ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР С РАСШИРЕННЫМ ДИАПАЗОНОМ РЕГУЛИРОВАНИЯ Российский патент 2019 года по МПК F04B39/06 F04B49/08 F04B49/20 

Изобретение относится к поршневому компрессору, по меньшей мере, с одним цилиндром для сжатия воздуха, с расположенным в нем с возможностью перемещения поршнем в расположенной выше поршня в цилиндре камере сжатия, соединенной с впускной компоновкой для сжимаемого воздуха и с выпускной компоновкой для сжатого воздуха.

Поршневые компрессоры, в частности, безмасляные поршневые компрессоры для рельсовых транспортных средств, служат для заполнения ресиверов для сжатого воздуха, из которых отбирают, в частности, с нерегулярными интервалами сжатый воздух. Параметры поршневых компрессоров определяют, как правило, для режима заполнения, при котором ресивер высокого давления должен быстро заполняться, вследствие чего в распоряжении имеется максимальный объемный расход. Для нормального режима эксплуатации, при котором компрессор приводится в движение при определенных обстоятельствах, чаще всего, кратковременно: после более длительного времени перерыва и только для дозаправки отобранного сжатого воздуха, - эксплуатация с максимальным объемным расходом является скорее неблагоприятным эксплуатационным режимом, который можно исключить при соответствующем необходимости регулировании мощности подачи таких поршневых компрессоров.

Возможность регулирования известных поршневых компрессоров ограничивается максимальными и минимальными частотами вращения, обусловленными конструктивным исполнением. Вследствие этого, верхняя граница частоты вращения, в частности, безмасляных c сухим ходом поршневых компрессоров ограничена максимальной относительной скоростью пар скольжения с сухим ходом. И напротив, при низких частотах вращения в поршневом компрессоре создаются вибрации открытыми динамическими силами, вследствие чего при эксплуатации поршневого компрессора нижняя частота вращения также ограничена. В результате имеется только небольшая вариативность числа оборотов поршневых компрессоров, требующая в большинстве случаев применения подачи сжатого воздуха в повторно - кратковременном режиме работы.

В известных поршневых компрессорах прерывистое регулирование подачи сжатого воздуха осуществляют посредством того, что компрессор включают в положение останова, как только давление в системе достигает давления выключения. При падении давления в системе, в частности, при заборе сжатого воздуха до давления включения, поршневой компрессор включается в работу под нагрузкой, при которой он обеспечивает максимальный объемный расход при номинальной частоте вращения. При неодновременном отборе больших количеств сжатого воздуха из ресивера для сжатого воздуха или из пневматической системы, ресивер для сжатого воздуха заполняется относительно быстро, поэтому поршневой компрессор после непродолжительного времени действия снова отключается на довольно длительное время. Вследствие этого, спектр регулирования такого известного решения ограничен положением останова и работой под нагрузкой и является неблагоприятным из – за связанного с ним соответствующего пуска холодного двигателя, а также более высокого износа и более длительного времени простоя поршневого компрессора, и он даже не подходит для определенных условий использования.

В альтернативном исполнении поршневого компрессора осуществляют повторно-кратковременный режим работы с различными заданными частотами вращения, например, при переключении двигателя между четвертым и шестым полюсами или посредством инвертора, с возможностью его включения между 50 Гц и 60 Гц. Правда при этом можно иметь только относительно ограниченный диапазон регулирования заданными частотами вращения двигателя в соответствующем компрессоре. Высокие частоты вращения двигателя способствуют также в данном случае большой температурной нагрузке, в частности, от безмасляных пар скольжения, вследствие чего существенно уменьшается срок службы поршневого компрессора. Решением мог быть, в частности, простой подход - регулировать объемный расход, однако, спектр регулирования ограничивается фиксированными частотами вращения двигателя, а в определенных условиях использования переключением нельзя создавать достаточный объемный расход.

Из публикаций немецких заявок на патент DE 10 2013 113 555 и DE 10 2013 113 556 соответственно известна компрессорная система и способ эксплуатации компрессорной системы, в зависимости от эксплуатационного режима рельсового транспортного средства, или в зависимости от актуальной ситуации рельсового транспортного средства, в которых для непрерывного влияния на частоту вращения электрического приводного устройства поршневого компрессора установлен исполнительный механизм, причем управление исполнительным механизмом осуществляют посредством регулировочного устройства. Исполнительный механизм позволяет согласовывать эксплуатацию приводного устройства, а вместе с ним, поршневого компрессора посредством разных частот вращения с актуальным эксплуатационным режимом или с актуальной ситуацией рельсового транспортного средства.

Задача изобретения состоит в создании усовершенствованного поршневого компрессора с большим диапазоном регулирования мощности подачи при повышенной эффективности использования энергии и удельной мощности.

Для решения этой задачи предлагается поршневой компрессор согласно пункту 1 формулы изобретения, а также способ управления таким поршневым компрессором согласно пункту 6 формулы изобретения. Усовершенствованные варианты предложенных решений являются предметом соответственно зависимых пунктов формулы изобретения.

Для решения этой задачи предлагается поршневой компрессор, по меньшей мере, с одним цилиндром для сжатия воздуха с расположенным в нем с возможностью перемещения поршнем в расположенной выше поршня в цилиндре камере сжатия. Камера сжатия имеет впуск воздуха и выпуск воздуха и соединена на впуске воздуха с впускной компоновкой для сжимаемого воздуха, а на выпуске воздуха соединена с выпускной компоновкой для сжатого воздуха. Поршневой компрессор может приводиться в движение первым приводным устройством. Впускная компоновка имеет устройство предварительного сжатия, приводимое в движение вторым приводным устройством с возможностью изменения мощности для увеличения давления всасывания, а также охлаждающее устройство для охлаждения сжимаемого воздуха.

Предложенное решение обеспечивает посредством увеличения давления всасывания и сниженной температуры всасывания всасываемого воздуха увеличение объемного расхода поршневого компрессора, вследствие чего растет его мощность подачи.

Под поршневым компрессором подразумевается поршневой компрессор известного конструктивного исполнения с одним цилиндром, в котором может перемещаться по оси поршень и всасывать при возвратном-поступательном движении сжимаемый воздух, в частности, через расположенный на впуске воздуха впускной клапан из впускной компоновки, сжимать, в частности, выталкивать его через расположенный на выпуске воздуха выпускной клапан против давления в выпускной компоновке. При этом поршневой компрессор может приводиться в движение первым приводным устройством. В зависимости от ситуации использования поршневого компрессора первое приводное устройство является двигателем внутреннего сгорания, электрическим приводным устройством или другим подходящим приводным устройством.

В качестве предлагаемого в изобретении поршневого компрессора может подразумеваться как компрессор с сухим ходом, в частности, безмасляный поршневой компрессор, так и выполненный не безмасляным поршневой компрессор. В рамках изобретения описываются также преимущества или варианты осуществления изобретения, которые не применимы для других поршневых компрессоров, выполненных с сухим ходом, однако другие преимущества и варианты осуществления изобретения применимы в свою очередь, независимо от этого, также для поршневых компрессоров, выполненных не с сухим ходом.

В предложенном поршневом компрессоре впускная компоновка имеет устройство предварительного сжатия, приводимое в движение вторым приводным устройством с изменяемой мощностью. С помощью этого устройства предварительного сжатия можно попеременно увеличивать давление всасывания, в частности, на впуске воздуха посредством изменяемой мощности от начального давления p₀ до максимального давления p_max. Посредством более высокого давления всасывания первого цилиндра в многоступенчатых поршневых компрессорах или единственного цилиндра в одноступенчатых поршневых компрессорах достигают повышения объемного расхода на ΔV, так как камеру сжатия цилиндра заполняют находящимся при более высоком давлении сжимаемым воздухом.

Второе приводное устройство, служащее для привода устройства предварительного сжатия, также может быть электрическим приводным устройством или другим приводным устройством, в зависимости от использования. Мощность двигателя может передаваться второму приводному устройству также от первого приводного устройства или от другого имеющегося в распоряжении приводного устройства, например, посредством привода с изменяемым передаточным отношением. В частности, передаваемую вторым приводным устройством мощность можно переменно регулировать.

В предложенном решении впускная компоновка имеет охлаждающее устройство, которое с помощью соответствующих мероприятий охлаждает сжимаемый воздух, протекающий через впускную компоновку. Для этого охлаждающее устройство расположено, в частности, в направлении потока впускаемого воздуха после устройства предварительного сжатия, так как воздух при предварительном сжатии нагревается. Однако, возможно расположение охлаждающего устройства в направлении потока перед устройством предварительного сжатия, в частности, если это предпочтительно вследствие конструктивных характеристик. При такой компоновке требуется большее снижение температуры, так как температура воздуха при предварительном сжатии снова повышается. Согласно одному варианту осуществления изобретения поршневого компрессора также может быть предусмотрена возможность охлаждения впускаемого воздуха до и после предварительного сжатия.

