с механизмом привода с образованием двух рабочих объемов, полости всасывания, соединенные с источником газа и с рабочими объемами через всасывающие клапаны, и полости нагнетания, соединенные с потребителем газа и с рабочими объемами через нагнетательные клапаны, причем вокруг общего цилиндра размещена жидкостная рубашка охлаждения, заполненная охлаждающей жидкостью, отличающийся тем, что полости всасывания соединены с жидкостной рубашкой через теплообменники, часть рабочего объема которых, подключенная к полостям всасывания, находится выше уровня охлаждающей жидкости в рубашке охлаждения.

2. Поршневой компрессор по п. 1, отличающийся тем, что место соединения теплообменников с рубашкой охлаждения находится в зоне нагнетательных клапанов компрессора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области компрессоростроения и может быть использовано в поршневых компрессорах с автономным жидкостным охлаждением цилиндропоршневой группы.

Изобретение относится к области компрессоростроения и может быть использовано при создании экономичных поршневых машин для сжатия газа с независимым активным жидкостным охлаждением.

Изобретение относится к области энергетики и компрессоростроения и может быть использовано при создании поршневых компрессоров. Поршневая машина содержит цилиндр 1 с поршнем 2 с образованием рабочего объема 4, клапанную коробку 5 с полостью всасывания 6, линию всасывания 7, всасывающий клапан 8, полость нагнетания 11, линию нагнетания 12, нагнетательный клапан 13.

Изобретение относится к области компрессоростроения и может быть использовано при создании экономичных поршневых машин для сжатия газа с индивидуальным жидкостным охлаждением цилиндропоршневой группы.

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.

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.

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.

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.

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.

