СИСТЕМА ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО НАДДУВА КОМПРЕССОРА Российский патент 2003 года по МПК F04B39/00 F24F13/02 

Изобретение относится к компрессоростроению, в частности к системам, повышающим производительность компрессоров.

Известна система газодинамического наддува компрессора (см. а.с. 850875 МКл. F 24 F 13/02, 1979), содержащая впускной трубопровод с датчиком параметров газового потока, пневмоцилиндр с поршнем, снабженным тягой и разделяющим последний на подпоршневую и надпоршневую полости, привод поршня и блок управления, соединенный с датчиком.

Недостатком является отсутствие стабилизации процесса наддува при изменяющейся температуре всасываемого газа.

Известна система газодинамического наддува компрессора (см. а.с. 1536172 МКИ F 24 F 13/02, F 04 В 39/00, Бюл. 2), содержащая впускной трубопровод с температурным датчиком газового потока, пневмоцилиндр с подпружиненным поршнем, снабженный тягой, соединенный с трубопроводом до эластичного участка по ходу газа датчиком и клапанами, связывающим надпоршневую полость пневмоцилиндра с источником и атмосферой.

Недостатком является невысокая эффективность системы газодинамического наддува, обусловленная высокой вероятностью одновременного наложения в колебающейся массе движущегося по впускному трубопроводу газа, резонирующих первой и второй гармоник, когда каждому вынуждающему импульсу соответствуют то два, а то одно полных собственных колебаний давления всасываемого воздуха, что резко ухудшает наполнение цилиндра компрессора, снижая его массовую производительность.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности использования системы газодинамического наддува компрессора путем его стабилизации в условиях загрязнения всасываемого атмосферного воздуха твердыми частицами пыли и каплеобразной влагой при положительных температурах, а при отрицательных температурах - льдом, инеем и снегом.

Технический результат, обеспечивающий стабилизацию газодинамического наддува в изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации компрессоров, заключается в том, что впускной трубопровод разделяется на три участка, причем в первом участке по ходу движения всасываемого воздуха на внутренней поверхности выполнены криволинейные направляющие, кривизна которых имеет положительное направление вращения винтовой линии, второй участок выполнен эластичным, а третий участок имеет на внутренней поверхности криволинейные направляющие, кривизна которых имеет отрицательное направление вращения винтовой линии.

На фиг.1 схематически изображена система газодинамического наддува компрессора; на фиг.2 - внутренняя поверхность впускного трубопровода до эластичного участка с криволинейными направляющими, кривизна которых имеет положительное направление вращения винтовой линии; на фиг.3 - внутренняя поверхность впускного трубопровода после эластичного участка с криволинейными направляющими, кривизна которых имеет отрицательное направление вращения винтовой линии.

Система газодинамического наддува компрессора содержит впускной трубопровод, включающий три участка конструктивного исполнения различной жесткости по ходу движения всасываемого воздуха: жесткий участок 1, эластичный участок 2 и жесткий участок 3, при этом на участке 1 впускного трубопровода установлен температурный датчик газового потока 4, пневмоцилиндр 5 с поршнем 6, снабженным тягой 7 и разделяющими последний на подпоршневую 8 и надпоршневую 9 полости, привод поршня 6 и блок управления 10 соединены с датчиком 4. Поршень 6 подпружинен пружиной 11 относительно пневмоцилиндра 5 со стороны подпоршневой полости 8, в которой расположена тяга 7, а привод поршня 6 выполнен в виде источника 12 давления и двух клапанов 13 и 14, управляемых блоком 10, при помощи которых подпоршневая полость 9 подключена к источнику 11 и к атмосфере. Тяга 7 жестко соединена с участком 1 впускного трубопровода, а эластичный участок 2 установлен на стержневых направляющих 15.

На внутренней поверхности участка 1 впускного трубопровода выполнены криволинейные направляющие 16, кривизна которых имеет положительное направление вращения винтовой линии, а на внутренней поверхности участка 3 впускного трубопровода выполнены криволинейные направляющие 17, кривизна которых имеет отрицательное направление вращения винтовой линии (см., например, стр. 509. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М.: 1966-872 с., ил.).

Система работает следующим образом.

При нормированной температуре всасываемого воздуха эластичный участок 2 впускного трубопровода находится в положении, при котором в заключенном в нем объеме обеспечиваются гармонические колебания воздуха с максимумом давления на также всасывания. За один оборот вала компрессора двум возникающим импульсам всасывания соответствуют два полных колебания давления воздуха в клапанной коробке компрессора, т.е. наблюдается резонанс первой гармоники. Управляемые клапаны 13 и 14 закрыты, а поршень 6 с тягой 7 удерживается в равновесии давлением воздуха в надпоршневой полости 9 и взаимодействующей с ним пружиной 11 в подпоршневой 8 полоски пневмоцилиндра 5.

Наличие (практически постоянно в атмосферном воздухе витают твердые частицы пыли) во всасываемом воздухе различных загрязнений в виде твердых частиц пыли, каплеобразной влаги приводит к изменению плотности всасываемого воздуха, что не регистрируется температурным датчиком 4 и соответственно не производится последующее изменение конструктивных размеров эластичного участка 2. В результате объем воздуха, заключенный в эластичным участке 2, остается неизменным, хотя изменилась его плотность за счет загрязнений, а это приводит к одновременному образованию и последующему наложению друг на друга первой и второй резонирующих гармоник колебания давления воздуха во впускном трубопроводе, что соответствует минимальной подаче компрессора, т.к. давление в конце всасывания клапанной коробки частично гасится (см., например, стр. 307 - 311 Алексеев В.В., Брюховецкий О.С. Горная механика. М.: Недра. 1995 - 413 с. ил.)
При понижении температуры всасываемого воздуха температурный датчик 4 подает сигнал на блок управления 10, который открывает управляемый клапан 13. Производится подача воздуха из источника 12 давления в полость 9, в результате чего поршень 6 перемещается, а жестко связанная с ним тяга 7 сдвигает эластичный участок 2 по стержневым направляющим 15. При этом объем воздуха, заключенный в участке 2, увеличивается, что соответствует сохранению максимума амплитуды его колебаний на такте всасывания. Наличие во всасываемом воздухе твердых частиц пыли и влаги в виде льда и/или снега приводит к изменению плотности всасываемого воздуха, что дополнительно не регистрируется температурным датчиком 4 и соответственно не наблюдается изменение конструктивных размеров эластичного участка 2, т.е. объем воздуха, заключенный в эластичном участке 2, остается на уровне, определяемом температурным датчиком 4. Это приводит также к образованию резонирующей второй гармоники. Каждому вынуждающему импульсу колебания давления всасываемого воздуха в момент закрытия всасывающих клапанов компрессора соответствует два полных собственных колебания, т.е. наблюдается резонанс колебания второй гармоники.

Наложение друг на друга резонирующих гармоник колебания давления воздуха во впускном трубопроводе приводит к снижению давления перед клапанной коробкой и соответственно к минимальной величине подачи компрессора.

Для устранения данного явления всасываемый атмосферный воздух нормированной температуры, но загрязненный твердыми частицами и/или каплеобразной влагой перемещают по криволинейным направляющим 16, кривизна которых имеет положительное направление винтовой линии жесткого участка 1 впускного трубопровода. В результате этого поток всасываемого воздуха, закрученный против часовой стрелки, поступает в эластичный участок 2, где наблюдается образование преимущественно резонирующей первой гармоники, т.е. наблюдается резонанс первой гармоники. Последующий переход всасываемого воздуха на третий участок вводит к перемещению его по криволинейным направляющим 17, кривизна которых имеет отрицательное направление винтовой линии. В результате этого поток всасываемого воздуха закручивается по часовой стрелке. Взаимно противоположное закручивание всасываемого воздуха на участках 1 и 3 впускного трубопровода приводит к образованию микрозавихрений на участке 2, устраняющих возможность возникновения резонирующей второй гармоники и соответствующее ее наложение на резонирующую первую гармонику. В результате достигается для данного температурного режима, регистрируемого датчиком 2, резонансное постоянство поступления всасываемого воздуха в клапанную коробку компрессора, что и обеспечивает максимальную подачу всасываемого воздуха в компрессор.

При повышении температуры всасываемого воздуха из полости 7 произведется выпуск воздуха через управляющий клапан 14 и поршень 6 перемещается в обратном направлении. Это приводит к уменьшению объема воздуха, заключенного в участке 2 трубопровода, и сохранению таким образом необходимого максимума амплитуды колебаний на такте всасывания, т.е. осуществляется резонанс первой гармоники с устранением возможности образования резонирующей второй гармоники за счет микрозавихрений всасываемого воздуха на участке 2 при взаимно противоположном его закручивании на участке 1 и на участке 3.

Оригинальность технического решения заключается в том, что поддержание стабильного процесса газодинамического наддува в изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатация осуществляется путем устранения возникновения дополнительных резонирующих гармоник, приводящих при наложении их на первую гармонику к гашению давления перед клапанной коробкой и соответственно снижению массовой производительности компрессора. Обеспечение получения заданной резонирующей гармоники в впускном трубопроводе осуществляется за счет движения всасываемого воздуха вначале по направляющим, кривизна которых имеет положительное направление вращения винтовой линии, а потом по направляющим, кривизна которых имеет отрицательное направление вращения винтовой линии, что в конечном итоге и приводит к затуханию второй и более высоких резонирующих гармоник.

Устройство предназначено для использования в области компрессоростроения, в частности в системах, повышающих производительность компрессоров. Впускной трубопровод разделен на три участка. В первом участке по ходу движения всасываемого воздуха на внутренней поверхности выполнены криволинейные направляющие, кривизна которых имеет положительное направление вращения винтовой линии. Второй участок выполнен эластичным. Третий участок имеет на внутренней поверхности криволинейные направляющие, кривизна которых имеет отрицательное направление вращения винтовой линии. Технический результат - обеспечение стабилизации газодинамического наддува в изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации компрессоров. 3 ил.

Система газодинамического наддува компрессора, содержащая впускной трубопровод с температурным датчиком газового потока, пневмоцилиндр с подпружинным поршнем, снабженным тягой, соединенной с трубопроводом до эластичного участка по ходу газа, и блок управления датчиком и клапанами, связывающим подпоршневую полость пневмоцилиндра с источником и атмосферой, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности трубопровода по ходу движения всасываемого воздуха до эластичного участка выполнены криволинейные направляющие, кривизна которых имеет положительное направление вращения винтовой линии, а на внутренней поверхности трубопровода после эластичного участка выполнены криволинейные направляющие, кривизна которых имеет отрицательное направление вращения винтовой линии.