СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СЖАТОГО ВОЗДУХА, ГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F04B35/02 

Изобретение относится к способу производства-выработки сжатого воздуха, газа. Изобретение необходимо для транспортировки газа по трубам, для аккумулирования энергии в виде сжатого воздуха, газа, для работы пневмомашин, газопривода.

Известны способы производства-выработки сжатого воздуха, газа посредством машин вращательного движения, например, двигатель внутреннего сгорания в паре с поршневым компрессором, электропривод в паре с турбиной-компрессором. Посредством этих сложных машин вращательного движения механическая работа преобразуется в потенциальную энергию сжатой среды в сжатый воздух, в сжатый газ. Известен способ получения сжатого воздуха с использованием давления воды в гидроприводном компрессоре.

Основным недостатком известных способов производства сжатого воздуха, газа является необходимость в силовых машинах вращательного движения, например, в двигателе внутреннего сгорания с поршневым компрессором или турбиной, электропривода с турбиной. Известный гидроприводной компрессор, технически сложный, преобразует потенциальную энергию давления воды в сжатый воздух. Это устройство не решает задачу преобразования потенциальной энергии сжатой среды пара, парогаза или газа в потенциальную энергию сжатого воздуха, т.е. устройство не преобразует давление пара, парогаза или газа в давление воздуха. Область применения гидроприводного компрессора ограничена. Такому компрессору необходим разный уровень воды, что бывает в основном только на горных реках. Существующие способы производства сжатого воздуха не способны непосредственно давление пара, парогаза или газа преобразовать в давление воздуха. Известные компрессоры не способны плавно и в широких пределах регулировать производительность, ввиду этого в работе происходит стравливание в атмосферу уже произведенного сжатого воздуха. Все это, в итоге, снижает К. П.Д. теплоносителя-топлива. Сами по себе машины двигатель, компрессор -сложны в изготовлении, существенны потери между поршнем и цилиндром, требуют смазки и недолговечны в работе.

Техническая задача настоящего изобретения упрощение процесса производства сжатого воздуха, газа путем непосредственного преобразования потенциальной энергии давления сжатой среды пара, парогаза или газа в потенциальную энергию сжатого воздуха или газа, повышение КПД и в итоге снижение расхода топлива, снижение шума, снижение себестоимости устройства и увеличение срока его службы.

Поставленная задача достигается тем, что воздух, газ, содержащийся под крышкой с прямым и обратным клапаном, в верхней половине высокой емкости, соединенной в основании каналом с низкой емкостью, залитой жидкостью, сжимается циклично подачей сжатой среды под крышку низкой емкости. Повышение КПД достигается подачей ступенчатого давления при каждом цикле во входной канал низкой емкости, от меньшего к большему. Повышение КПД достигается поступлением части отработанной сжатой среды в конце каждого цикла, в аккумулирующие емкости, поочередно, от большего давления к меньшему и в атмосферу. Повышение КПД достигается повторным поступлением части отработанной сжатой среды во входной канал низкой емкости из аккумулирующих емкостей.

Способ осуществляется устройством, которое содержит высокую емкость с прямым и обратным клапаном в крышке, соединенную в основании каналом с емкостью низкой, залитой жидкостью, закрепленную, направляющую втулку в основании, в которой установлена стойка с плавающим поплавком на ограниченной части и пазом в середине, передающим усилие поплавки на рычаг, поворотную ось, подпружиненный маятник с выступом, и на переключатель каналов, идущих в низкую емкость.

Устройство содержит каналы возрастающего давления, включающиеся во входной канал низкой емкости, перекрытые подпружиненными переключателями с поршнем, а цилиндры поршней включения соединены трубопроводом с камерой сжатия в емкости высокой. Устройство также содержит каналы понижающего давления, идущие от выпускного канала низкой емкости в аккумулирующие емкости и в атмосферу, а цилиндры поршней включения соединены трубопроводом с емкостью низкой. На входном канале давления в низкую емкость устройства содержит регулятор проходного сечения, например, кран.

