Модульная компрессорная установка с переключением ступеней (варианты) Российский патент 2022 года по МПК F04B25/00 

Область техники.

Заявляемая группа технических решений относится к области компрессоростроения.

Уровень техники.

Известны поршневые одноступенчатые двухрядные компрессоры (пат. 127414 Рос. Федерация: МПК F04B25/00. Компрессор поршневой оппозитный двухрядный одноступенчатый [Текст]/ Ворошилов Игорь Валерьевич; патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью "Тегас" - № 2012146227, заявл. 29.10.2012, опубл. 27.04.2013, Бюл. № 12 [1]; пат. 129571 Рос. Федерация: МПК F04B25/00. Компрессор поршневой угловой одноступенчатый [Текст]/ Ворошилов Игорь Валерьевич; патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью "Тегас" - № 2012157508, заявл. 26.12.2012, опубл. 27.06.2013, Бюл. № 18, [2]; пат. 129572 Рос. Федерация: МПК F04B25/00. Компрессор поршневой угловой одноступенчатый [Текст]/ Ворошилов Игорь Валерьевич; патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью "Тегас" - № 2013100748, заявл. 09.01.2013, опубл. 27.06.2013 Бюл. № 18, [3]).

Как и в заявляемых технических решениях указанные аналоги [1-3] содержат в каждом ряду по крайней мере один цилиндр первой ступени.

Известны поршневые оппозитные двухрядные двухступенчатые компрессоры (пат. 126770 Рос. Федерация: МПК F04B25/00. Компрессор поршневой оппозитный двухрядный двухступенчатый [Текст]/ Ворошилов Игорь Валерьевич; патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью "Тегас" - № 2012145517, заявл. 25.10.2012, опубл. 10.04.2013 Бюл. № 10, [4]; пат. 129166 Рос. Федерация: МПК F04B25/00. Компрессор поршневой оппозитный двухрядный двухступенчатый без смазки цилиндров и сальников [Текст]/ Ворошилов Игорь Валерьевич; патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью "Тегас" - № 2012155038, заявл. 18.12.2012, опубл. 20.06.2013 Бюл. № 17, [5]; пат. 135014 Рос. Федерация: МПК F04B25/00. Компрессор поршневой оппозитный дожимающий двухступенчатый [Текст]/ Ворошилов Игорь Валерьевич; патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью "Тегас" - № 2013108401, заявл. 26.02.2013, опубл. 27.11.2013 Бюл. № 33, [6]; пат. 135013 Рос. Федерация: МПК F04B25/00. Компрессор поршневой оппозитный двухрядный двухступенчатый [Текст]/ Ворошилов Игорь Валерьевич; патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью "Тегас" - № 2013108318, заявл. 25.02.2013, опубл. 27.11.2013, Бюл. № 33, [7]).

Как и в заявляемых технических решениях указанные аналоги [4-7] содержат цилиндры первой и второй ступеней сжатия.

Также известны поршневые оппозитные четырехрядные двухступенчатые компрессоры (пат. 138732 Рос. Федерация: МПК F04B25/00. Компрессор поршневой оппозитный четырехрядный двухступенчатый [Текст]/ Ворошилов Игорь Валерьевич; патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью "Тегас" - № 2013111391, заявл. 13.03.2013, опубл. 20.03.2014 Бюл. № 8, [8]; пат. 126382 Рос. Федерация: МПК F04B25/00. Компрессор поршневой оппозитный четырехрядный двухступенчатый [Текст]/ Ворошилов Игорь Валерьевич; патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью "Тегас" - № 2012144130, заявл. 16.10.2012, опубл. 27.03.2013 Бюл. № 9, [9]).

Как и в заявляемых технических решениях указанные аналоги [8-9] содержат цилиндры первой ступени и первый и второй цилиндры второй ступени.

Ближайшим аналогом заявляемого технического решения является компрессор высокого давления (пат. 2432496 Рос. Федерация: МПК F04B25/00. Компрессор высокого давления и способ его работы [Текст]/Хуттар Эрнст, Огнар Гюнтер; патентообладатель Леоберсдорфер Машиненфабрик АГ (АТ) - № 2008132803, заявл. 10.01.2007, опубл. 27.10.2011 Бюл. №30, [10]).

