СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ГАЗА ИЛИ ВОЗДУХА В КОМПРЕССОРНОЙ УСТАНОВКЕ Российский патент 1999 года по МПК F04B41/06 

Изобретение относится к области компрессоростроения и может быть использовано для получения высоких давлений воздуха или газа в компрессорных установках.

В зависимости от характера потребляющих аппаратов расход сжатого газа может изменяться в широких пределах, поэтому при получении высокого давления газа (или воздуха) в компрессорных установках используются различные методы регулирования производительности компрессора для приведения в соответствие производительности и расхода газа.

Например, используется регулирование перепуском с нагнетания на всасывание. Известен способ регулирования производительности компрессора путем дросселирования потока всасываемого воздуха (авторское свидетельство СССР N 1782293, кл. F 04 C 28/08). Дроссельный перепуск обеспечивает плавное снижение производительности, но без уменьшения потребляемой компрессором мощности и, следовательно, является неэкономичным способом регулирования.

Указанный способ не позволяет осуществить повышение производительности компрессора.

Известен способ подачи газа во всасывающий коллектор компрессорной установки, позволяющий повысить производительность компрессорной установки путем использования повышенного давления газопитателя для подпитки газгольдера, подключенного к всасывающему коллектору (авторское свидетельство N 642508, кл. F 04 B 41/02, 1979). Однако повышение производительности в данном способе возможно лишь в незначительных пределах, ограниченных величиной давления газопитателя, кроме того, отсутствует возможность регулирования производительности компрессора. Данный способ предполагает наличие газопитателя с повышенным давлением, что при использовании в качестве газа атмосферного воздуха требует дополнительных энергозатрат на предварительное повышение давления во всасывающем коллекторе.

Технической задачей изобретения является повышение производительности компрессора, снижение энергозатрат и обеспечение возможности регулирования производительности компрессора и автономности его работы.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения высокого давления газа в компрессорной установке, включающем предварительное повышение давления газа и его подачу в компрессор через всасывающий коллектор при одновременном всасывании в рабочую камеру компрессора, циклическое сжатие газа в рабочей камере и выпуск газа, предварительное повышение давления газа осуществляют в турбокомпрессоре, причем привод компрессора осуществляют от выходного вала двигателя внутреннего сгорания, а привод турбокомпрессора осуществляют выхлопными газами того же двигателя внутреннего сгорания.

Для того чтобы не допустить значительных непроизводительных энергозатрат, давление выхлопных газов на входе турбокомпрессора выбирают из условия обеспечения пропуска всего количества газа в рабочую полость компрессора при всасывании; либо давление выхлопных газов на входе турбокомпрессора выбирают из условия обеспечения требуемых производительности и рабочего давления компрессора при одновременном использовании части газа, выходящего из турбокомпрессора, для турбонаддува приводного двигателя внутреннего сгорания.

Кроме того, турбокомпрессор и компрессор выполнены с возможностью одновременного регулирования производительности при согласовании характеристик турбокомпрессора и компрессора.

Для этого регулирование производительности и согласование мощностей турбокомпрессора и компрессора осуществляют изменением выходной мощности двигателя внутреннего сгорания и/или регулированием подачи отработанных газов двигателя внутреннего сгорания на привод турбокомпрессора.

Для дополнительного снижения энергозатрат путем увеличения номинальной производительности компрессора при подаче газа из турбокомпрессора в компрессор осуществляют понижение температуры газа при помощи теплообменника.

Для сглаживания колебаний давления, вызываемых пульсирующей подачей и/или прерывистым расходом, подачу газа из турбокомпрессора в компрессор осуществляют через ресивер.

В частных случаях компрессор выполнен винтовым или поршневым.

В частном случае в качестве газа используют атмосферный воздух.

На чертеже показана схема компрессорной установки для осуществления способа получения повышенного давления газа или воздуха.

Повышение давления газа или воздуха осуществляется двухступенчато. В турбокомпрессор 1 поступает воздух или газ, как правило, при атмосферном давлении. Турбокомпрессор сообщает воздуху или газу большую скорость, что обеспечивает подачу газа через всасывающий коллектор 2 компрессора 3, например поршневого, под заданным и обеспечиваемым режимом работы турбокомпрессора давлением, при котором осуществляется пропуск всего количества газа в рабочую полость компрессора при всасывании. Подача газа осуществляется циклически, что обеспечивается работой системы клапанов, управляемых автоматически, причем цикл подачи газа в рабочую полость компрессора совпадает с периодом всасывания цикла компрессора.