Новый способ производства сжатого воздуха, газа не требует применения сложных машин: двигателя, компрессора, преобразует непосредственно давление сжатой среды пара, парогаза или газа в давление воздуха, газа. Повышает КПД, снижает расход топлива, смазочных материалов, сокращает ремонтные работы, уменьшает шум, повышает надежность работы, позволяет плавно регулировать производительность выработки сжатого воздуха, газа и в итоге снижает себестоимость производства.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 общий вид переключателя каналов возрастающего давления; на фиг. 5 разрез В-В на фиг. 4; на фиг. 6 - общий вид переключателя каналов, идущих из выпускного канала в аккумулирующие емкости и в атмосферу.

На основании 1 закреплена высокая емкость 2 с крышкой 3, аналогично закреплена емкость 4 с крышкой 5. В основании эти емкости соединены каналом 6, содержащим дренажный кран 7. В крышке высокой емкости размещены впускной клапан 8 и выпускной клапан 9. В высокую емкость через ее крышку введен трубопровод 10, перекрываемый краном 11. Внутри высокой емкости жестко закреплена втулка 12, в ней свободно установлена стойка 13, содержащая в средней части паз 14, а на ограничительной части, между гайкой 15 и прокладками 16, свободно размещен плавающий поплавок 17. В высокую емкость введена поворотная ось 18, на оси жестко закреплен рычаг 19, входящий в паз 14. На противоположном конце поворотной оси жестко закреплен маятник 20, подпружиненный пружиной 21. Выступ 22 маятника входит в паз 23 переключателя 24. Ход переключателя ограничен стенкой и шайбой 25, закрепленной на противоположном конце. На переключателе выполнена выточка 26, совпадающая при крайних позициях с входным каналом 27 и выпускным каналом 28, выполненным в бабке 29. Эти каналы совпадают с отверстиями 30 в крышке 5 низкой емкости. Входной канал перекрывается краном 31. В низкую емкость, через ее крышку, введен трубопровод 32, перекрываемый краном 33. Крышка 5 содержит резьбовую пробку 34. При принудительно открытом впускном клапане 8 и открытой пробке 34 в емкость заливают жидкость, например воду, до заполнения низкой емкости до уровня выпускного канала 28, затем впускной клапан отпускают, а пробку закрывают герметично. На панели 35 закреплен корпус 36 с переключателем 37, на котором выполнена выточка 38. На одном конце переключателя выполнена канавка 39, на другом закреплен поршень 40, который перемещается по цилиндру в корпусе 36. Цилиндр закрыт крышкой 41. Корпус содержит каналы 42 и 43. Переключатель подпружинен пружинами: сжатия 44 и растяжения 45. Пружина растяжения поджимает планку 46. На панели 35 закреплен другой корпус 47 с переключателем 48, на котором выполнена выточка 49. На одном конце переключателя выполнена канавка 50, а на другом установлен поршень 51, который перемещается по цилиндру в корпусе 47. Цилиндр закрыт крышкой 52. Под эти крышки 41 и 52 подведен трубопровод 10. Корпус 47 содержит каналы 53 и 54. Переключатель 48 подпружинен пружинами: сжатия 55 и растяжения 56. Пружина растяжения натянута между штырем 57 и выступом 58, входящим в канавку 50. Выступ закреплен на конце планки 59, а другой конец планки соединен с осью 60, которая установлена подвижно на панели 35, см. фиг. 5. Аналогично выполнены переключатели, подпружиненные пружинами сжатия и растяжения. Емкость 61 низкого давления, содержащая кран 62, посредством трубопровода 63 соединена с каналом 53, а после переключателя 48 посредством трубопровода 64 соединена с каналом 42. После переключателя 37 к каналу 42 подведен трубопровод 65, идущий во входной канал 27. Емкость 66 промежуточного давления, содержащая кран 67, посредством трубопровода 68 соединена с каналом 54, после переключателя 48 канал подведен к трубопроводу 64. Трубопровод 69 высокого давления подсоединен к каналу 43, а после переключателя 37 канал соединен с трубопроводом 65. Трубопровод 69 идет от генератора давления генератора парогаза, генератора пара. Генератор не изображен.