Как и в заявляемом техническом решении прототип [10] выполнен с возможностью выборочного регулирования между одноступенчатым рабочим положением, в котором компримируемый газ сжимается в единственной ступени, и многоступенчатым рабочим положением, в котором, по меньшей мере, одна рабочая полость соединена последовательно с, поменьшей мере, одной последующей рабочей полостью.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении или использовании группы технических решений является оптимизация энергопотребления компрессора с целью минимизации массы привода компрессора. Это необходимо для транспортирования компрессорной установки без специального разрешения по дорогам общего назначения.

У аналогов [1-9] не предусмотрено переключение с одноступенчатого режима работы на многоступенчатое.

У прототипа [10] рабочие полости имеют одинаковый рабочий объем. Это не позволяет изменить отношение степеней сжатия между ступенями.

Раскрытие сущности технического решения.

Техническим результатом, обеспечиваемым каждым изобретением из группы, является оптимизация отношений степеней сжатия между ступенями компрессора с переключением ступеней.

Сущность заявленного технического решения по варианту 1 состоит в том, что компрессорная установка содержит поршневой компрессор, выполненный с возможностью работы в одноступенчатом режиме или многоступенчатом режиме. При этом в одноступенчатом режиме все цилиндры соединены параллельно между собой, а в многоступенчатом режиме по меньшей мере, один цилиндр соединен последовательно с, по меньшей мере, одним последующим цилиндром. Отличается тем, что компрессор выполнен оппозитным четырехрядным, при этом сумма рабочих объемов цилиндров первого и второго рядов больше или меньше суммы рабочих объемов цилиндров третьего и четвертого рядов.

Сущность заявленного технического решения по варианту 2 состоит в том, что компрессорная установка содержит поршневой компрессор, выполненный с возможностью работы в одноступенчатом режиме или многоступенчатом режиме. При этом в одноступенчатом режиме все цилиндры соединены параллельно между собой, а в многоступенчатом режиме по меньшей мере, один цилиндр соединен последовательно с, по меньшей мере, одним последующим цилиндром. Отличается тем, что компрессор выполнен оппозитным четырехрядным, при этом рабочий объем цилиндра четвертого ряда больше или меньше рабочего объема любого из цилиндров первого, второго и третьего рядов.

Краткое описание чертежей.

На фигуре 1 показана схема работы установки по вариантам 1, 2 в первом режиме работы, на фиг. 2 – схема работы установки по вариантам 1, 2 во втором режиме работы, на фиг. 3 – схема работы установки по примеру 3 (варианты 1, 2) в первом режиме работы, на фиг. 4 – схема работы установки по примеру 3 (варианты 1, 2) во втором режиме работы.

Осуществление технического решения по варианту 1.

Модульная компрессорная установка (фиг. 1, 2) с переключением ступеней содержит поршневой оппозитный четырехрядный компрессор, в каждом ряду которого размещен по крайней мере один цилиндр (1 – 4).

На входе газа в цилиндры (1 – 4) установлено первое запорное устройство (5).

С целью повышения эффективности охлаждения, выход газа каждого цилиндра (1 – 4) соединен со входом соответствующего газоохладителя (6 – 9).

На входе газа в цилиндр четвертого ряда (4) установлено второе запорное устройство (10).

Выходы газа цилиндров первых трех рядов (1 – 3) соединены со входом цилиндра четвертого ряда (4) через третье запорное устройство (11).

Выходы газа цилиндров первых трех рядов (1 – 3) дополнительно соединены с выходом газа компрессора через четвертое запорное устройство (12).

На выходе газа из компрессора установлено пятое запорное устройство (13).

В зависимости от минимального объема всасывания газа сумма рабочих объемов цилиндров первого и второго рядов (1 – 2) больше или меньше суммы рабочих объемов цилиндров третьего и четвертого рядов (3 – 4). Это позволяет оптимизировать отношения степеней сжатия между ступенями компрессора с переключением ступеней. Это в свою очередь позволяет уменьшить мощность привода и его массу.

Примеры конкретного выполнения установки по варианту 1.

Пример 1. На входе газа в каждый цилиндр (1 – 4) установлена буферная емкость. Кроме того, буферные емкости установлены между выходами газа из цилиндров (1 – 4) и газоохладителями (6 – 9) (не показано).

Пример 2. Между третьим запорным устройством (11) и цилиндром четвертого ряда (4) размещен влагомаслоотделитель (не показано).

