ПОРШНЕВАЯ МАШИНА С ИНДИВИДУАЛЬНЫМ ЖИДКОСТНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Российский патент 2016 года по МПК F04B39/06 

Изобретение относится к области компрессоростроения и может быть использовано при создании экономичных поршневых машин для сжатия газа с индивидуальным жидкостным охлаждением цилиндропоршневой группы.

Известна поршневая машина, содержащая цилиндр и размещенный в нем поршень, полость сжатия, всасывающий и нагнетательный клапаны, установленные соответственно в полости всасывания и нагнетания и соединенные соответственно с всасывающей и нагнетательной линиями (см., например, книгу Б.С. Фотин, И.Б. Пирумов, И.К. Прилуцкий, П.И. Пластинин. «Поршневые компрессоры». - Л.: Машиностроение, 1987, стр. 5, рис. В1).

Известна также поршневая машина, содержащая цилиндр и размещенный в нем поршень, полость сжатия, всасывающий и нагнетательный клапаны, установленные соответственно в полости всасывания и нагнетания и соединенные соответственно с всасывающей и нагнетательной линиями, причем цилиндр имеет жидкостную рубашку, соединенную через теплообменник с устройством для прокачки жидкости (см., например, книгу Б.С. Фотин, И.Б. Пирумов, И.К. Прилуцкий, П.И. Пластинин. «Поршневые компрессоры». - Л.: Машиностроение, 1987, стр. 184-185, рис. 6.32). Данное устройство является наиболее близким к заявляемому по конструкции и принципу работы.

В нем рабочая полость омывается охлаждающей жидкостью и имеется возможность получения сравнительно высокой степени повышения давления. Однако конструкция компрессора весьма громоздка из-за необходимости иметь дополнительно приводной механизм подачи охлаждающей жидкости, что увеличивает массу машины, усложняет ее конструкцию, увеличивает стоимость и общие затраты мощности на сжатие газа. Все это вместе взятое увеличивает приведенную стоимость сжатого газа и снижает общую эффективность поршневой машины.

Техническим результатом изобретения является снижение приведенной стоимости сжатого газа и увеличение общей эффективности поршневой машины.

Указанный технический результат достигается тем, что в поршневой машине, содержащей цилиндр и размещенный в нем поршень, полость сжатия, всасывающий и нагнетательный клапаны, установленные соответственно в полости всасывания и нагнетания и соединенные соответственно с всасывающей и нагнетательной линиями, а цилиндр имеет жидкостную рубашку, соединенную через теплообменник с устройством для прокачки жидкости, согласно заявляемому изобретению устройство для прокачки жидкости выполнено в виде зауженного участка линии всасывания.

Зауженный участок линии всасывания может содержать ограничитель движения жидкости, представляющий собой пластину, установленную плоскостью над каналом, соединяющим теплообменник с зауженным участком, и протяженную в сторону жидкостной рубашки, причем эта рубашка соединена каналом с линией всасывания перед ее входом в полость всасывания.

Ограничитель движения жидкости может быть выполнен в виде каплевидной вставки в линию всасывания, наиболее широкая часть поперечного сечения вставки находится над каналом, соединяющим линию всасывания с теплообменником, причем вставка вытянута в сторону жидкостной рубашки.

Зауженный участок линии всасывания может быть соединен каналом с надмембранной полостью мембранного насоса, имеющего гибкую подпружиненную мембрану, а подмембранная полость соединена с теплообменником и рубашкой через обратные самодействующие клапаны.

Зауженный участок линии всасывания может быть соединен каналом с надмембранной полостью привода плунжерного или поршневого насоса, плунжер или поршень которого закреплен на защемленной подпружиненной мембране, цилиндр соединен через обратные самодействующие клапаны с теплообменником и рубашкой цилиндра, а подмембранная полость соединена с окружающей средой.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 схематично изображено продольное сечение цилиндропоршневой группы поршневой машины в конце процесса нагнетания газа с устройством для прокачки жидкости в виде зауженного участка линии всасывания, в котором установлен ограничитель движения жидкости, представляющий собой пластину, установленную плоскостью над каналом, соединяющим теплообменник с зауженным участком.