На панели 70 закреплен корпус 71 с переключателем 72, на котором выполнена выточка 73. На одном конце переключателя выполнена канавка 74, на другом поршень 75, который перемещается по цилиндру в корпусе 71. Цилиндр закрыт крышкой 76. Корпус содержит каналы 77 и 78. Переключатель подпружинен пружинами: сжатия 79 и растяжения 80. Пружина растяжения натянута между штырем 81 и выступом 82, входящим в канавку 74. Выступ закреплен на конце планки 83, а другой ее конец соединен с осью 84, которая установлена подвижно на панели 70. На панели 70 закреплен другой корпус 85 с переключателем 86, на котором выполнена выточка 87. Переключатель содержит канавку 88 и закрепленный поршень 89, который перемещается по цилиндру в корпусе 85. Цилиндр закрыт крышкой 90. Корпус содержит каналы 91 и 92. Переключатель подпружинен пружинами сжатия 93 и растяжения 94. Пружина растяжения натянута между штырем 95 и выступом 96, входящим в канавку 88. Выступ закреплен на конце планки 97, а другой ее конец соединен с осью 98, которая установлена подвижно на панели 70. Емкость 99 повышенного давления, содержащая кран 100, посредством трубопровода 101 соединена с каналом 78 до переключателя 72, а после соединена с трубопроводом 102, идущим от выпускного канала 28 до канала 77. Емкость 103 пониженного давления, содержащая кран 104, посредством трубопровода 105 соединена с каналом 92 до переключателя 86, а после соединена с трубопроводом 106, идущим от канала 77 до канала 91. Канал 91 выходит в атмосферу. Корпусные цилиндры закрыты крышками 76 и 90, под эти крышки подведен трубопровод 32, идущий из низкой емкости 4.

Способ производства сжатого воздуха, газа осуществляется работой устройства. Перед включением в работу устройства необходимо закрыть пробку 34 и краны 7, 11, 31, 33. Посредством трубопровода канал 27 соединяют со сжатой средой пара, парогаза или газа. После этого открывают кран 31, напор сжатой среды пойдет через канал 27, выточку 26 и далее в низкую емкость 4. Вода из низкой емкости под напором сжатой среды выдавливается через канал 6 в высокую емкость 2. В высокой емкости, выше начального уровня воды выше канала 28, под напором поступающей воды объем воздуха под крышкой 3 будет сжиматься и, достигнув определенного давления, откроет выпускной клапан 9. Сжатый воздух сжатая среда поступит по назначению. При этом плавающий поплавок 17 будет подниматься вместе с водой вдоль стойки 13, достигнув гайки 15, далее будет подниматься вместе с гайкой и стойкой. Стойка своим движением вверх повернет рычаг 19, входящий в паз 14, а рычаг повернет поворотную ось 18 вместе с маятником 20, преодолевая усилие пружины 21. Выступ 22, установленный на маятнике, вначале пройдет свободно по пазу 23, натягивая пружину 21, а затем, переходя вертикальную осевую линию, пружина совместно с усилием поплавка 17 переместит переключатель 24 влево, до упора шайбы 25. К этому времени вода и поплавок 17 достигнут верхней точки. Воздух сжатая среда уйдет потребителю, выпускной клапан 9 закроется. Перемещенный влево переключатель 24 закроет входной канал 27, выточка 26 совместится с выпускным каналом 28, открывая выход из низкой емкости 4. По выпускному каналу из низкой емкости отработанная сжатая среда пар, парогаз или газ будет выходить в атмосферу, а из высокой емкости 2 вода будет поступать в низкую емкость, по системе сообщающихся сосудов, освобождая объем для поступления новой порции воздуха, газа через впускной клапан 8. Понижающий уровень воды в высокой емкости переместит поплавок 17 вниз, а затем, вес поплавка через стойку 13, паз 14, рычаг 19, поворотную ось 18 и маятник 20, преодолевая усилие пружины 21, повернет маятник вправо, а заодно и переключатель 24. При этом выпускной канал 28 перекроется переключателем 24, выточка 26 совместится с входным каналом 27, открывая проход сжатой среде пару, парогазу или газу в низкую емкость 4. Цикл повторяется автоматически. Таким образом энергия сжатой среды пара, парогаза или газа преобразуется в энергию сжатого воздуха, газа.