Пример 3. Второе запорное устройство (10) может быть установлено на входе в цилиндр в цилиндр третьего ряда (3) (фиг. 3, 4). При этом выходы газа цилиндров первых двух рядов (1, 2) соединены со входом цилиндра третьего ряда (3) через третье запорное устройство (11). Выходы газа цилиндров первых двух рядов (1, 2) дополнительно соединены с выходом газа компрессора через четвертое запорное устройство (12). В первом одноступенчатом режиме работы установки второе и четвертое запорные устройства (10, 12) открыты, а третье запорное устройство (11) закрыто. Во втором двухступенчатом режиме работы второе и четвертое запорные устройства (10, 12) закрыты, а третье запорное устройство (11) открыто.

Реализация технического решения по варианту 1 не ограничивается приведенным выше примером.

Описание работы установки по варианту 1.

Для оптимизации энергопотребления цилиндры компрессора выполняют так, чтобы сумма рабочих объемов цилиндров первого и второго рядов (1 – 2) была больше или меньше суммы рабочих объемов цилиндров третьего и четвертого рядов (3 – 4).

В первом одноступенчатом режиме работы газ через открытое первое запорное устройство (5) поступает в цилиндр каждого ряда (1 – 4), который является цилиндром первой ступени сжатия. При этом третье запорное устройство (11) закрыто. Второе и четвертое запорные устройства (10, 12) открыты. После сжатия газ охлаждают в соответствующем охладителе (6 – 9). Сжатый газ из цилиндров первых трех рядов (1 – 3) поступает на выход компрессора через четвертое и пятое запорные устройства (12, 13). Сжатый газ из цилиндра четвертого ряда (4) поступает на выход компрессора через пятое запорное устройство (13).

Во втором двухступенчатом режиме работы третье запорное устройство (11) открыто, а второе и четвертое запорные устройства (10, 12) закрыты. Газ через открытое первое запорное устройство (5) поступает в цилиндры первых трех рядов (1 – 3), которые являются цилиндрами первой ступени сжатия. После сжатия газ охлаждают в соответствующем охладителе (6 – 8). Сжатый в первой ступени газ из цилиндров первых трех рядов (1 – 3) поступает через третье запорное устройство (11) в цилиндр четвертого ряда (4). При этом цилиндр четвертого ряда (4) является цилиндром второй ступени сжатия. Сжатый во второй ступени газ охлаждают в охладителе (9) и подают потребителю через пятое запорное устройство (13).

Осуществление технического решения по варианту 2.

Модульная компрессорная установка (фиг. 1, 2) с переключением ступеней содержит поршневой оппозитный четырехрядный компрессор, в каждом ряду которого размещен по крайней мере один цилиндр (1 - 4).

На входе газа в цилиндры (1 – 4) установлено первое запорное устройство (5).

С целью повышения эффективности охлаждения, выход газа каждого цилиндра (1 – 4) соединен со входом соответствующего газоохладителя (6 – 9).

На входе газа в цилиндр четвертого ряда (4) установлено второе запорное устройство (10).

Выходы газа цилиндров первых трех рядов (1 – 3) соединены со входом цилиндра четвертого ряда (4) через третье запорное устройство (11).

Выходы газа цилиндров первых трех рядов (1 – 3) дополнительно соединены с выходом газа компрессора через четвертое запорное устройство (12).

На выходе газа из компрессора установлено пятое запорное устройство (13).

В зависимости от минимального объема всасывания газа рабочий объем цилиндра четвертого ряда (4) больше или меньше рабочего объема любого из цилиндров первого, второго и третьего рядов (1 - 3). Это позволяет оптимизировать отношения степеней сжатия между ступенями компрессора с переключением ступеней, что в свою очередь позволяет уменьшить мощность привода и его массу.

Примеры конкретного выполнения установки по варианту 2.

Пример 1. На входе газа в каждый цилиндр (1 – 4) установлена буферная емкость. Кроме того, буферные емкости установлены между выходами газа из цилиндров (1 – 4) и газоохладителями (6 – 9) (не показано).

Пример 2. Между третьим запорным устройством (11) и цилиндром четвертого ряда (4) размещен влагомаслоотделитель (не показано).

Пример 3. Второе запорное устройство (10) может быть установлено на входе в цилиндр в цилиндр третьего ряда (3) (фиг. 3, 4). При этом выходы газа цилиндров первых двух рядов (1, 2) соединены со входом цилиндра третьего ряда (3) через третье запорное устройство (11). Выходы газа цилиндров первых двух рядов (1, 2) дополнительно соединены с выходом газа компрессора через четвертое запорное устройство (12). В первом одноступенчатом режиме работы установки второе и четвертое запорные устройства (10, 12) открыты, а третье запорное устройство (11) закрыто. Во втором двухступенчатом режиме работы второе и четвертое запорные устройства (10, 12) закрыты, а третье запорное устройство (11) открыто.

