СВОБОДНОПОРШНЕВОЙ ГАЗОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ-КОМПРЕССОР Российский патент 1998 года по МПК F04B31/00 F02B71/00 

Изобретение относится к двигателе- и компрессоростроению и может быть использовано для компримирования газа на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях, дожимных станциях, станциях подземного хранения газа, в составе энерготехнологических комплексов при интенсификации добычи нефти и газа.

Известен свободнопоршневой двигатель-компрессор, содержащий цилиндропоршневые группы двигателя и компрессора, механизм синхронизации движения поршневых групп и систему подачи топлива в цилиндр двигателя [1].

В качестве топлива в известном двигателе-компрессоре может применяться только дизельное топливо.

Известен свободнопоршневой генератор газа, содержащий корпус с размещенными в нем цилиндропоршневыми группами двигателя и компрессорных ступеней, механизм синхронизации движения поршневых групп, устройство топливоподачи, установленное на корпусе цилиндра двигателя и содержащее плунжерный насос, включающий дозирующую и аккумулирующую плунжерные пары и приводной вал с кулачковой шайбой, кинематически связанной с плунжером дозирующей пары [2].

Известный совбоднопоршневой генератор газа также работает только на жидком (дизельном) топливе.

Задачей настоящего изобретения является создание свободнопоршневого газового двигателя-компрессора, предназначенного для компримирования природного или нефтяного газа, в котором топливом для двигателя служит этот же природный или нефтяной газ.

Сущность заявленного изобретения заключается в том, что в свободнопоршневом двигателе-компрессоре, содержащем цилиндропоршневые группы двигателя и компрессорных ступеней, механизм синхронизации движения поршневых групп, устройство топливоподачи, включающее установленный на корпусе двигателя плунжерный насос, содержащий дозирующую и аккумулирующую плунжерные пары и приводной вал с кулачковой шайбой, кинематически связанной с плунжером дозирующей пары, устройство подачи топлива в цилиндр двигателя содержит газовпускной клапан, подсоединенный к линии подвода газового топлива и включающий подпружиненный запорный орган, плунжерный насос снабжен шарнирноразмещенным на его корпусе двуплечим рычагом, одно плечо которого постоянно взаимодействует с запорным органом газовпускного клапана, а второе плечо - с подпружиненным толкателем, установленным в корпусе насоса и кинематически связанным с плунжером аккумулирующей пары, при этом всасывающая и нагнетающая полости насоса сообщены между собой замкнутым внешним контуром, в который включена емкость с рабочей жидкостью.

На фиг. 1 показана общая схема свободнопоршневого газового двигателя-компрессора; на фиг. 2 - газовпускной клапан (разрез); на фиг. 3 - узел установки газовпускного клапана и плунжерного насоса на цилиндре двигателя; на фиг. 4 - плунжерный насос (разрез).

Свободнопоршневой газовый двигатель-компрессор содержит цилиндр 1 двигателя, цилиндры 2, 3, 4 компрессорных ступеней, цилиндр 5 буфера - продувочного насоса, поршни 6, 7 двигателя, жестко связанные с поршнями 8, 9, 10 ступеней компрессора и поршнем 11 буфера - продувочного насоса, механизм синхронизации 12 движения поршневых групп. На цилиндре двигателя установлен газовпускной клапан 13 с подпружиненным запорным органом 14, и две форкамеры 15, каждая из которых имеет клапан 16 подачи газового топлива и свечу 17 зажигания. На корпусе двигателя закреплен плунжерный насос 18. На корпусе насоса на кронштейне 19 шарнирно установлен двуплечий рычаг 20.

В крышке 21 и в корпусе 22 плунжерного насоса установлен на подшипниках приводной вал 23 с шестерней 24 механизма синхронизации и кулачковой шайбой 25. В корпусе 22 смонтирован рычаг 26 с роликом 27 и установлена зубчатая рейка 28. Сверху в расточке корпуса 22 размещены дозирующая плунжерная пара 29, тарелка 30, пружина 31, проставка 32 с невозвратным клапаном 33, аккумулирующая плунжерная пара 34. Плунжерные пары 29 и 34 и проставка 32 плотно прижаты друг к другу гайкой 35. Плунжер 36 аккумулирующей пары через тарелку 37 связан с подпружиненным толкателем 38.

На корпусе насоса закреплена поплавковая камера 39 с фильтром.

Во втулке дозирующей плунжерной пары 29 и в проставке 32 выполнены каналы для циркуляции рабочей жидкости между всасывающей 40 и нагнетающей 41 полостями насоса. Плунжер 42 дозирующей пары выполнен с косой кромкой 43 на торце и имеет две кольцевые канавки 44, 45 и осевую расточку 46, сообщенную с верхней канавкой 44.

Нагнетающая 41 и всасывающая 40 полости насоса сообщены между собой внешним контуром 47 через емкость 48 с рабочей жидкостью.

Свободнопоршневой газовый двигатель-компрессор работает следующим образом.