На фиг. 2 показана эта же конструкция во время проведения процесса всасывания газа.

На фиг. 3 показана конструкция поршневой машины в процессе всасывания газа, в которой ограничитель движения жидкости выполнен в виде каплевидной вставки в линию всасывания.

На фиг. 4 показана конструкция поршневой машины в конце процесса нагнетания газа, в которой зауженный участок линии всасывания соединен каналом с надмембранной полостью мембранного насоса, имеющего гибкую подпружиненную мембрану, а подмембранная полость соединена с теплообменником и рубашкой через обратные самодействующие клапаны.

На фиг. 5 показана конструкция этой же поршневой машины в процессе всасывания газа.

На фиг. 6 показана конструкция поршневой машины, в которой зауженный участок линии всасывания соединен каналом с надмембранной полостью привода плунжерного или поршневого насоса.

Поршневая машина (фиг. 1 и 2) содержит цилиндр 1 и размещенный в нем поршень 2, полость сжатия 3, всасывающий 4 и нагнетательный 5 клапаны, установленные соответственно в полости всасывания 6 и нагнетания 7 и соединенные соответственно с всасывающей 8 и нагнетательной 9 линиями, причем цилиндр 1 имеет жидкостную рубашку 10, соединенную через теплообменник 11 с устройством для прокачки жидкости, которое выполнено в виде зауженного участка 12 линии всасывания 8, в котором установлен ограничитель жидкости 13, представляющий собой, в данном варианте, пластину, установленную плоскостью над каналом 14, соединяющим теплообменник 11 с зауженным участком 12, и протяженную в сторону жидкостной рубашки 10, причем рубашка 10 соединена каналом 15 с линией всасывания 8 перед ее входом в полость всасывания 6. В рубашке 10 имеется винтовая поверхность в виде выступа 16 на цилиндре 1, служащая для лучшего переноса теплоты от цилиндра 1 к жидкости в рубашке 10.

В конструкции, изображенной на фиг. 3, зауженный участок 12 образован внутренними стенками канала линии всасывания 8 и каплевидной вставкой 17. Наиболее широкая часть поперечного сечения вставки 17 находится над каналом 14, соединяющим линию всасывания 8 с теплообменником 11, причем вставка вытянута в сторону жидкостной рубашки 10.

В поршневой машине, изображенной на фиг. 4 и 5, зауженный участок 12 линии всасывания 8 соединен с мембранным насосом 18 с гибкой подпружиненной мембраной 19, надмембранная полость 20 которого соединена с зауженным участком 12 линии всасывания 8 через канал 14, а подмембранная полость 21 соединена с теплообменником 11 и рубашкой 10 через обратные самодействующие клапаны - всасывающий 22 и нагнетательный 23. Рубашка 10 в своей верхней части соединена с окружающей средой через отверстие 24.

В поршневой машине, изображенной на фиг. 6, зауженный участок 12 всасывающей линии 8 соединен с приводом 25 плунжерного или поршневого насоса, цилиндр 26 которого соединен с теплообменником 11 и рубашкой 10 через обратные самодействующие клапаны 22 и 23, а плунжер или поршень 27 закреплен на гибкой подпружиненной мембране 19, которая защемлена в приводе 25, имеющем надмембраннную полость 20, соединенную с зауженным участком 12 линии всасывания 8 каналом 14, и подмембранную полость 21, соединенную с окружающей средой через отверстие 28.

Поршневая машина (фиг. 1 и 2) работает следующим образом.