Турбокомпрессор приводится в действие отработанными газами двигателя внутреннего сгорания 4 через линию выхлопных газов 5, при этом привод 6 компрессора осуществляется от выходного вала того же двигателя внутреннего сгорания. Такое использование двигателя для привода турбокомпрессора и компрессора значительно экономит энергозатраты и позволяет согласованно регулировать производительности турбокомпрессора и компрессора. Для обеспечения еще более экономичного режима работы часть газа с выхода турбокомпрессора через систему управляемых клапанов и линию 7 подается для турбонаддува двигателя внутреннего сгорания.

Регулирование производительности компрессорной установки может производиться регулированием частоты двигателя. При этом одновременно пропорционально изменяются номинальные производительности турбокомпрессора и компрессора, что обеспечивает согласованность их работы при любой требуемой производительности компрессорной установки.

Кроме того, регулирование производительности турбокомпрессора и компрессора может производиться раздельно: изменением выходной мощности двигателя внутреннего сгорания и регулированием подачи отработанных газов двигателя внутреннего сгорания на привод турбокомпрессора, например, с помощью заслонки 8.

Для того чтобы компрессор мог обработать большую массу газа, производится охлаждение газа, выходящего из турбокомпрессора, в теплообменнике 9.

Способ может быть использован в компрессоростроении для получения высоких давлений воздуха или газа. В турбокомпрессоре производят предварительное повышение давления газа и затем подают его в компрессор через всасывающий коллектор при одновременном всасывании в рабочую камеру компрессора. Подачу газа осуществляют циклически, что обеспечивается работой системы клапанов. Привод компрессора осуществляют от выходного вала двигателя внутреннего сгорания, а привод турбокомпрессора осуществляют выхлопными газами того же двигателя внутреннего сгорания. Для обеспечения более экономичного режима работы часть газа с выхода турбокомпрессора через систему управляемых клапанов подается для турбонаддува двигателя внутреннего сгорания. Регулирование производительности турбокомпрессора и компрессора можно производить раздельно. Такое выполнение позволяет повысить производительность и обеспечить возможность ее регулирования, снижает энергозатраты. 8 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения высокого давления газа в компрессорной установке, включающий предварительное повышение давления газа и его подачу в компрессор через всасывающий коллектор при одновременном всасывании в рабочую камеру компрессора, циклическое сжатие газа в рабочей камере и выпуск газа, отличающийся тем, что предварительное повышение давления газа осуществляют в турбокомпрессоре, причем привод компрессора осуществляют от выходного вала двигателя внутреннего сгорания, а привод турбокомпрессора осуществляют выхлопными газами того же двигателя внутреннего сгорания. 2. Способ получения высокого давления газа в компрессорной установке по п. 1, отличающийся тем, что давление выхлопных газов на входе турбокомпрессора выбирают из условия обеспечения пропуска всего количества газа в рабочую полость компрессора при всасывании. 3. Способ получения высокого давления газа в компрессорной установке по п. 1, отличающийся тем, что давление выхлопных газов на входе турбокомпрессора выбирают из условия обеспечения требуемых производительности и рабочего давления компрессора при одновременном использовании части газа, выходящего из турбокомпрессора, для турбонаддува приводного двигателя внутреннего сгорания. 4. Способ получения высокого давления газа в компрессорной установке по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что турбокомпрессор и компрессор выполнены с возможностью одновременного регулирования производительности при согласовании характеристик турбокомпрессора и компрессора. 5. Способ получения высокого давления газа в компрессорной установке по п. 4, отличающийся тем, что регулирование производительности и согласование мощностей турбокомпрессора и компрессора осуществляют изменением выходной мощности двигателя внутреннего сгорания и/или регулированием подачи отработанных газов двигателя внутреннего сгорания на привод турбокомпрессора. 6. Способ получения высокого давления газа в компрессорной установке по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что при подаче газа из турбокомпрессора в компрессор осуществляют понижение температуры газа при помощи теплообменника. 7. Способ получения высокого давления газа в компрессорной установке по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что подачу газа из турбокомпрессора в компрессор осуществляют через ресивер. 8. Способ получения высокого давления газа в компрессорной установке по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что компрессор выполнен винтовым или поршневым. 9. Способ получения высокого давления газа в компрессорной установке по любому из пп.1 - 8, отличающийся тем, что в качестве газа используют атмосферный воздух.