ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР С ВОДЯНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Российский патент 2011 года по МПК F04B39/06 

Настоящее изобретение относится к поршневому компрессору с водяным охлаждением, по меньшей мере, с одним поршнем для сжатия воздуха, который может приводиться в движение средствами для создания линейно осциллирующей движущей силы и который с возможностью осевого перемещения установлен в корпусе блока цилиндров, закрытом с торцевой стороны головкой цилиндра, который снабжен средствами для водяного охлаждения.

Поршневой компрессор указанного здесь рода главным образом применяется в технике транспортных средств. В частности, в конструкции рельсовых транспортных средств поршневой компрессор применяется в качестве агрегата для создания сжатого воздуха. Полученный таким образом сжатый воздух применяется в рельсовых транспортных средствах для привода тормозной установки, для активного подрессоривания и тому подобного. При сжатии воздуха внутри пары поршень-цилиндр поршневого компрессора создается также тепло, которое должно отводиться наружу. В противном случае при длительной работе происходил бы такой сильный нагрев поршневого компрессора, что могло бы привести к повреждению его конструктивных частей, в частности уплотнений. Если по конструктивным предельным условиям невозможно применить поршневой компрессор с воздушным охлаждением, необходим представляющий здесь интерес поршневой компрессор с водяным охлаждением. В поршневом компрессоре с водяным охлаждением зона кинематических пар поршень-цилиндр охлаждается с помощью известного циркуляционного контура охлаждающего средства. Поршневые компрессоры с водяным охлаждением представляющего здесь интерес рода могут приводиться в движение с помощью кривошипного механизма, передачи с качающимися шайбами или тому подобного.

Из DE 10308430 А1 известен поршневой компрессор с водяным охлаждением с приводом с качающимися шайбами. Две кинематические пары поршень-цилиндр приводятся в движение двигателем с качающимися шайбами. Двигатель с качающимися шайбами преобразует вращательное движение на стороне входа в осциллирующее линейное движение поршня внутри цилиндра, так что при взаимодействии с впускными и выпускными клапанами может осуществляться сжатие воздуха из окружающей среды.

Для водяного охлаждения в этом известном поршневом компрессоре в зоне цилиндра предусмотрена камера, через которую проходит охлаждающее средство. Камера образована гильзами цилиндра и окружающим эти гильзы цилиндра корпусом блока цилиндров. Гильзы цилиндра сформированы соответственно в форме горшков, так что охлаждающее средство воздействует в зоне поверхности кожуха и торца цилиндра. Недостатком при этом является, что охлаждение происходит только тогда, когда лежащие внутри гильзы цилиндра соответственно деформируются. Далее как в зоне торцевой поверхности, так и в зоне нижней поверхности кожуха требуется уплотнение лежащих внутри гильз цилиндра относительно окружающего их корпуса блока цилиндра, а также устанавливаемой в будущем с торцевой стороны на гильзы цилиндра пластины клапана. Протечки в этих уплотнениях могли бы иметь последствия в виде попадания охлаждающей воды в воздушную зону поршневого компрессора.

В связи с этим задачей настоящего изобретения является создание поршневого компрессора с водяным охлаждением, который простым по исполнению в технологическом плане способом обеспечивает эффективное охлаждение зоны цилиндра, включая головку цилиндра.

Эта задача решается исходя из поршневого компрессора с водяным охлаждением согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения в сочетании с отличительными признаками этого пункта. Последующие зависимые пункты формулы изобретения представляют предпочтительные усовершенствованные варианты изобретения.

Техническая идея изобретения заключается в том, что средства водяного охлаждения включают изначально имеющий двойные стенки корпус блока цилиндров, на торцевой стороне которого, обращенной к головке цилиндра, расположено несколько отверстий для охлаждения, через которые охлаждающая вода, проходящая через имеющие двойные стенки корпус блока цилиндров, входит в контакт с головкой цилиндра.

Преимущество предложенного в соответствии с изобретением решения заключается, в частности, в том, что отверстия для охлаждения со стороны торцевой поверхности могут быть изготовлены без больших в плане технологии изготовления издержек, так как все равно они должны быть предусмотрены на соответствующем месте при литье имеющего двойные стенки корпуса блока цилиндров, поскольку через отверстия для охлаждения осуществляется удаление песчаных стержней, которые создают систему из двух стенок. Эти отверстия, обусловленные технологией литья, теперь согласно изобретению располагаются в местах, где они после изготовления корпуса блока цилиндров могут использоваться для охлаждения. Для этого лишь требуется расположить обусловленные технологией литья отверстия на торцевой поверхности корпуса блока цилиндров таким образом по величине и расстоянию относительно друг друга, чтобы это приносило желаемый эффект охлаждения.