Поршень 2 совершает возвратно-поступательное движение. При ходе поршня 2 вниз газ всасывается из линии всасывания 8, проходит полость всасывания 6, открытый клапан 4 и попадает в полость сжатия 3. При ходе поршня 2 вверх он сжимает газ в полости 3 и нагнетает его через клапан 5 в полость 7 и далее через линию нагнетания 9 потребителю.

При ходе поршня 2 вверх (фиг. 1) всасывающий клапан 4 закрыт, движения газа через линию всасывания 8 нет, в связи с чем давление в ней, а также в зауженном участке 12, в каналах 14 и 15 равно давлению всасывания, и жидкость в рубашке 10 неподвижна, поскольку на нее не действует перепад давления.

При ходе поршня 2 вниз (фиг. 2) в полости 3 создается разрежение, клапан 4 открывается, и газ начинает движение по линии всасывания 8 по направлению к клапану 4 и далее через его проходное сечение в полость 3. В связи с тем, что газ имеет определенную скорость, в соответствии с уравнением Бернулли, давление в суженном участке 12 становится меньше, чем в линии всасывания 8 и соответственно в каналах 14 и 15. В связи с этим на жидкости в рубашке 10 появляется перепад давления между давлением всасывания (атмосферным давлением, действующим на поверхность жидкости) и давлением в канале 14 (ниже атмосферного давления). Под этим перепадом давления жидкость движется по каналу 14 вверх, упирается в ограничитель 13 и потоком всасываемого газа сносится вправо. При этом жидкость, движущаяся по участку 12 и далее по линии всасывания 8, прижата к нижней поверхности суженной части 12 ограничителем 13, в связи с чем формируется поток жидкости, текущей в нижней части всасывающей лини 8, которая, двигаясь дальше, под действием гравитационных сил стекает в верхнюю часть рубашки 10 и двигается по винтовой линии выступов 16 вниз по рубашке 10. После окончания процесса всасывания (поршень 2 приходит в нижнюю мертвую точку) клапан 4 закрывается. Затем цикл работы повторяется.

Таким образом, жидкость совершает прерывистое движение по контуру: верхняя часть рубашки - винтовая поверхность 16 (происходит передача теплоты от цилиндра 1, которую он получил при сжатии газа в полости 3, к жидкости через стенку цилиндра 1) - нижняя часть рубашки 10 - теплообменник 11 (теплота от нагретой жидкости переходит в окружающую среду) - канал 14 - суженный участок 12 - линия всасывания 8 в непосредственной близости к рубашке 10 - верхняя часть рубашки 10.

Конструкция, изображенная на фиг. 3, работает аналогично, в ней сужение потока всасываемого газа на участке 12 и его формирование в нижней части линии всасывания 8 производится за счет формы ограничителя 17.

Поршневая машина, изображенная на фиг. 4 и 5, в процессе сжатия и нагнетания газа (фиг. 4) работает аналогично вышеописанной конструкции, поскольку в этом процессе клапан 4 закрыт, и движения газа в линии всасывания 8 нет. В течение этого процесса мембрана 19 под действием пружины прогибается вниз и вытесняет находящуюся под ней в полости 21 жидкость через клапан 23 в рубашку 10, пополняя в ней уровень жидкости.

При движении поршня 2 вниз (процесс всасывания, фиг. 5) в суженном участке 12 давление падает ниже атмосферного, давление газа в полости 20, соединенной каналом 14 с областью пониженного давления, также падает. В то же время, в связи с наличием отверстия 24, давление жидкости в рубашке 10 и соответственно в теплообменнике 11 и полости 24 равно атмосферному, и под действием перепада давления между атмосферой и давлением в полости 20 мембрана 19, сжимая пружину, движется вверх, всасывая жидкость через клапан 22 и теплообменник 11 в полость 21. При этом уровень жидкости в рубашке 10 понижается. При окончании процесса всасывания (поршень 2 приходит в нижнюю мертвую точку) клапан 4 закрывается, движение газа в линии нагнетания 8 прекращается и давление в ней становится равным атмосферному.