Впускная компоновка имеет также, в частности, по меньшей мере, одно направляющее устройство, которое направляет впускаемый воздух, по меньшей мере, к охлаждающему устройству и, по меньшей мере, к уплотняющему устройству и соединяет их друг с другом и, или с впуском воздуха камеры сжатия. В частности, охлаждающее устройство может быть расположено также в направляющем устройстве снаружи. В качестве подходящих охлаждающих устройств впускной компоновки могут быть, например, теплообменники охлаждающего агента, или устройства для увеличения внешней поверхности впускной компоновки или направляющего устройства, такие, как направляющие контуры или ребра охлаждения, используемые, например, в сочетании с нагнетателями; или любая другая конструкция устройств, с помощью которой из поступающего во впускную компоновку всасываемого воздуха можно отбирать тепловую энергию.

Предложенное решение обеспечивает увеличение объемного расхода поршневого компрессора на фактор p_max/p₀ устройства предварительного сжатия. Повышенное давление всасывания и сниженная температура всасывания всасываемого воздуха увеличивают мощность подачи поршневого компрессора. Изменяемая мощность устройства предварительного сжатия обеспечивает, в сочетании с повышением производительности поршневого компрессора более широкий вверх спектр регулирования поршневого компрессора. В частности, становится возможным также применение поршневых компрессоров, в целом, с меньшим конструктивным размером, так как за счет увеличенного давления всасывания реализуются более высокие объемные расходы. Предложенное решение обеспечивает регулируемую эксплуатацию компрессора с кратковременной очень высокой мощностью в режиме заполнения (большой объемный расход поршневого компрессора) и постоянную эксплуатацию с низкой мощностью (меньший объемный расход поршневого компрессора) при нормальном режиме эксплуатации. Благодаря этому при низких частотах вращения отсутствует опасность вибраций вследствие свободных динамических сил и могут соблюдаться максимальные относительные скорости, в частности, безмасляных пар скольжения. Кроме того, предложенное решение позволяет снизить общий температурный уровень поршневого компрессора.

Тем самым, предложенное решение повышает диапазон регулирования объемного расхода, а вместе с ним и мощность подачи компрессора, приводит к снижению релевантных уровней температуры и одновременно увеличивает эффективность использования энергии и удельную мощность поршневого компрессора.

Поршневой компрессор приводится в движение с помощью коленчатого вала, установленного с возможностью вращения в картере. Один или несколько соответственно соединенных с поршнем шатунов установлены с возможностью вращения в эксцентрическом месте коленчатого вала так, что их движение поворота передается в виде возвратно - поступательного движения поршня, перемещающегося по оси в цилиндре. Поршневой компрессор имеет, по меньшей мере, один цилиндр для сжатия воздуха, однако, может иметь два или больше расположенных друг за другом, или параллельно цилиндров, предусмотренных для сжатия воздуха посредством соответственно одного подвижно расположенного в них поршня, поэтому поршневой компрессор может быть выполнен одноступенчатым или многоступенчатым.

В одной форме исполнения изобретения поршневой компрессор имеет картер, в котором расположен коленчатый вал, в котором с возможностью вращения установлен, по меньшей мере, один соединенный с поршнем шатун, причем всасываемый воздух, по меньшей мере, одного цилиндра направляется через картер.

В этой форме исполнения изобретения всасываемый воздух, по меньшей мере, одного цилиндра направляется через картер, причем он протекает через элементы кривошипно-шатунного механизма, по существу, через коленчатый вал, шатун, нижнюю сторону поршня или поршней, а также через расположенные между ними элементы подшипника, и вследствие этого, охлаждает их. Под всасываемым воздухом подразумевается, по существу, воздух, всасываемый позже, по меньшей мере, в один цилиндр поршневого компрессора и сжимаемый в нем.

Согласно одному осуществлению поршневого компрессора впускная компоновка имеет воздухоотводное устройство. Эта форма исполнения изобретения обеспечивает проведение большего объемного расхода через картер, чем принимаемого позже в качестве всасываемого воздуха, по меньшей мере, в одном цилиндре поршневого компрессора и сжимаемого в нем. В частности, это увеличивает объемный расход охлаждающего воздуха в картере и, одновременно снижает нагрев всасываемого воздуха при протекании через картер.