Преимущественным образом головка цилиндра состоит из пластины клапана, устанавливаемой на торцевой поверхности корпуса блока цилиндров, на которой расположена головка цилиндра. Таким образом, пластина клапана в виде сэндвича находится между корпусом блока цилиндров и головкой цилиндра. При таком расположении пластина клапана вступает в непосредственный контакт с охлаждающим средством. Так как пластина клапана вследствие установленных внутри впускного и выпускного клапанов представляет собой элемент конструкции, нагружаемый высокой температурной нагрузкой, предложенное в соответствии с изобретением решение позволяет непосредственное охлаждение через смежные отверстия корпуса блока цилиндров для охлаждения.

Согласно другому предпочтительному варианту изобретения предусмотрено, что пластина клапана, имеет, по меньшей мере, одно впускное отверстие, выполненное в соответствии с одним из отверстий для охлаждения корпуса блока цилиндров, для направления охлаждающей воды в зону головки цилиндра. Вместе с тем в этом случае появляется возможность использовать охлаждающее средство через впускное отверстие и соединенные с ним каналы для охлаждающего средства пластины клапана для близкого по месту охлаждения зоны впускного и выпускного клапанов пластины клапана. Далее пластина клапана может иметь выпускное отверстие для направления охлаждающей воды в головку цилиндра. В этом случае головка цилиндра, расположенная по соседству с пластиной клапана, может быть снабжена каналами для охлаждающего средства для пропускания охлаждающей воды. Особенно предпочтительно расположение каналов для охлаждающего средства вокруг зоны выходного отверстия для сжатого воздуха поршневого компрессора, при котором сжатый воздух, нагретый при сжатии, непосредственно охлаждается перед выходом из головки цилиндра.

Далее предлагается снаружи на корпусе блока цилиндров расположить, по меньшей мере, одно подключение для охлаждающего средства в виде впускного отверстия для охлаждающего средства. Подключение охлаждающего средства, необходимое в качестве выпускного отверстия для нагретого охлаждающего средства, может быть расположено либо также в корпусе блока цилиндра, либо на головке цилиндра. Названное последним расположение предлагается в случае, когда охлаждающее средство наряду с охлаждением корпуса блока цилиндров охлаждает также пластину клапана и/или головку цилиндра. Согласно другому варианту изобретения в отношении максимальной эффективности охлаждения предлагается, чтобы охлаждающее средство, выходя из места подключения охлаждающего средства, образующего впускное отверстие, с обеих сторон обтекало корпус блока цилиндров с тем, чтобы получить равномерный эффект охлаждения. Наряду с этим возможен проход охлаждающего средства около корпуса блока цилиндров только в одном направления. Соответствующие каналы и обратные стенки могут изготавливаться в корпусе блока цилиндров с двойными стенками с помощью литья. С помощью этого, например, можно заставить поток охлаждающего средства, если смотреть по распространению корпуса блока цилиндров, течь в форме меандра в корпусе блока цилиндров.

В предпочтительной форме осуществления корпус блока цилиндров имеет больше четырех отверстий для охлаждения, которые имеют в основном форму кольцевых сегментов, причем между ними имеется, по меньшей мере, четыре симметрично расположенных относительно друг друга резьбовых отверстия для крепления головки цилиндра. Благодаря этому мероприятию обеспечивается как равномерное крепление головки цилиндра на торцевой стороне корпуса блока цилиндров, так и возможность доводить до максимума поверхность охлаждения, образованную отверстиями для охлаждения.

Другие улучшающие изобретение мероприятия ниже более подробно поясняются вместе с описанием предпочтительного примера осуществления изобретения с помощью чертежей, где показаны:

фиг.1 - внешний вид в перспективе одноцилиндрового поршневого компрессора с водяным охлаждением;

фиг.2 - внешний вид в перспективе корпуса блока цилиндров поршневого компрессора на фиг.1;

фиг.3 - внешний вид в перспективе головки цилиндра с пластиной клапана поршневого компрессора на фиг.1;

фиг.4 - вид в перспективе разреза пластины клапана;

фиг.5 - вид изнутри головки цилиндра.

