Компрессор Российский патент 2023 года по МПК F04B35/02 F04B37/12 

Область техники.

Изобретение относится к области гидропневматической техники, конкретно к компрессору для сжатия и перекачки газов жидкостными поршнями.

Уровень техники

Известен компрессор /SU 1153109/, содержащий две рабочие камеры с жидкостными поршнями. Жидкостные полости камер соединены между собой через гидронасос с переключателем направления движения жидкости (ПНЖ), а их газовые полости через нагнетательные клапаны соединены с полостью ресивера и через всасывающие клапаны - с патрубком ввода газа. ПНЖ по сигнальным входам соединен с датчиками минимального уровня жидкости (ДМУ) в рабочих камерах. На поверхности жидкостных поршней установлены поплавки.

При этом гидронасос выполнен реверсивным с прямой и обратной подачей воды, а ПНЖ – в виде двух реле переключения обмоток электропривода вращения гидронасоса по сигналам ДМУ на прямое и обратное вращение.

Проблемой известного компрессора /SU 1153109/ является пониженные коэффициент полезного действия (КПД) и надежность его работы, связанные с реверсивным выполнением гидронасоса и, вследствие этого, потерями энергии на торможение, остановку, переключение на обратное вращение и ускорение до заданных оборотов вращения крыльчатки гидронасоса при смене направления движения жидкости в рабочих камерах.

Техническим результатом изобретения является повышение КПД компрессора путем снижения непроизводительных потерь времени в процессе сжатия газа жидкостными поршнями.

Раскрытие сущности изобретения

Решение указанной технической проблемы и достижение заявленного технического результата обеспечивается тем, что компрессор содержит две рабочие камеры с жидкостными поршнями. Жидкостные полости камер соединены между собой через гидронасос с переключателем направления движения жидкости (ПНЖ), а их газовые полости через нагнетательные клапаны соединены с полостью ресивера и через всасывающие клапаны - с патрубком ввода газа. ПНЖ по сигнальным входам соединен с датчиками минимального уровня жидкости в рабочих камерах. На поверхности жидкостных поршней установлены поплавки.

Новыми отличительными признаками компрессора являются:

- выполнение ПНЖ в виде двухпозиционного распределителя жидкости;

- соединение ПНЖ по входам с гидронасосом, а по выходам – с жидкостными полостями камер;

- установка в верхней части ресивера пневматического реле давления;

- соединенное реле по управляющему выходу с электропитающим входом гидронасоса, а по сжатому газу с выходом ресивера;

- установка в полости ресивера промывателя перекачиваемого газа;

- выполнение промывателя в виде жидкостного затвора;

- соединение затвора газовой трубой с газовыми выходами рабочих камер, а по жидкостному выходу с нормально закрытым клапаном вывода ила;

- выполнение поплавков каждой рабочей камеры антидиффузионными.

Указанные отличительные признаки изобретения в совокупности с указанными выше ограничительными признаками позволили создать новые технические свойства компрессора, обеспечивающие достижение заявленного технического результата, в частности:

- Выполнение ПНЖ в виде двухпозиционного распределителя жидкости, соединение ПНЖ по входам с гидронасосом, а по выходам – с жидкостными полостями камер позволяют исключить инерционные потери энергии на торможение, остановку и ускорения ротора гидронасоса при смене направления движения жидкости в рабочих камерах.

- Установка в верхней части ресивера пневматического реле давления, соединение реле давления по управляющему выходу с электропитающим входом гидронасоса, а по сжатому газу- с выходом ресивера позволяют автоматически поддерживать давления в ресивере в заданном диапазоне давлений. Тем самым, исключаются затраты ручного управления компрессором и соответствующие временные затраты на визуальный контроль давления и своевременное отключение/включение гидронасоса при разборе газа компрессора.

- Установка в ресивере промывателя газа выполнение промывателя в виде жидкостного затвора, соединение затвора газовой трубой с газовыми выходами рабочих камер, а по жидкостному выходу с нормально закрытым клапаном вывода ила позволяют исключить необходимость дальнейшей очистки газа и, тем самым, сократить временные затраты на его очистку.

- Выполнение поплавков рабочих камер антидиффузионными позволяют уменьшить диффузионные потери газов в жидкостных поршнях при сжатии газов в рабочих камерах.

В целом указанные новые свойства и технические преимущества предлагаемого компрессора по сравнению с известным /SU 1153109/ позволили уменьшить временные, газовые и инерционные потери энергии и, как следствие, позволили повысить КПД компрессора и достичь заявленного технического результата.