Воздухоотводное устройство может быть выполнено, например, в виде обратного клапана или редукционного клапана, открывающегося, начиная с заданного давления всасываемого воздуха. Однако воздухоотводное устройство может быть выполнено таким образом, что оно открывается и запирается в зависимости от заданных значений параметров, в частности, посредством устройства управления. Согласно одному варианту исполнения воздухоотводного устройства лишний всасываемый воздух из впускной компоновки отводится, в частности, в окружающую среду, в другом варианте исполнения воздухоотводного устройства - заданная часть охлажденного объемного расхода всасываемого воздуха может возвращаться, например, в картер.

В следующей форме исполнения изобретения поршневого компрессора добавочное охлаждающее устройство для охлаждения сжатого воздуха расположено после прохождения, по меньшей мере, одного цилиндра поршневого компрессора. В частности, выпускная компоновка имеет добавочное охлаждающее устройство для охлаждения сжатого воздуха. При сжатии воздух нагревается в цилиндре, поэтому вытолкнутый через выпуск воздуха из камеры сжатия сжатый воздух имеет повышенную температуру. Охлаждение сжатого воздуха после прохождения, по меньшей мере, через один цилиндр посредством, по меньшей мере, одного добавочного охлаждающего устройства выпускной компоновки упрощает, например, последующее накопление воздуха или его переработку, например, просушку воздуха. В одной форме исполнения поршневого компрессора добавочное охлаждающее устройство выпускной компоновки образуется частью охлаждающего устройства для охлаждения всасываемого воздуха впускной компоновки.

В другой форме исполнения изобретения поршневой компрессор имеет регулировочное устройство, с помощью которого осуществляют бесступенчатое регулирование мощности устройства предварительного сжатия, а вместе с ним, в частности, давление всасывания на впуске воздуха. Для этого регулировочное устройство находится в действующей связи со вторым приводным устройством, приводящим в движение устройство предварительного сжатия с изменяемой мощностью. Для этого регулировочное устройство получает сигналы и/или результаты измерения, связанные, в частности, с необходимой мощностью подачи поршневого компрессора и посредством которых регулировочное устройство регулирует мощность второго приводного устройства, а вместе с ним - устройства предварительного сжатия. Таким образом, степень предварительного сжатия воздуха, поступающего через впускную компоновку в цилиндр, регулируют посредством устройства предварительного сжатия.

Далее, для решения задачи предлагается способ управления поршневым компрессором прежде описанной конструкции, причем регулировочное устройство регулирует мощность устройства предварительного сжатия между максимальным значением, соответствующим максимальному давлению (p_max) всасывания на впуске воздуха и соответствующим минимальным значением, произведенного при возвратно - поступательном движении поршня в цилиндре давления (p₀) всасывания на впуске воздуха. Вследствие этого, мощность подачи поршневого компрессора можно регулировать в расширенном диапазоне регулирования предлагаемым согласно изобретению способом, в частности, бесступенчато, между максимальным давлением всасывания и минимальным давлением всасывания на впуске воздуха. Благодаря этому, расширяется диапазон регулирования объемного расхода компрессора, причем увеличивается эффективность использования энергии и удельная мощность.

В одной форме осуществления способа управления поршневым компрессором регулировочное устройство находится в сигнальной связи, по меньшей мере, с датчиком сигналов и /или, по меньшей мере, с датчиком, причем регулировочное устройство регулирует мощность устройства предварительного сжатия в зависимости, по меньшей мере, от одного значения и/или от его сигнала, по меньшей мере, одного датчика сигналов и/или датчика. Для этого релевантные значения или сигналы передаются регулировочному устройству для соответственно необходимой в данное время мощности подачи поршневого компрессора, по меньшей мере, от одного датчика и/или, по меньшей мере, от одного датчика сигналов, по которым регулировочное устройство определяет необходимый в данное время объемный расход и регулирует мощность устройства предварительного сжатия в соответствии с этой потребностью. Благодаря этому, объемный расход поршневого компрессора можно согласовывать посредством регулировочного устройства, например, в зависимости от актуальной потребности, эксплуатационного режима или от актуальной ситуации системы, имеющей компрессор, например, рельсового транспортного средства.