Согласно фиг.1 поршневой компрессор с водяным охлаждением состоит в основном из корпуса 1 блока, навинченного на корпус 2 кривошипа, в котором расположен кривошипный механизм. На стороне корпуса 1 блока цилиндров, противоположной корпусу 2 кривошипа, расположена головка 3 цилиндра. Головка 3 цилиндра 3 включает пластину 4 клапана, которая в виде сэндвича расположена между корпусом 1 блока цилиндров и головкой 3 цилиндра. Внутри корпуса 1 блока цилиндров находится поршень 5 для сжатия воздуха, обозначенный здесь штриховой линией.

Согласно фиг.2 корпус 1 блока цилиндров представляет собой конструктивный элемент, изначально имеющий двойные стенки, здесь состоящий из алюминиевого сплава. Корпус 1 блока цилиндров имеет на торцевой поверхности 6, обращенной к головке 3 цилиндра, несколько отверстий 7 для охлаждения - подробно здесь не показано. Отверстия 7 для охлаждения выполнены в форме кольцевых сегментов. Через отверстия 7 для охлаждения охлаждающее средство, проходящее через корпус 1 блока цилиндров, имеющий двойные стенки, вступает в контакт с головкой 3 цилиндра. Далее на торцевой поверхности 6 корпуса блока цилиндров имеется несколько симметрично расположенных относительно друг друга резьбовых отверстий 8 для крепления головки 3 цилиндра. Охлаждающее средство поступает в промежуточную зону имеющего двойные стенки корпуса 1 блока цилиндров через подключение 9 охлаждающего средства, выполненного в виде впускного отверстия.

Согласно фиг.3 представленная здесь головка 3 цилиндра с пластиной 4 клапана имеет несколько проходных отверстий 10, которые служат для установки, здесь подробно не показано, винтов, которые могут ввинчиваться в ранее упомянутые резьбовые отверстия 8. На головке 3 цилиндра далее имеется впускное отверстие 11 для воздуха, через которое в поршневой компрессор поступает воздух из атмосферы, предварительно прошедший через фильтр. Сжатый компрессором воздух выходит из него через выпускное отверстие 12 для сжатого воздуха.

Согласно фиг.4 поток сжатого воздуха поршневого компрессора создается с помощью известных впускного и выпускного клапанов - здесь подробно не показано. Впускной и выпускной клапаны расположены в зоне 13 впускного и выпускного клапанов пластины 4 клапана. Вокруг этой зоны 13 впускного и выпускного клапана пластины 4 клапана проходят каналы 14 охлаждающего средства. Каналы 14 для охлаждающего средства с одной стороны соединены с впускным отверстием 15 пластины 4 клапана. Впускное отверстие 15 пластины 4 клапана соответствует одному из описанных выше отверстий 7 для охлаждения корпуса 1 блока цилиндров. Далее пластина 4 клапана имеет также выпускное отверстие 16, через которое охлаждающее средство направляется к головке 3 цилиндра.

Согласно фиг.5 таким образом направленное охлаждающее средство поступает внутрь головки 3 цилиндра в каналы 17 для охлаждающего средства. Каналы 17 для охлаждающего средства головки 3 цилиндра расположены, в частности, вокруг зоны выпускного отверстия 12 для сжатого воздуха с тем, чтобы охладить нагретый в процессе компрессии сжатый воздух перед его выходом из головки 3 цилиндра. Далее на головке 3 цилиндра находится другое подключение 18 для охлаждающего средства, которое в этом примере осуществления служит в качестве выпускного отверстия для охлаждающего средства.

Изобретение не ограничивается описанным выше предпочтительным примером осуществления. Напротив, возможны также модификации, которые попадают в объем охраны нижеследующих пунктов формулы изобретения. Например, в рамках настоящего изобретения поршневой компрессор с водяным охлаждением может быть выполнен в виде многоцилиндрового поршневого компрессора. Далее также возможно ограничение протока охлаждающего средства только имеющим двойные стенки корпусом блока цилиндров. В этом случае на корпусе блока цилиндров нужно было бы расположить другое подключение охлаждающего средства в качестве выпускного отверстия для отработанного охлаждающего средства.

Далее следует отметить, что предложенное в соответствии с изобретением решение особенно пригодно для работающего без масла поршневого компрессора, так как в этом случае на передний план выходит проблема достаточного охлаждения в зоне цилиндра.