При движении поршневых групп от наружной мертвой точки - НМТ к внутренней мертвой точке - ВМТ, после закрытия продувочных и выпускных окон кулачковая шайба 25 своей активной частью набегает на ролик 27 и через рычаг 26 приводит в движение вверх плунжер 42 дозирующей пары. После перекрытия косой кромкой плунжера всасывающего канала во втулке начинается нагнетание рабочей жидкости через невозвратный клапан 33 в аккумулирующую плунжерную пару 34 с подъемом вверх плунжера 36 и сжатием пружины толкателя 38. Движение плунжера 36 передается через толкатель 38 и двуплечий рычаг 20 подпружиненному запорному органу 14 газовпускного клапана 13. Это положение соответствует началу подачи газового топлива в цилиндр двигателя.

При дальнейшем движении кулачковой шайбы, плунжеры дозирующей и аккумулирующей пар продолжают движение вверх до тех пор, пока верхняя канавка 44 на плунжере дозирующей пары не сообщится через отверстие с всасывающей полостью 40. В этот момент происходит разгрузка дозирующей пары от давления, закрывается невозвратный клапан 33, ролик 27 выходит на цилиндрическую часть кулачковой шайбы и прекращается подъем плунжеров. При дальнейшем вращении кулачковой шайбы ролик 27 движется по ее цилиндрической части.

При положении поршней двигателя на расстоянии ≈ 120 мм от оси форкамер ролик 27 переходит на вторую активную часть кулачковой шайбы и при положении поршней на расстоянии ≈ 80- 90 мм до оси форкамер, нижняя канавка 45 на плунжере дозирующей пары сообщается со сверлением во втулке. При этом положении полость аккумулирующей пары через каналы во втулке дозирующей пары и вставке сообщается с нагнетающей полостью 41. Рабочая жидкость вытесняется в емкость 48. Плунжер 36 опускается вниз, толкатель 38 опускается вниз, газовпускной клапан 13 закрывается.

При дальнейшем движении поршней двигателя к ВМТ при прохождении их на некотором расстоянии от оси форкамер, в форкамерах поджигается от электрической искры топливо, происходит сгорание его и в цилиндре двигателя, поршни останавливаются во внутренней мертвой точке. При обратном движении поршней происходит расширение продуктов сгорания.

После того как косая кромка плунжера дозирующей пары откроет всасывающий канал во втулке, начинается наполнение дозирующей пары рабочей жидкостью из поплавковой камеры, сообщенной с емкостью 48.

Изменение величины подъема плунжера аккумулирующей пары и соответственно и величины хода запорного органа газовпускного клапана осуществляется поворотом плунжера дозирующей пары вокруг своей оси с помощью рейки 28. При выдвижении рейки в крайнее положение прекращается подача рабочей жидкости дозирующей парой, что может быть использовано для остановки двигатель-компрессора.

Использование предложенного свободнопоршневого газового двигателя-компрессора способствует экономии дефицитного дизельного топлива путем замены его на природный или нефтяной газ, повышению ресурса работы двигателя на 40 - 50% по сравнению с двигателем, работающим на жидком топливе, улучшению экологической обстановки окружающей среды за счет уменьшения токсичности отработавших газов.

Источники информации
1. Френкель М.И. Поршневые компрессоры. - Л.: Машиностроение, 1969, с. 145 - 148.

2. Кошкин В.К. и др. Свободнопоршневые генераторы газа для газотурбинных установок. - М.: Машгиз, 1963, с. 206 - 247.

Двигатель-компрессор предназначен для компримирования природного или нефтяного газа, в котором топливом для двигателя служит этот же газ. На цилиндре двигателя установлен газовпускной клапан, подключенный к магистрали подачи газового топлива. Клапан содержит подпружиненный запорный орган. Плунжерный насос снабжен шарнирно размещенным на его корпусе двуплечим рычагом, одно плечо которого постоянно взаимодействует с запорным органом газовпускного клапана, а второе плечо - с подпружиненным толкателем, установленным в корпусе насоса и кинематически связанным с плунжером аккумулирующей пары. Между плунжерными парами установлен невозвратный клапан. Полости всасывания и нагнетания насоса сообщены между собой замкнутым внешним контуром через емкость с рабочей жидкостью. 4 ил.

Свободнопоршневой газовый двигатель-компрессор, содержащий цилиндро-поршневые группы двигателя и компрессорных ступеней, механизм синхронизации движения поршневых групп, устройство топливоподачи в цилиндр двигателя, включающее установленный на корпусе двигателя плунжерный насос, содержащий дозирующую и аккумулирующую плунжерные пары с невозвратным клапаном между ними и приводной вал с закрепленной на нем кулачковой шайбой, кинематически связанной с плунжером дозирующей пары насоса, отличающийся тем, что устройство подачи топлива в цилиндр двигателя содержит газовпускной клапан, подсоединенный к линии подвода газового топлива и включающий подпружиненный запорный орган, плунжерный насос снабжен шарнирно размещенным на его корпусе двуплечим рычагом, одно плечо которого постоянно взаимодействует с запорным органом газовпускного клапана, а второе плечо - с подпружиненным толкателем, установленным в корпусе насоса и кинематически связанным с плунжером аккумулирующей пары, при этом всасывающая и нагнетающая полости насоса сообщены между собой замкнутым внешним контуром, в который включена емкость с рабочей жидкостью.