В другой форме осуществления способа регулировочное устройство получает данные, по меньшей мере, от одного датчика. Для этой цели выбран датчик, по меньшей мере, из группы, имеющей, в частности, датчики давления, термодатчики, проточные датчики, датчики числа оборотов или другие датчики. Эти датчики регистрируют релевантные значения параметра, в частности, для регулирования устройства предварительного сжатия. Подходящий датчик давления регистрирует, например, давление в нагнетательной системе, загружаемой поршневым компрессором. Он может размещаться, например, в выпускной компоновке перед или после расположенного при необходимости в ней добавочного охлаждающего устройства, или в ресивере для сжатого воздуха. В зависимости от регистрируемого значения давления в пневматической системе может стать необходимой быстрая заправка, причем потребуется большая мощность подачи поршневого компрессора, или заполнение небольшим количеством отобранного сжатого воздуха, что более экономично осуществлять с меньшей мощностью подачи.

Посредством проточного датчика можно непосредственно регистрировать отобранный из пневматической системы объемный расход. Это значение влияет, например, также на необходимое количество сжатого воздуха в режиме дозаправки поршневого компрессора. Посредством датчика числа оборотов, передающего частоту вращения коленчатого вала в регулировочное устройство, осуществляя способ управления поршневым компрессором, можно вывести значение для объемного расхода, протекающего через всасывающую компоновку. С помощью термодатчика можно регистрировать температуру воздуха, например, в картере, во впускной компоновке, в выпускной компоновке, или в пневматической системе, в соответствии с которыми можно выводить также разные требования к мощности подачи поршневого компрессора, которую можно согласовывать с помощью регулировочного устройства.

В одной форме осуществления способа управления поршневым компрессором регулировочное устройство находится в сигнальной связи, по меньшей мере, с одним датчиком сигналов, выбранным из группы, имеющей системы управления устройствами, устройства управления, такие, как устройство управления первым приводным устройством или другие подходящие устройства, обрабатывающие информацию, релевантную для управления мощностью подачи поршневого компрессора. Из системы управления транспортным средством регулировочное устройство получает данные для поршневого компрессора, например, данные, соответствующие актуальному эксплуатационному режиму транспортного средства, такие как скорость движения, тормозной режим, или режим движения на маршруте и им подобные, из которых выводят моментальный расход сжатого воздуха, а также необходимый в данное время уровень заправки пневматической системы. На основе сигналов от системы управления первого приводного устройства регулировочное устройство может также выводить информацию в отношении актуальной рабочей ситуации, а также эксплуатационного режима системы, в котором в данное время используется поршневой компрессор и, оно может определять из них, исходные данные управления для необходимого объемного расхода поршневого компрессора и применять их.

В другой форме осуществления способа управления поршневым компрессором регулировочное устройство регулирует мощность охлаждающего устройства, независимо от мощности устройства предварительного сжатия. Для этого заданные параметры мощности охлаждающего устройства могут непосредственно передаваться в регулировочное устройство. Регулировочное устройство может определять также регулируемую заданную величину, в частности, в зависимости от данных датчика или датчика сигналов, содержащих, например, температуру окружающей среды в картере или в ресивере для сжатого воздуха. Для этого может потребоваться более высокая или низкая мощность охлаждения охлаждающего устройства, независимо от мощности устройства предварительного сжатия, например, для создания большего или меньшего уплотнения воздуха в поршневом компрессоре, или для косвенного влияния на уровень температуры нагнетательной системы посредством более низкой или более высокой температуры впускаемого воздуха поршневого компрессора.

Другие преимущества, признаки и возможности применения данного изобретения вытекают из последующего описания со ссылкой на фигуры. На них в качестве примера схематически изображены:

фиг. 1. Первая форма осуществления изобретения предлагаемого поршневого компрессора;

фиг. 2. Вторая форма осуществления изобретения предлагаемого поршневого компрессора; и

фиг. 3. Диаграмма, в которой изменение объемного расхода отображено при увеличении давления на входе.

На фиг. 1 показано схематическое изображение первой формы исполнения изобретения предлагаемого в качестве примера поршневого компрессора 10. В примере выполнения, безмасляный, с сухим ходом поршневой компрессор 10 имеет картер 20 и расположенный в нем коленчатый вал 21, соединенный с первым приводным устройством 22 и приводимый им в движение. В примере выполнения одноступенчатый поршневой компрессор 10 имеет цилиндр 11 с камерой 14 сжатия для сжатия воздуха посредством расположенного в цилиндре 11 поршня 12, приводимого в движение посредством шатуна 13, установленного эксцентрично на коленчатом вале 21 с возможностью вращения.

