СИЛЬФОННЫЙ КОМПРЕССОР С ГИДРОПРИВОДОМ Российский патент 2001 года по МПК F04B45/33 

Изобретение относится к компрессоростроению и насосостроению, а более конкретно к конструкции сильфонных компрессоров с гидроприводом.

Известен серийно выпускаемый мембранный компрессор КМ 03/200 - двухступенчатый, с гидравлическим приводом мембран [Микрокриогенная техника. Каталог. Часть 2. /ЦИНТИХимнефтемаш. - М., 1974. С. 17]. Рабочий цикл такого компрессора осуществляется за счет изменения объемов газовых полостей при колебаниях мембран под давлением жидкости, перемещаемой поршнями гидропривода кулисного типа.

Недостатками такого компрессора являются низкие ресурс и надежность, обусловленные высокой рабочей частотой компрессора, а также невозможность перекачки агрессивных газов, смесей и жидкостей, связанная с тем, что существующие способы установки мембран не могут гарантировать абсолютной герметичности при высоких давлениях.

В качестве прототипа принята камера расширения и сжатия [заявка N 2252777 (Франция). Chambres compressibles et extensibles, precede de fabrication et application de ces chembres. Камера сжатия и расширения, способ ее изготовления и применения. МПК: F 16 J 3/00; B 23 K 15/00; F 04 B 45/00, опубл. 20.06.75], содержащая сильфон, образованный выпуклыми металлическими кольцами, сваренными поочередно своими внутренними и наружными кольцами, установленный в гидравлической камере таким образом, что неподвижная крышка сильфона связана с клапанной головкой, в которой размещены всасывающий и нагнетательный клапаны, соединенные с соответствующими магистралями, а корпус сильфона и подвижная герметичная крышка размещены в гидравлической полости с поршнем гидропривода, совершающим возвратно- поступательное движение.

Недостаток - низкий ресурс работы, обусловленный неразгруженностью сильфона, как конструктивного элемента от перепада давлений во внутренней и наружной полостях.

Задача изобретения - увеличение ресурса.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом компрессоре, содержащем сильфон, расположенный в гидравлической камере и закрепленный на клапанной головке со всасывающим и нагнетательным клапанами, новым является выполнение диаметра поршня гидропривода равным полусумме наружного и внутреннего диаметров сильфона.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез сильфонного компрессора с гидроприводом.

Компрессор содержит корпус 1 с установленными в нем сильфонами первой 2 и второй 3 ступеней, неподвижные крышки которых закреплены на клапанных головках 4, содержащий всасывающие 5 и нагнетательные 6 клапаны, причем нагнетательный клапан 6 первой ступени связан со всасывающим клапаном 5 второй ступени посредством магистрали 7. Корпуса сильфонов 2 и 3 расположены в гидравлических камерах 8 и 9, а подвижные крышки сильфонов выполнены герметичными. В гидравлических камерах 8 и 9 расположены поршни гидропривода 10 и 11 кулисного типа, причем диаметры поршней равны эффективным диаметрам соответствующих сильфонов. Понятие "эффективного диаметра" следует из понятия "эффективной площади" F_эф [см. кн. Сильфоны. Расчет и проектирование. Под ред. Л. Е. Андреевой. - М.: Машиностроение, 1975. С. 65-68]. Величина эффективной площади F_эф связана с изменением объема ΔV внутренней полости сильфона и перемещением Δh следующей зависимостью:
ΔV = F_эф•Δh,
а само значение эффективной площади в инженерной практике определяется через средний (эффективный) диаметр, как:
F_эф = (π•D2э

_ф):4,
где
D_эф = (D_н + D_в)/2,
а D_н и D_в, соответственно, наружный и внутренний диаметры мембран сильфона. Расчеты показывают, а эксперименты подтверждают, что в случае равенства эффективных площадей поршня гидропривода и сильфона перепад давлений между внутренней полостью и жидкостью снаружи сильфона практически отсутствует и сильфон становится разгруженным. Это обстоятельство гарантирует максимальную циклостойкость сильфона, что обеспечивает надежность и повышенный ресурс компрессора в целом. Поршни 10 и 11 через коленчатый вал 12 связаны с электродвигателем 13.

Компрессор работает следующим образом. При вращении вала электродвигателя 13 происходит возвратно-поступательное движение поршней гидропривода 10 и 11, которые, перемещаясь, изменяют объемы гидравлических камер 8 и 9, что вызывает расширение и сжатие сильфонов 2 и 3, которое происходит в противофазе. При расширении сильфона 2 первой ступени рабочее тело поступает во внутреннюю полость сильфона через всасывающий клапан 5. При этом нагнетательный клапан 6 закрыт. Когда сильфон 2 совершает ход на сжатие, всасывающий клапан 5 закрывается, а нагнетательный 6 открывается и рабочее тело под давлением нагнетания поступает через магистраль 7 и всасывающий клапан 5 второй ступени во внутреннюю полость расширяющегося сильфона 3 второй ступени. Равенство диаметров поршней гидропривода эффективным диаметрам соответствующих сильфонов позволяет достичь минимально возможного перепада давлений между гидравлическими камерами и внутренними полостями сильфонов, причем известно, что при такой разгрузке сильфона его циклостойкость увеличивается более чем на порядок. По окончании процесса наполнения закрывается всасывающий клапан и происходит процесс сжатия во второй ступени, который завершается открытием нагнетательного клапана второй ступени и поступлением рабочего тела в нагнетательную магистраль компрессора.

Использование заявляемого изобретения позволит повысить степень сжатия компрессора пропорционально степени сжатия прототипа ив 10 -12 раз увеличить его ресурс. Заявляемая конструкция позволит также снизить рабочую частоту компрессора при замене мембраны сильфоном, что в совокупности способствует еще большему увеличению ресурса и надежности компрессора.

Компрессор может быть использован для перекачки агрессивных газов, смесей и жидкостей. Сильфоны размещены в корпусе. Неподвижные крышки сильфонов закреплены на клапанных головках, содержащих всасывающие и нагнетательные клапаны. Нагнетательные клапаны первой ступени связаны магистрально с всасывающим клапаном второй ступени. Сильфоны имеют подвижные герметичные крышки. Поршни гидропривода расположены в гидравлических камерах. Диаметры поршней равны полусуммам внутреннего и наружного диаметров соответствующих сильфонов. Поршни через коленвал связаны с электродвигателем. Такое выполнение увеличивает ресурс работы за счет разгрузки сильфона от перепада давления в полостях. 1 ил.

Сильфонный компрессор с гидроприводом, содержащий сильфон, расположенный в гидравлической камере и закрепленный на клапанной головке с всасывающим и нагнетательным клапанами, отличающийся тем, что диаметр поршня гидропривода выполнен равным полусумме наружного и внутреннего диаметров сильфона.