Реализация заявляемого технического решения по варианту 2 не ограничивается приведенным выше примером.

Реализация технического решения по варианту 2 не ограничивается приведенным выше примером.

Описание работы установки по варианту 2.

Для оптимизации энергопотребления цилиндры компрессора выполняют так, чтобы рабочий объем цилиндра четвертого ряда (4) был больше или меньше рабочего объема любого из цилиндров первого, второго и третьего рядов (1 – 3).

В первом одноступенчатом режиме работы газ через открытое первое запорное устройство (5) поступает в цилиндр каждого ряда (1 – 4), который является цилиндром первой ступени сжатия. При этом третье запорное устройство (11) закрыто. Второе и четвертое запорные устройства (10, 12) открыты. После сжатия газ охлаждают в соответствующем охладителе (6 – 9). Сжатый газ из цилиндров первых трех рядов (1 – 3) поступает на выход компрессора через четвертое и пятое запорные устройства (12, 13). Сжатый газ из цилиндра четвертого ряда (4) поступает на выход компрессора через пятое запорное устройство (13).

Во втором двухступенчатом режиме работы третье запорное устройство (11) открыто, а второе и четвертое запорные устройства (10, 12) закрыты. Газ через открытое первое запорное устройство (5) поступает в цилиндры первых трех рядов (1 – 3), которые являются цилиндрами первой ступени сжатия. После сжатия газ охлаждают в соответствующем охладителе (6 – 8). Сжатый в первой ступени газ из цилиндров первых трех рядов (1 – 3) поступает через третье запорное устройство (11) в цилиндр четвертого ряда (4). При этом цилиндр четвертого ряда (4) является цилиндром второй ступени сжатия. Сжатый во второй ступени газ охлаждают в охладителе (9) и подают потребителю через пятое запорное устройство (13).

Промышленная применимость.

Заявляемая группа технических решений реализована с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть изготовлена на машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в химической, угольной и горнодобывающей промышленности, областях добычи, переработки, транспортировки и сбыта нефтяных и газовых продуктов.

Заявляемая группа технических решений относится к области компрессоростроения. В варианте 1 компрессорная установка содержит поршневой компрессор, выполненный с возможностью работы в одноступенчатом режиме или многоступенчатом режиме. При этом в одноступенчатом режиме все цилиндры (1-4) соединены параллельно между собой, а в многоступенчатом режиме по меньшей мере, один цилиндр соединен последовательно с, по меньшей мере, одним последующим цилиндром. Оптимизация отношений степеней сжатия между ступенями компрессора с переключением ступеней достигается за счет того, что компрессор выполнен оппозитным четырехрядным, при этом сумма рабочих объемов цилиндров первого и второго рядов (1, 2) больше или меньше суммы рабочих объемов цилиндров третьего и четвертого рядов (3, 4). Во втором варианте технический результат достигается за счет того, что рабочий объем цилиндра четвертого ряда (4) больше или меньше рабочего объема любого из цилиндров первого, второго и третьего рядов (1–3). 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Компрессорная установка, содержащая поршневой компрессор, выполненный с возможностью работы в одноступенчатом режиме или многоступенчатом режиме, при этом в одноступенчатом режиме все цилиндры соединены параллельно между собой, а в многоступенчатом режиме, по меньшей мере, один цилиндр соединен последовательно с, по меньшей мере, одним последующим цилиндром, отличающаяся тем, что компрессор выполнен оппозитным четырехрядным, при этом сумма рабочих объемов цилиндров первого и второго рядов больше или меньше суммы рабочих объемов цилиндров третьего и четвертого рядов.

2. Компрессорная установка, содержащая поршневой компрессор, выполненный с возможностью работы в одноступенчатом режиме или многоступенчатом режиме, при этом в одноступенчатом режиме все цилиндры соединены параллельно между собой, а в многоступенчатом режиме, по меньшей мере, один цилиндр соединен последовательно с, по меньшей мере, одним последующим цилиндром, отличающаяся тем, что компрессор выполнен оппозитным четырехрядным, при этом рабочий объем цилиндра четвертого ряда больше или меньше рабочего объема любого из цилиндров первого, второго и третьего рядов.