Изобретение относится к области компрессоростроения и может быть использовано при создании поршневых компрессоров, к которым предъявляются высокие требования по ресурсу работы, надежности и экономичности. Компрессор содержит газовый цилиндр 1 с основным поршнем 4, размещенным в цилиндре 1 с зазором 3. Содержит вспомогательный поршень 9 или плунжер с жидкостным цилиндром 10, соединенным с источником жидкости 14 и с жидкостной рубашкой 2, размещенной в газовом цилиндре 1, а через гидравлическую линию - с жидкостной полостью, размещенной в основном поршне 4. Оба поршня или поршень и плунжер, основной и вспомогательный, имеют один механизм привода, содержащий по крайней мере один кривошип 30. Часть гидравлической линии, соединяющей жидкостный цилиндр 10 с жидкостной полостью 2 основного поршня 4, размещена в теле кривошипа. Организуется тщательное охлаждение поршня и цилиндра, уплотнение поршня и смазка под давлением механизма привода. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к поршневым компрессорам с охлаждением, работающим без смазки рабочей полости и предназначенным для сжатия и перемещения газов. Поршневой компрессор содержит цилиндр, крышку с всасывающим и нагнетательным клапанами. В цилиндре расположен поршень с поршневыми кольцами, выполненными из самосмазывающихся материалов, предназначенных для герметизации рабочей камеры. В крышке цилиндра перед нагнетательным клапаном в паз радиусом R1 установлены ребра. Ребра расположены перпендикулярно к торцу крышки, обращенному в сторону рабочей камеры поршневого компрессора. Ребра имеют полусферическую форму и выполнены радиусом R толщиной δ из металлических пластин. За счет исключения оребрения по всей внутренней поверхности цилиндра, уменьшения площади оребрения, наличия поршневых колец изобретение позволяет уменьшить утечки газа, увеличить теплоотдачу от газа к стенкам рабочей камеры в процессе нагнетания, уменьшить мертвый объем в камере компрессора. 1 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться в компрессорной технике. Поршневой компрессор содержит цилиндрический корпус 1 с двумя оппозитно установленными в нем компрессорным и приводным цилиндрами 2 и 3. В каждом цилиндре 2 и 3 размещены поршни 4 и 5, закрепленные на общем штоке 6. Содержит входные и выходные линии 7, 8 связи рабочих полостей 9, 10 цилиндра 2 и систему подачи рабочей среды в рабочие полости 11, 12 цилиндра 3. Содержит источник 13 рабочей среды с напорной и сливной линиями 14, 15, распределительное устройство 16 и теплообменное устройство 17. Корпус 1 выполнен с рубашкой 18 охлаждения. Содержит плунжерный микронасос 19, который представляет собой рабочую полость, образованную крышкой 20 корпуса 1 и концом 21 общего штока 6, являющимся плунжером микронасоса 19. Его другой конец 22 механически связан с распределительным устройством 16. Теплообменное устройство 17 установлено в напорной линии 14 связи с возможностью преобразования рабочей среды в парообразное состояние. В сливной линии 15 установлено дополнительное теплообменное устройство 24 с возможностью преобразования парообразной рабочей среды, например фреона, в жидкое состояние. Сливная линия 15 через подпорный клапан 25 соединена с источником 13 рабочей среды в виде бака, который через линию 26 всасывания подключен к микронасосу 19. В напорной линии 14 на входе в теплообменное устройство 17 установлен обратный клапан 28. Изобретение позволяет снизить механические потери при работе за счет тепла, вырабатываемого компрессором, и преобразовать это тепло в механическую энергию работы элементов компрессора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к энергетическим машинам и может быть использовано при создании высокоэкономичных автономно работающих двухступенчатых компрессоров и гибридных машин - насос-компрессоров с жидкостным охлаждением компрессорных полостей первой и второй ступени. Поршневая двухступенчатая машина состоит из картера 1 с механизмом привода, приводящим в движение поршень 4, который с общим цилиндром образует газовые полости первой ступени 5 и второй ступени 6, а также жидкостную дополнительную ступень 11. Все ступени снабжены всасывающими и нагнетательными клапанами, вокруг газовых ступеней имеются рубашки охлаждения 9, 10. При возвратно-поступательном движении поршня 4 происходит всасывание газа в полость 5 первой ступени, его сжатие и подача во вторую ступень 6, где газ дожимается и подается потребителю. Жидкость всасывается в полость 5 через рубашку 10, сжимается и прокачивается через рубашку 9, чем достигается охлаждение первой 5 и второй 6 ступени и уплотнение зазоров между поршнем и цилиндрами газовых ступеней. Достигается автономное охлаждение машины при сжатии газов, бесконтактное уплотнение поршня и повышение экономичности машины. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано при создании экономичных поршневых компрессоров малой и средней производительности с автономным жидкостным охлаждением. Способ работы компрессора заключается в том, что величину дополнительного объема, напрямую соединенного с полостью нагнетания машины и частично заполненного охлаждающей жидкостью, уменьшают при увеличении давления нагнетания и наоборот увеличивают - при уменьшении давления нагнетания. Компрессор состоит из цилиндра 1 с поршнем 2, рабочей камеры 4, полостей всасывания 6 и нагнетания 9 с клапанами 5 и 8. Полость нагнетания 9 соединена каналом 16 с дополнительным объемом 14, который через нагнетательный клапан 12 соединен с рубашкой охлаждения 11 и через всасывающий клапан 18 - с питающей емкостью 20. При повышении давления нагнетания сверх нормативного плунжер 24 опускают в объем 14 и наоборот. Достигается максимально возможное движение жидкости через систему охлаждения на всех режимах работы машины, что повышает отвод теплоты от цилиндра 1 и повышает экономичность работы компрессора. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области энергетических машин и касается поршневых машин и систем их охлаждения, и может быть использовано при создании поршневых компрессоров с повышенной экономичностью за счет организации автономной энергосберегающей системы охлаждения цилиндропоршневой группы. Компрессор состоит из цилиндров 1, 2 с рубашкой охлаждения 14, поршней 15, 16, которые приводятся в движение коленчатым валом 19 через шатуны 17, 18. Газ всасывается в полости 7, 8 цилиндров 1, 2 через линию всасывания 12, общую для цилиндров полость всасывания 9 и обратные самодействующие клапаны 3, 4, сжимается и нагнетается потребителю через обратные самодействующие клапаны 5, 6, полости нагнетания 10, 11 и линию нагнетания 13. Рубашка 14 соединена через теплообменники 28, 29 и обратные клапаны 26, 27 с герметичной емкостью 24, соединенной каналом 25 с полостью 9, а также через канал 30 с емкостью 1, сообщенной с атмосферой отверстием 32. Повышается экономичность компрессора без дополнительных затрат энергии. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области компрессоростроения и может быть использовано в поршневых компрессорах с автономным охлаждением цилиндропоршневой группы. Компрессор содержит цилиндр 1 с дифференциальным поршнем 2 и двумя рабочими объемами 4 и 5. Полости всасывания 6 и 7 соединены с источником газа и с рабочими объемами 4 и 5 через всасывающие клапаны 8 и 9. Полости нагнетания 10 и 11 соединены с потребителем газа и с рабочими объемами 4 и 5 через нагнетательные клапаны 12 и 13. Вокруг цилиндра 1 имеется жидкостная рубашка охлаждения 14. Полости всасывания 6 и 7 соединены с жидкостной рубашкой 14 через теплообменники 15 и 16, часть рабочего объема которых, подключенная к полостям всасывания, находится выше уровня охлаждающей жидкости в рубашке охлаждения. Теплообменники 15 и 16 являются сообщающимися через рубашку 14 сосудами. Постоянно движущаяся по теплообменникам 15 и 16 и в рубашке 14 жидкость отводит теплоту сжатия от цилиндра 1. Достигается уменьшение габаритов при использовании жидкостного охлаждения, упрощается его схема, снижаются удельные затраты на сжатие газа. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх