МЕМБРАННО-ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР Российский патент 2004 года по МПК F04B45/04 

Изобретение относится к области компрессоростроения и предназначено для получения сжатого воздуха высокого давления (до 40 МПа) и высокой чистоты в составе мобильных установок для заправки баллонов различного назначения.

Известен ряд поршневых компрессоров фирмы BAUER KOMPRESSOREN, применяемых в составе мобильных установок для получения воздуха высокого давления высокой чистоты. Компрессор этой фирмы, рассчитанный на давление нагнетания 35 МПа, имеет четыре ступени со смазкой цилиндров, что вызывает необходимость отделения масла специальными устройствами для выполнения требования по отсутствию масла в сжатом воздухе, подаваемом потребителю. Сходная совокупность признаков - выполнение двух ступеней поршневыми (см. ксерокопию и перевод рекламного проспекта фирмы BAUER KOMPRESSOREN).

Применение несмазываемых поршневых уплотнений для достижения давления порядка 40 МПа требует или увеличения числа ступеней сжатия, или применения специальных схем разгрузки поршневых уплотнений, что, в первом случае, ведет к увеличению массы и габаритов компрессора, а во втором - к усложнению конструкции. Известен мембранный компрессор, включающий две мембранные ступени, имеющий сходные с заявляемым изобретением признаки, а именно: выполнение последней ступени - мембранной (см. а.с. СССР N 334158, Мембранный компрессор, кл. F 04 B 45/04, 1971).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относят то, что в известном устройстве для исключения возможности попадания пузырьков воздуха в полость гидропривода полость картера отделяют от контура подпитки гидропривода специальным отстойником, а это, в свою очередь, требует применения компенсационного маслоподпитывающего насоса и усложняет конструкцию компрессора.

Известен двухступенчатый мембранный компрессор на давление нагнетания до 28 МПа. Этот компрессор серийно выпускался заявителем - Омским ОАО "Сибкриотехника", По этой же схеме мог разрабатываться и трехступенчатый мембранный компрессор на давление нагнетания до 40 МПа. В этом компрессоре, как и в заявляемом изобретении, конечная ступень - мембранная, при этом полость сжатия цилиндра, гидропривода мембранной ступени соединена с полостью картера подпитывающим клапаном (см. А.К.Грезин, В.С.Зиновьев. Микрокриогенная техника. - М.: Машиностроение, 1977. - c.106).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относят то, что в известном устройстве выполнение двух ступеней мембранными значительно увеличивает массу и габариты компрессора, тем более трехступенчатого.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является мембранно-поршневой компрессор, включающий две поршневые ступени, расположенные в верхней части компрессора, картер, частично заполненный маслом, с расположенным в нем механизмом движения, мембранную ступень, включающую распределительный и ограничительный диски, мембрану и гидравлический привод, включающий корпус с гидравлическим цилиндром и плунжер (см. Алтухов С.Н., Румянцев В.А. Мембранные компрессоры, М.: Машиностроение, 1967. - с.111), принято за прототип,

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относят то, что известное устройство имеет большие габариты. Большие габариты обусловливаются рядом причин. Во-первых, цилиндр гидропривода мембранной ступени располагается горизонтально, что увеличивает габариты компрессора, а поршневые ступени располагаются вверху в вертикальном ряду. Верхнее расположение цилиндров поршневых ступеней обусловлено необходимостью обеспечения отсутствия масла в сжимаемом газе, которое накопится в картере компрессора, по этой же причине картер механизма движения не может быть заполнен маслом полностью, как в конструкции двухступенчатого мембранного компрессора, производимого заявителем ОАО "Сибкриотехника". Мембранная ступень в конструкции, принятой за прототип, оказывается значительно удаленной от полости картера. Особенностью и недостатком указанной схемы является необходимость применения компенсационного маслоподпитывающего насоса для подачи масла из полости картера в гидропривод. Наличие компенсационного маслоподпитывающего насоса существенно усложняет конструкцию и также увеличивает габариты компрессора. Кроме того, на работу мембранной ступени отрицательно влияет возможность попадания в полость гидропривода пузырьков воздуха. Это явление не позволяет соединить подпитывающим клапаном полость сжатия цилиндра гидропривода мембранной ступени и частично заполненную маслом полость картера, как это сделано в описанном выше двухступенчатом мембранном компрессоре, полость картера которого полностью заполнена маслом, вследствие чего в ней не могут образовываться пузырьки воздуха. С целью устранения этого явления, для подпитки гидропривода, мембранной ступени применяют специальную масляную емкость, не связанную с механизмом движения. Это решение также не позволяет обойтись без подпитывающего маслонасоса, требует организации возврата утечек масла, попавших из полости сжатия гидропривода в полость картера.