Цилиндр 11 имеет впуск 30 воздуха, соединенный с впускной компоновкой 31, направляющей сжимаемый воздух к впуску 30 воздуха камеры 14 сжатия. Кроме того, цилиндр 11 имеет выпуск 33 воздуха, соединенный с выпускной компоновкой 34, отбирающей сжатый воздух из камеры 14 сжатия. Коленчатый вал 21 образует вместе с шатуном 13 и с расположенными на нем и между ними подшипниками кривошипно - шатунный механизм 15, нагревающийся при эксплуатации поршневого компрессора 10 внутри картера 20.

Картер 20 приведенной в качестве примера формы исполнения изобретения соединен посредством трубопровода 25 для подачи воздуха с воздушным фильтром 26, с помощью которого всасывается окружающий воздух и направляется по трубопроводу 25 для подачи воздуха в картер 20. На удаленном от подключения трубопровода 25 для подачи воздуха участке картера 20 расположена впускная компоновка 31, поэтому воздух, направленный по трубопроводу 25 для подачи воздуха после протекания через картер 20, может снова выходить из него через впускную компоновку 31. Образованный при этом воздушный поток перетекает, в частности, элементы кривошипно-шатунного механизма 15 и отбирает при этом при одновременном охлаждении кривошипно-шатунного механизма 15 тепловую энергию.

Впускная компоновка 31 имеет устройство 28 предварительного сжатия в виде внешнего высокопроизводительного нагнетателя, приводимого в движение приводом 29 устройства предварительного сжатия (второе приводное устройство). Окружающий воздух всасывается воздушным фильтром 26 под действием устройства 28 предварительного сжатия в картер 20, где он направляется через элементы кривошипно-шатунного механизма 15 и отводит при этом от них тепловую энергию. Устройство 28 предварительного сжатия всасывает нагретый воздух после протекания через картер 20 во впускную компоновку 31, сжимает его и создает при этом, в зависимости от актуальной мощности привода 29 устройства предварительного сжатия на впуске 30 воздуха перед цилиндром 11 повышенное давление, по сравнению с окружающим давлением. Посредством этого повышенного давления на впуске 30 воздуха во время такта всасывания поршня 12 в камеру 14 сжатия может направляться больше воздуха, что увеличивает мощность подачи и коэффициент полезного действия поршневого компрессора 10.

В приведенной в качестве примера форме исполнения изобретения по фиг. 1, впускная компоновка 31 имеет между устройством 28 предварительного сжатия и цилиндром 11 охлаждающее устройство 32, посредством которого охлаждается направляющийся через впускную компоновку 31 воздух. Как при протекании через картер 20, так и при предварительном сжатии в устройстве 28 предварительного сжатия, всасываемый воздух нагревается, что приводит к увеличению объема, способствующего уменьшению отбираемых во время такта всасывания в камеру 14 сжатия воздушных масс. Для противодействия этому эффекту, впускная компоновка 31 имеет в направлении потока всасываемого воздуха после устройства 28 предварительного сжатия охлаждающее устройство 32, посредством которого охлаждается предварительно уплотненный впускаемый воздух. Это позволяет принимать в камере 14 сжатия больше воздушных масс. Это мероприятие еще более повышает мощность подачи и коэффициент полезного действия поршневого компрессора 10.

Привод 29 устройства предварительного сжатия соединен в приведенной в качестве примера форме исполнения изобретения поршневого компрессора 10 с регулировочным устройством 40, регулирующим мощность устройства 28 предварительного сжатия, а вместе с ним давление всасывания на впуске 31воздуха. Во впускной компоновке 31 и в выпускной компоновке 34 поршневого компрессора 10 в подходящих местах расположено несколько датчиков 41a, 41b, 41c давления и несколько термодатчиков 42a, 42b, 42c, находящихся в сигнальной связи соответственно с регулировочным устройством 40 (не изображено). Датчики 41a, 41b, 41c давления и термодатчики 42a, 42b, 42c передают в регулировочное устройство 40 соответственно преобладающую температуру воздуха или давление в соответствующих им местах во впускной компоновке 31 или в выпускной компоновке 34.

Кроме того, регулировочное устройство 40 находится в сигнальной связи с системой 45 управления устройствами, передающей другие релевантные для обеспечения сжатым воздухом поршневого компрессора 10 данные в регулировочное устройство 40. По данным, получаемым регулировочным устройством 40, в частности, от датчиков 41a, 41b, 41c давления, термодатчиков 42a, 42b, 42c и от системы 45 управления устройствами, регулировочное устройство 40 определяет актуальную потребность системы обеспечения сжатым воздухом, и вместе с ней - необходимую мощность подачи поршневого компрессора 10. На основе вытекающей из этого потребности, регулировочное устройство 40 согласовывает посредством подходящего регулирования привода 29 устройства предварительного сжатия степень предварительного сжатия всасываемого воздуха на впуске 31 воздуха посредством устройства 28 предварительного сжатия соответственно.

В другой, не изображенной в качестве примера форме исполнения изобретения предлагаемого поршневого компрессора 10, управление мощностью охлаждающего устройства 32, а также добавочного охлаждающего устройства 35 также связано с регулировочным устройством 40. В этом случае также можно регулировать мощность охлаждения обоих охлаждающих устройств 32, 35 посредством регулировочного устройства 40, в частности соответственно до определенной необходимой мощности охлаждения.

На фиг. 2 в качестве примера показано схематическое изображение второй формы исполнения предлагаемого поршневого компрессора 10. Поршневой компрессор 10 по фиг. 2 в значительной степени соответствует изображенному на фиг. 1 и описанному в соответствии с ней поршневому компрессору 10, поэтому идентичные элементы поршневых компрессоров 10 обозначаются одинаковыми ссылочными позициями. Далее разъясняются только различия между обоими схематически изображенными поршневыми компрессорами 10.

Показанный на фиг. 2 поршневой компрессор 10 имеет, по сравнению с поршневым компрессором 10 по фиг. 1, расположенное во впускной компоновке 31 воздухоотводное устройство 36 в виде редукционного клапана. В показанной форме исполнения изобретения редукционный клапан воздухоотводного устройства 36 открывается, как только давление превышает заданное значение во впускной компоновке 31 в направлении потока всасываемого воздуха после охлаждающего устройства 32 и отводит лишний всасываемый воздух во впускной компоновке 31 в окружение поршневого компрессора 10. Вследствие этого, объемный расход воздуха для охлаждения картера 20 может быть больше, чем мощность подачи поршневого компрессора 10, так как лишний воздух может отводиться из впускной компоновки 31 после протекания через картер 20 и после предварительного сжатия.

В этой приведенной в качестве примера форме исполнения изобретения можно реализовывать через картер в значительной степени любое количество объемного расхода воздуха, причем охлаждающее устройство 32, необходимо конструировать большего размера, по сравнению с поршневым компрессором 10 по фиг. 1, для увеличенного объемного расхода. При одинаковой, по сравнению с поршневым компрессором 10 по фиг. 1 мощности подачи, увеличивается также количество всасываемых воздушным фильтром 26 воздушных масс.

На фиг. 3 показана диаграмма, иллюстрирующая изменение перекаченных поршневым компрессором 10 объемных расходов, вследствие предварительного сжатия и охлаждения всасываемого воздуха при протекании через впускную компоновку 31. На диаграмме давление всасываемого воздуха на впуске 30 воздуха изображено над перекаченным поршневым компрессором 10 объемным расходом.

Перекаченный поршневым компрессором 10, согласно уровню техники, объемный расход 51 показан пунктирный кривой. Перекаченный предложенным поршневым компрессором 10 объемный расход 52 проиллюстрирован непрерывной кривой.

Как следует из диаграммы, повышения объемного расхода достигают при увеличении давления p_е0 всасывания на величину Δp_е до p_е1, при предварительном сжатии и охлаждении всасываемого воздуха на ΔV до V₁, так как рабочий объем камеры V₀ сжатия заполняют большей воздушной массой, чем в поршневом компрессоре 10 согласно уровню техники.

Опубликованные в предыдущем описании, чертежах, а также в формуле изобретения признаки изобретения могут быть существенны для осуществления изобретения, как по отдельности, так и в любой комбинации.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

10. Поршневой компрессор.

11. Цилиндр.

12. Поршень.

13. Шатун.

14. Камера сжатия.

15. Кривошипно-шатунный механизм.

20. Картер.

21. Коленчатый вал.

22. Первое приводное устройство.

25. Трубопровод для подачи воздуха.

26. Воздушный фильтр.

28. Устройство предварительного сжатия.

29. Привод устройства предварительного сжатия.

30. Впуск воздуха.

31. Впускная компоновка.

32. Охлаждающее устройство.

33. Выпуск воздуха.