Второй вариант работы совершается подачей в низкую емкость 4 ступенчато-возрастающего давления из разных емкостей, из разных генераторов. Для этого необходимо впускной канал 27 соединить с трубопроводом 65, открыть краны 11 и 31. Сжатая среда из емкости 61 низкого давления по трубопроводу 63, каналу 53, выточке 49, трубопроводу 64, каналу 42 и выточке 38 поступит в трубопровод 65. Из трубопровода по впускному каналу 27 заполнит часть низкой емкости 4. Вытесненная вода из низкой емкости поступит в высокую емкость 2. Под крышкой 3 повысится давление, это давление по трубопроводу 10 поступит под крышки 41 и 52 в цилиндры. Пружины, поджимающие поршень 51, менее жесткие, чем пружины поджимающие поршень 40, поэтому первым сработает поршень 51, преодолевая усилие пружин сжатия 55 и растяжения 56. Переключатель 48 переместится вправо, до вертикального положения планки 59, а далее, пружина растяжения 56 будет помогать поршню 51 сжимать пружину сжатия 55 и совместными усилиями переместят переключать 48 в крайне правое положение. Канал 53 перекроет переключатель 48, а выточка 49 совместится с каналом 54. Сжатая среда из емкости 66, промежуточного давления, по трубопроводу 68, каналу 54, выточке 49, трубопроводу 64, каналу 42 и через выточку 38 поступит в трубопровод 65. Из трубопровода по впускному каналу 27 заполнит значительную часть емкости 4. При этом, в емкости 2 значительно возрастет давление, это давление по трубопроводу 10 поступит под крышки 41 и 52 в цилиндры. При значительном давлении поршень 40, вначале преодолевая усилие пружин сжатия 44 и растяжения 45, переместит переключатель 37, до вертикального положения планки 46, а далее, пружина растяжения 45 будет помогать поршню 40 сжимать пружину сжатия 44 и совместными усилиями переместят переключатель 37 в крайне правое положение. Канал 42 перекроется, а выточка 38 совместится с каналом 43. Сжатая среда из трубопровода 69 высокого давления пойдет в трубопровод 65. Из трубопровода по впускному каналу 27 поступит в емкость 4. В высокой емкости 2 еще повысится давление, откроется выпускной клапан 9. Сжатая среда-воздух поступит потребителю. Плавающий поплавок 174 всплывет и своим усилием переключит переключатель 24, как описано выше. В высокой емкости закроется выпускной клапан 9 и откроется впускной клапан 8. Отработанная среда из емкости 4 уйдет в атмосферу. Под крышкой 3 образуется атмосферное давление. Такое давление образуется и под крышками 41 и 52. Под усилием поджимающих пружин, поршни 40 и 51 займут крайне левое положение, для повторения цикла.

Третий вариант работы осуществляется путем подключения к выпускному каналу 28 аккумулирующих емкостей, с распределением давления от большего к меньшему. Для этого необходимо трубопровод 102 подсоединить к выпускному каналу 28 и открыть краны 31 и 33. Сжатая среда пар, парогаз или газ, поступающий в емкость 4, по трубопроводу 32, поступит под крышки 76 и 90 в цилиндры и при достижении определенного давления поршни 75 и 89 под давлением сжатой среды займут крайне правое положение. При этом, канал 77 перекроется переключателем 72, а выточка 73 совместится с каналом 78. Канал 91 перекроется переключателем 86, а выточка 87 совместится с каналом 92. Совершая цикл по вышеописанному, переключатель 24, перемещаясь влево, откроет выпускной канал 28. Сжатая отработанная среда емкости 4 по каналу 28 поступит в трубопровод 102, далее по каналу 78, через выточку 73 и трубопровод 101 поступит в аккумулирующую емкость 99 повышенного давления. При этом давление сжатой среды в низкой емкости 4 снизится, пружина сжатия 79 и растяжения 80, как более жесткие, пересилят усилие поршня 75 и передвинут переключатель 72 с поршнем 75 в крайне левое положение. Канал 78 закроется, а канал 77 откроется. Сжатая среда меньшего давления из трубопровода 102 по каналу 77, через выточку 73, трубопровод 106, по каналу 92, выточку 87 и трубопровод 105 поступит в аккумулирующую емкость 103 пониженного давления. Давление сжатой среды в емкости 4 еще больше снизится, пружина сжатия 93 и растяжения 94, менее жесткие, пересилят усилие поршня 89 и передвинут переключатель 86 в крайне левое положение. Канал 92 закроется, а канал 91 откроется. Остаток отработанной сжатой среды из емкости 4 уйдет в атмосферу, через канал 91. Цикл заканчивается, переключатель 24 займет исходную позицию для повторения цикла.