Заявленная конструкция мембранно-поршневого компрессора позволяет исключить компенсационный маслоподпитывающий насос, а также применение отдельных масляных емкостей для подпитки гидропривода и дает возможность применить известное решение - соединить подпитывающим клапаном полость сжатия цилиндра, гидропривода мембранной ступени с полостью картера, несмотря на то, что последний заполнен маслом частично.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании надежного, стабильно работающего малогабаритного, обладающего незначительной массой компрессора для получения сжатого воздуха высокого давления (до 40 мПа и выше) и высокой чистоты в составе мобильных установок для заправки баллонов различного назначения.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в упрощении конструкции, сокращении габаритов, повышении надежности и стабильности работы компрессора за счет отказа от подпитывающего маслонасоса, отказа от отдельно расположенных емкостей с маслом, исключения попадания воздуха, в гидропривод.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном мембранно-поршневом компрессоре, включающем поршневые ступени, расположенные в верхней части компрессора, картер, механизм движения, мембранную ступень, включающую распределительный и ограничительный диски, мембрану и гидравлический привод, включающий корпус гидравлического цилиндра и плунжер, причем картер в совокупности с корпусом гидравлического цилиндра образует единую емкость, особенность заключается в том, что компрессор выполнен вертикальным, мембранная ступень расположена в нижней части компрессора, емкость, образованная картером в совокупности с корпусом гидравлического цилиндра, имеющим наружную стенку, гидравлический цилиндр и днище, частично заполнена маслом и имеет в днище канал с установленным в нем подпиточным клапаном для подачи масла, в полость сжатия цилиндра гидропривода, причем масло в нижней части этой полости отделено от масла в полости картера, находящегося в подвижном состоянии, маслопроницаемым фильтром-успокоителем, установленным в верхней части корпуса гидравлического цилиндра.

Кроме того, маслопроницаемый фильтр-успокоитель выполнен в виде пакета сеток кольцевой формы.

Кроме того, фильтр-успокоитель дополнен диском с отверстиями для прохода масла, в котором установлены постоянные магниты для улавливания частиц продуктов износа деталей из магнитных материалов.

При исследовании отличительных признаков описываемого мембранно-поршневого компрессора не выявлено каких-либо аналогичных известных решений, касающихся традиционной конструкции мембранно-поршневого компрессора для получения высокого давления и высокой чистоты сжимаемого газа, малой производительности, позволяющих упростить конструкцию, сократить габариты и массу компрессора, повысить надежность компрессора, в которых компрессор был бы выполнен вертикальным, с расположением мембранной ступени в нижней части компрессора, а емкость, образованная картером в совокупности с корпусом гидравлического цилиндра, имеющим наружную стенку, гидравлический цилиндр и днище, была частично заполнена маслом и при этом не требовалась бы специальная отдельно расположенная емкость для подпитки гидропривода, которая увеличивала габариты компрессора. Ее функцию в заявленном изобретении стала выполнять эта емкость, образованная картером компрессора и корпусом гидравлического цилиндра, заполненная маслом и максимально приближенная к полости сжатия гидропривода, имеющая в днище канал с установленным в нем подпиточным клапаном для подачи масла в полость сжатия цилиндра гидропривода. Это решение, в свою очередь, позволило отказаться от применения компенсационного маслоподпитывающего насоса, что также уменьшило габариты, массу и упростило конструкцию компрессора.

Кроме того, использование емкости, образованной полостью корпуса с гидравлическим цилиндром и частично заполненной маслом, вместо отдельно расположенной емкости, используемой только во взаимосвязи с маслоподпитывающим насосом, применено благодаря специальному маслопроницаемому фильтру-успокоителю, который предотвращает возможность попадания пузырьков воздуха в полость сжатия гидропривода, образующихся при барботации движущимися частями механизма движения и, следовательно, обеспечивает надежную и стабильную работу компрессора.

Кроме того, применение маслопроницаемого фильтра исключает возможность попадания продуктов износа механизма движения в полость сжатия гидропривода за счет установки на нем постоянных магнитов для улавливания частиц из магнитных материалов, что также увеличивает надежность и стабильность работы компрессора.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:

- дополнение известного средства какой-либо известной частью (частями), присоединяемой (присоединяемыми) к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;

- исключение какой-либо части (элемента) средство с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата (упрощение, уменьшение массы, габаритов, материалоемкости, повышение надежности, сокращение продолжительности процесса и пр.);

- создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественных признаков, представлении таких признаков во взаимосвязи, либо изменении ее вида.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На чертеже изображен мембранно-поршневой компрессор, разрез.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем: мембранно-поршневой компрессор состоит из мембранного блока, содержащего ограничительный 1 и распределительный 2 диски, между которыми защемлена мембрана. 3, картер компрессора 4, в котором размещен механизм движения с коленчатым валом 5. Под картером компрессора 4 размещен корпус 6 с гидравлическим цилиндром 7 гидропривода. Плунжер 8 гидропривода мембранной ступени, поршень 9 первой поршневой ступени и поршень 10 второй поршневой ступени приводятся от коленчатого вала 5 посредством ползуна 11 и кулисы 12. На картере 4 компрессора вверху расположен цилиндр 13 поршневых ступеней, в котором размещен поршень 9 первой ступени и поршень 10 второй ступени. Полости первой и второй ступеней отделены от полости картера 4 сальником 14. В днище корпуса 6 с гидравлическим цилиндром 7 установлен маслоподпитывающий клапан 15, а в верхней части корпуса 6 размещен фильтр-успокоитель 16, на котором размещен блок постоянных магнитов 17. Фильтр-успокоитель 16 разделяет емкость, образованную картером 4 к корпусом 6 и заполненную маслом, на полость "спокойного масла" 18 и полость "неспокойного масла" (подвижного масла) 19. Над распределительным диском 2 находится полость сжатия гидропривода 20.

Устройство работает следующим образом. При движении плунжера 8 гидропривода к в.м.т. мембрана 3 прогибается под действием давления масла, вытесняет газ в линию нагнетания компрессора и прижимается к ограничительному диску 1. При движении плунжера 8 гидропривода к н.м.т. мембрана 3 прогибается в сторону распределительного диска 2 и происходит всасывание газа. Одновременно через клапан 15 из полости 18 подается порция масла в надпоршневую полость 20 - полость сжатия гидропривода, создавая необходимый избыток и компенсируя утечки масла.

Компрессор, конструкция которого соответствует описанной в заявке, изготовлен в ОАО "Сибкриотехника". Его испытания подтвердили обоснованность заложенный технических решений.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в компрессоростроении;

- для заявленного устройства, в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Компрессор предназначен для использования в мобильных установках для получения сжатого воздуха. Компрессор выполнен вертикальным. Мембранная ступень компрессора расположена в нижней части компрессора. Картер в совокупности с корпусом гидравлического цилиндра образует частично заполненную маслом емкость. Последняя имеет в днище канал с установленным в нем подпиточным клапаном для подачи масла в полость сжатия цилиндра. Масло в нижней части этой емкости отделено от масла в полости картера маслопроницаемым фильтром-успокоителем. Последний установлен в верхней части корпуса с гидравлическим цилиндром. Фильтр-успокоитель выполнен в виде пакета сеток кольцевой формы. Фильтр-успокоитель дополнен диском. Последний имеет отверстия для прохода масла. В диске установлены постоянные магниты для улавливания частиц продуктов износа деталей из магнитных материалов. Обеспечивается упрощение конструкции компрессора, сокращение его габаритов. Повышается надежность и стабильность работы компрессора. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Мембранно-поршневой компрессор, включающий поршневые ступени, расположенные в верхней части компрессора, картер, частично заполненный маслом, механизм движения, мембранную ступень, включающую распределительный и ограничительный диски, мембрану и гидравлический привод, включающий корпус гидравлического цилиндра и плунжер, причем картер в совокупности с корпусом гидравлического цилиндра образует единую емкость, отличающийся тем, что компрессор выполнен вертикальным, мембранная ступень расположена в нижней части компрессора, емкость, образованная картером в совокупности с корпусом гидравлического цилиндра, имеющим наружную стенку, гидравлический цилиндр и днище, частично заполнена маслом и имеет в днище канал с установленным в нем подпиточным клапаном для подачи масла в полость сжатия цилиндра, причем масло в нижней части этой емкости отделено от масла в полости картера, находящегося в подвижном состоянии, маслопроницаемым фильтром-успокоителем, установленным в верхней части корпуса с гидравлическим цилиндром.2. Мембранно-поршневой компрессор по п.1, отличающийся тем, что фильтр-успокоитель выполнен в виде пакета сеток кольцевой формы.3. Мембранно-поршневой компрессор по п.1 или 2, отличающийся тем, что фильтр-успокоитель дополнен диском с отверстиями для прохода масла, в котором установлены постоянные магниты для улавливания частиц продуктов износа деталей из магнитных материалов.