Далее цикл работы повторяется, в связи с чем жидкость совершает движение по контуру аналогично вышеописанной конструкции, отнимая теплоту от цилиндра 1 и отдавая ее в окружающую среду через теплообменник 11.

Конструкция, изображенная на фиг. 6, работает аналогично. Однако в ней есть существенное отличие - при достаточно большой площади мембраны 19 можно получить на плунжере 27 относительно большие усилия при его возвратно-поступательном перемещении, в связи с чем при снижении объема перекачиваемой жидкости за один цикл (площадь плунжера 27 меньше площади мембраны 19) можно получить большое давление жидкости при ходе плунжера 27 вниз и использовать теплообменник 11 с большой суммарной поверхностью при увеличении его гидравлического сопротивления.

Описанные конструкции поршневой машины позволяют создать ее эффективное индивидуальное охлаждения без применения дополнительных приводных механизмов и устройств для подачи охлаждающей жидкости, что позволяет существенно упростить конструкцию машины и снизить ее общую материалоемкость при сохранении положительного эффекта от интенсивного жидкостного охлаждения цилиндра. Все это вместе взятое позволяет снизить удельные затраты на производство сжатого газа и повысить общую эффективность машины.

Изобретение относится к области компрессоростроения и может быть использовано при создании экономичных поршневых машин для сжатия газа с индивидуальным жидкостным охлаждением цилиндропоршневой группы. Поршневая машина содержит цилиндр 1 и размещенный в нем поршень 2, полость сжатия 3, всасывающий 4 и нагнетательный 5 клапаны, установленные соответственно в полости всасывания 6 и нагнетания 7 и соединенные соответственно с всасывающей 8 и нагнетательной 9 линиями. Цилиндр 1 имеет жидкостную рубашку 10, соединенную через теплообменник 11 с устройством для прокачки жидкости, которое выполнено в виде зауженного участка 12 линии всасывания 8. Изобретение позволяет уменьшить габариты и массу машины, а также снизить удельные затраты на сжатие газа. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Поршневая машина, содержащая цилиндр и размещенный в нем поршень, полость сжатия, всасывающий и нагнетательный клапаны, установленные соответственно в полости всасывания и нагнетания и соединенные соответственно с всасывающей и нагнетательной линиями, причем цилиндр имеет жидкостную рубашку, соединенную через теплообменник с устройством для прокачки жидкости, отличающаяся тем, что устройство для прокачки жидкости выполнено в виде зауженного участка линии всасывания.

2. Поршневая машина по п. 1, отличающаяся тем, что зауженный участок линии всасывания содержит ограничитель движения жидкости, представляющий собой пластину, установленную плоскостью над каналом, соединяющим теплообменник с зауженным участком, и протяженную в сторону жидкостной рубашки, причем эта рубашка соединена каналом с линией всасывания перед ее входом в полость всасывания.

3. Поршневая машина по п. 1, отличающаяся тем, что зауженный участок линии всасывания содержит ограничитель движения жидкости, выполненный в виде каплевидной вставки в линию всасывания, наиболее широкая часть поперечного сечения вставки находится над каналом, соединяющим линию всасывания с теплообменником, причем вставка вытянута в сторону жидкостной рубашки.

4. Поршневая машина по п. 1, отличающаяся тем, что зауженный участок линии всасывания соединен каналом с надмембранной полостью мембранного насоса, имеющего гибкую подпружиненную мембрану, а подмембранная полость соединена с теплообменником и рубашкой через обратные самодействующие клапаны.

5. Поршневая машина по п. 1, отличающаяся тем, что зауженный участок линии всасывания соединен каналом с надмембранной полостью привода плунжерного или поршневого насоса, плунжер или поршень которого закреплен на защемленной подпружиненной мембране, цилиндр соединен через обратные самодействующие клапаны с теплообменником и рубашкой цилиндра, а подмембранная полость соединена с окружающей средой.