Для максимального повышения КПД необходимо емкость 61 низкого давления соединить трубопроводом с емкостью 103, емкость 66 промежуточного давления соединить с емкостью 99. Открыть краны 62, 67, 100 и 104, в результате этого значительная часть отработанной сжатой среды снова будет поступать в низкую емкость 4, включаясь в работу устройства. Повторное поступление значительной части отработанной среды через ступенчатое давление в низкую емкость 4 снижает расход высокого давления из трубопровода 69, т.е. из генератора давления. Тем самым снижается расход топлива на производство сжатого воздуха, газа.

Регулятор проходного сечения, например, кран 31, установленный на входном канале 27, позволяет регулировать в широких пределах производительность устройства, экономить топливо.

Новый способ производства сжатого воздуха, газа и устройство для его осуществления заменяет сложные машины вращательного движения, применяемые для тех же целей: электроприводы, двигатели внутреннего сгорания, турбины, поршневые машины. Упрощается процесс производства сжатого воздуха, газа, повышается КПД, регулируется в широких пределах производительность, снижаются расходы на ремонт и обслуживание устройства, снижается шум в работе.

Использование: в народном хозяйстве для транспортировки газа по трубам, для аккумулирования энергии в виде сжатого воздуха, газа, для работы пневмоустройства, газопривода. Сущность изобретения: воздух, газ, содержащийся в высокой емкости под крышкой с клапанами, поджимается жидкостью, цикличным давлением по каналу в основании из емкости низкой. Каждый цикл производится подачей ступенчатого давления в низкую емкость от меньшего к большему, а часть отработанного давления поступает поочередно в аккумулирующие емкости, от большего давления к меньшему и в атмосферу. Аккумулированное давление поступает снова в работу через ступенчатое давление. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ производства сжатого воздуха, газа с впускным и выпускным клапанами в крышке сжимаемого объема, отличающийся тем, что воздух, газ, содержащийся в высокой емкости, поджимается по каналу в основании цикличным давлением сжатой среды в низкой емкости, заполненной жидкостью. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поступление цикличного давления сжатой среды в низкую емкость производится последовательной подачей ступенчатого возрастающего давления. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что из низкой емкости отработанная сжатая среда каждого цикла распределяется в аккумулирующие емкости от большего давления к меньшему и в атмосферу. 4. Способ по пп. 2 и 3, отличающийся тем, что аккумулированная сжатая среда из емкостей разного давления возвращается в каналы ступенчатого давления, идущие в низкую емкость. 5. Устройство для осуществления способа, содержащее впускной и выпускной клапаны в крышке сжимаемого объема, отличающееся тем, что на платформе установлены с общим каналом в основании закрытые емкости, высокая и низкая, залитые жидкостью, причем на низкой емкости установлен автоматический переключатель каналов впуска и выпуска сжатой среды, кинематически задействованной от штыря ограниченного хода в плавающем поплавке. 6. Устройство для осуществления способа по п.5, отличающееся тем, что снабжено каналами ступенчато-возрастающего давления, перекрытыми подпружиненными переключателями, с поршнем и цилиндром, включающиеся поочередно во входной канал низкой емкости, причем цилиндры поршней подключены к камере сжатия в высокой емкости. 7. Устройство для осуществления способа по п.5, отличающееся тем, что снабжено ступенчато понижающими каналами давления, исходящими от впускного канала низкой емкости, идущими в аккумулирующие емкости и в атмосферу, перекрытыми подпружиненными переключателями с поршнем и цилиндром, причем цилиндры поршней включения подключены к низкой емкости. 8. Устройство для осуществления способа по п.5, отличающееся тем, что на входном канале низкой емкости установлен регулятор проходного сечения, например кран.