Перечень позиций

1 Корпус блока цилиндров

2 Корпус кривошипа

3 Корпус блока цилиндра

4 Пластина клапана

5 Поршень

6 Торцевая сторона

7 Отверстия для охлаждения

8 Резьбовое отверстие

9 Подключение охлаждающего средства (впускное отверстие)

10 Проходное отверстие

11 Впускное отверстие для воздуха

12 Выпускное отверстие для сжатого воздуха

13 Зона впускного и выпускного клапанов

14 Канал для охлаждающего средства

15 Впускное отверстие

16 Выпускное отверстие

17 Канал для охлаждающего средства

18 Подключение для охлаждающего средства (выпускное отверстие)

Изобретение относится к области компрессоростроения и может найти применение в технике транспортных средств в качестве агрегата для создания сжатого воздуха. Поршневой компрессор с водяным охлаждением с, по меньшей мере, одним поршнем (5) для сжатия воздуха выполнен с возможностью приводиться в движение средствами для создания линейно осциллирующей движущей силы и установлен с возможностью осевого перемещения в корпусе (1) блока цилиндров, закрытом с торцевой стороны головкой (3) цилиндра. Компрессор снабжен средствами для водяного охлаждения. Последние включают изначально имеющий двойные стенки корпус (1) блока цилиндров, на торцевой стороне (6) которого, обращенной к головке (3) цилиндра, расположено несколько отверстий (7) для охлаждения, через которые охлаждающее средство, проходящее через имеющий двойные стенки корпус (1) блока цилиндров, входит в контакт с зоной головки (3) цилиндра. Имеется подключение (9) в качестве впускного отверстия для охлаждающего средства и второе подключение (18) в качестве выпускного отверстия, расположенное либо на головке (3), либо также на корпусе. Корпус блока цилиндров обтекается с обеих сторон. Получается равномерный эффект охлаждения. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Поршневой компрессор с водяным охлаждением, по меньшей мере, с одним поршнем (5) для сжатия воздуха, выполненный с возможностью приводиться в движение средствами для создания линейно осциллирующей движущей силы, и установленный с возможностью перемещения в корпусе (1) блока цилиндров, закрытого с торцевой стороны головкой (3) цилиндра, который снабжен средствами для водяного охлаждения, которые включают изначально имеющий двойные стенки корпус (1) блока цилиндров, на торцевой стороне (6) которого, обращенной к головке (3) цилиндра, расположено несколько отверстий (7) для охлаждения, через которые охлаждающее средство, проходящее через имеющий двойные стенки корпус (1) блока цилиндров, вступает в контакт с зоной головки (3) цилиндра, состоящей из пластины (4) клапана, установленной на торцевой поверхности (6) корпуса (1) блока цилиндров, на которой расположена головка (3) цилиндра, имеет по меньшей мере, одно впускное отверстие (15), соответствующее одному из отверстий (7) для охлаждения корпуса (1) блока цилиндров, для направления охлаждающей воды в зону головки (3) цилиндра, и отличающийся тем, что снаружи на корпусе (1) блока цилиндров расположено, по меньшей мере, одно подключение (9) для охлаждающего средства в качестве впускного отверстия для охлаждающего средства, причем второе подключение (18) для охлаждающего средства в качестве выпускного отверстия для охлаждающего средства расположено либо на головке (3) цилиндра, либо также на корпусе (1) блока цилиндров, так что охлаждающее средство, выходя из подключения (9) охлаждающего средства, образующего впускное отверстие, обтекает корпус (1) блока цилиндров с обеих сторон с тем, чтобы получить равномерный эффект охлаждения.

2. Поршневой компрессор по п.1, отличающийся тем, что пластина (4) клапана имеет каналы (14) для охлаждающего средства, соединенные с впускным отверстием (15) для охлаждения зоны (13) впускного и выпускного клапанов.

3. Поршневой компрессор по п.1, отличающийся тем, что пластина (4) клапана имеет, по меньшей мере, одно выпускное отверстие (16) для направления охлаждающей воды в головку (3) цилиндра.

4. Поршневой компрессор по п.3, отличающийся тем, что головка (3) цилиндра пронизана каналами (17) для охлаждающего средства для прохода охлаждающей воды через головку (3) цилиндра.

5. Поршневой компрессор по п.4, отличающийся тем, что каналы (17) для охлаждающего средства расположены вокруг зоны выходного отверстия (12) для сжатого воздуха с тем, чтобы охлаждать сжатый воздух, нагретый в процессе компрессии, перед выходом из головки (3) цилиндра.

6. Поршневой компрессор по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что корпус (1) блока цилиндров имеет более четырех отверстий (7) для охлаждения, имеющих в основном форму кольцевых сегментов, причем между ними имеются, по меньшей мере, четыре расположенных симметрично относительно друг друга резьбовых отверстия (8) для крепления головки (3) цилиндра.