34. Выпускная компоновка.

35. Добавочное охлаждающее устройство.

36. Воздухоотводное устройство.

40. Регулировочное устройство.

41а,b, c. Датчик давления.

42а, b, c. Термодатчик.

45. Система управления устройствами

51. Объемный расход поршневого компрессора согласно уровню техники.

52. Объемный расход предложенного согласно изобретению поршневого компрессора.

Изобретение относится к поршневым компрессорам, в частности к безмасляным поршневым компрессорам для рельсовых транспортных средств. Компрессор содержит, по меньшей мере, один цилиндр для сжатия воздуха с расположенным в нем с возможностью перемещения поршнем в расположенной выше поршня в цилиндре камере сжатия. Камера сжатия соединена с впускной компоновкой для сжимаемого воздуха и с выпускной компоновкой для сжатого воздуха. Компрессор приводится в движение первым приводным устройством. Впускная компоновка имеет устройство предварительного сжатия, которое приводится в движение вторым приводным устройством с возможностью изменения мощности, служащее для увеличения давления всасывания на впуске воздуха. Повышается эффективность использования энергии и удельной мощности. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Поршневой компрессор, по меньшей мере, с одним цилиндром (11) для сжатия воздуха с расположенным в нем с возможностью перемещения поршнем (12) в расположенной выше поршня (12) в цилиндре (11) камере (14) сжатия, причем камера (14) сжатия имеет впуск (30) воздуха и выпуск (33) воздуха и соединена на впуске (30) воздуха с впускной компоновкой (31) для сжимаемого воздуха, а на выпуске (33) воздуха соединена с выпускной компоновкой (34) для сжатого воздуха, причем поршневой компрессор (10) может приводиться в движение первым приводным устройством (22), отличающийся тем, что впускная компоновка (31) имеет устройство предварительного сжатия (28), приводимое в движение вторым приводным устройством (29) с возможностью изменения мощности для увеличения давления всасывания, и охлаждающее устройство (32) для охлаждения сжимаемого воздуха.

2. Поршневой компрессор по п.1, отличающийся тем, что имеется картер (20), в котором расположен коленчатый вал (21), на котором установлен с возможностью вращения, по меньшей мере, один соединенный с поршнем (12) шатун (13), причем всасываемый воздух, по меньшей мере, одного цилиндра (11) направляется через картер (20).

3. Поршневой компрессор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что впускная компоновка (31) имеет воздухоотводное устройство (36).

4. Поршневой компрессор по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что имеется дополнительное охлаждающее устройство (35) для охлаждения сжатого воздуха после прохождения, по меньшей мере, одного цилиндра (11) поршневого компрессора (10).

5. Поршневой компрессор по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что имеется регулировочное устройство (40), установленное с возможностью регулирования мощности устройства (28) предварительного сжатия, а вместе с ним давления всасывания на впуске (30) воздуха.

6. Способ управления поршневым компрессором по п.5, отличающийся тем, что с помощью регулировочного устройства (40) регулируют мощность устройства (28) предварительного сжатия между максимальным значением, соответствующим максимальному давлению (p_max) всасывания на впуске (30) воздуха, и минимальным значением, соответствующим произведенному при возвратно-поступательном движении поршня в цилиндре (11) давлению (p₀) всасывания на впуске (30) воздуха.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что регулировочное устройство (40) находится в сигнальной связи, по меньшей мере, с датчиком (45) сигналов и /или, по меньшей мере, с датчиком (41а, 41b, 41c, 42a, 42b, 42c), причем посредством регулировочного устройства (40) регулируют мощность устройства (28) предварительного сжатия в зависимости, по меньшей мере, от одного значения и/или от его сигнала, по меньшей мере, одного датчика (45) сигналов и/или датчика (41а, 41b, 41c, 42a, 42b, 42c).

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что, по меньшей мере один датчик (41а, 41b, 41c, 42a, 42b, 42c) выбирают из группы, имеющей, в частности, датчики (41а, 41b, 41c) давления, термодатчики (42a, 42b, 42c), проточные датчики и датчики числа оборотов.

9. Способ по п.7 или 8, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один датчик (45) сигналов выбирают из группы, имеющей системы (45) управления устройствами или устройства управления.

10. Способ по любому из пп. 6-9, отличающийся тем, что посредством регулировочного устройства (40) регулируют мощность охлаждающего устройства (32), независимо от мощности устройства (28) предварительного сжатия.