Ссылка на чертежи

Сущность изобретения поясняется чертежами, представленными на фиг. 1- фиг. 4. На фиг. 1 представлена конструкция компрессора с двумя жидкостными поршнями с нижним расположением ПНЖ и промывкой перекачиваемого газа в ресивере, на фиг. 2 – конструкция компрессора с верхним расположением ПНЖ, на фиг. 3 и фиг. 4 схема движения гидравлической жидкости ПНЖ в режиме её перекачки из первой рабочей камеры во вторую и наоборот из второй в первую соответственно.

На фиг. 1-4 обозначены:

1 - компрессор;

2, 3 – первая и вторая рабочая камера;

4, 5 – датчик минимального уровня жидкости (ДМУ) в первой и второй камере соответственно;

6, 7 – всасывающий и нагнетательный клапан соответственно;

8 – патрубок ввода газа (газовый вход компрессора);

9 – переключатель направления движения жидкости (ПНЖ);

10 – гидронасос;

11 – распределитель жидкости;

12, 13, 14, 15 – цилиндр, поршни цилиндра, шток привода поршней и электромагнитное реле управления штоком распределителя 11 соответственно;

16 - ресивер (накопитель сжатого газа);

17, 18, 19, 20, 21, 22 – патрубок ввода сжатого газа, патрубок вывода сжатого газа, реле давления, предохранительный клапан, жидкостный затвор и клапан вывода ила ресивера 16 соответственно;

23, 24 – охладители жидкости и газа соответственно.

25, 26 - патрубок приема жидкости первой и второй рабочих камер соответственно;

27 – муфта вывода сжатого газа (газовый выход компрессора 1);

28 – антидиффузионный поплавок;

29 – вентиль вывода газа компрессора.

Осуществление изобретения

Согласно фиг. 1 - фиг. 4 компрессор 1 содержит две рабочие камеры 2 и 3 с жидкостными поршнями. Каждая камера 2 и 3 выполнена в виде герметичного сосуда цилиндрической формы, содержащего верхнюю газовую и нижнюю жидкостную полость. На газовой полости указанных камер 2 и 3 установлены газовые всасывающие 6 и нагнетательные 7 клапаны. Всасывающие клапаны 6 обеих камер 2 и 3 соединены по входу с патрубком 8 ввода – газовый вход компрессора 1, а по выходу – с газовой полостью указанных камер. Камера 2 и камера 3 снабжены соответствующими патрубками 25 и 26 для обмена между ними гидравлической жидкости и создания в полостях указанных камер жидкостных поршней для всасывания и перекачки входного газа. В зависимости от диффузионной проницаемости перекачиваемых газов в качестве жидкости жидкостных поршней использована вода, масло, или инертные жидкости типа полисилоксан или полидиметилсилоксан. Для перекачки газов с повышенной диффузионной проницаемостью, например водорода, в полости камер 2 и 3 на поверхности их жидкостных поршней может быть установлен антидиффузионный поплавок 28, перекрывающий поперечное сечение указанных камер. Антидиффузионный поплавок 28 может быть выполнен из пластмассы пониженной плотности (по сравнению с плотностью жидкости жидкостного поршня) с металлическим, керамическим или графитовым напылением на его поверхности. Также поплавок 28 может быть выполнен из металла в виде герметичного пустотелого поршня, заполненного легким газом.

Жидкостные полости рабочих камер 2 и 3 снабжены соответствующими датчиками 4 и 5 минимального уровня (ДМУ) жидкости в указанных камерах. Указанные ДМУ 4 и ДМУ 5 выполнены в виде поплавка с электромеханическим сигнальным реле, или в виде пневматического или гидравлического реле давления с сигнальным выходом.

Для циклического обмена гидравлической жидкостью между камерами 2 и 3 в процессе всасывания внешнего газа в одной из камер и одновременного сжатия его в другой камере, патрубки 25 и 26 указанных камер гидравлически соединены между собой и с гидронасосом 10 через переключатель 9 направления движения жидкости (ПНЖ). При этом управляющие входы ПНЖ 9 соединены с сигнальными выходами ДМУ 4 и ДМУ 5 указанных камер.

ПНД 9 содержит двухпозиционный шести линейный распределитель 11 жидкости. Гидронасос 10 выполнен вихревым, центробежным, шестеренчатым, пластинчатым, аксиально поршневым или плунжерным. Распределитель 11 выполнен клапанного или золотникового типа с электрическим, гидравлическим или пневматическим управлением. Распределитель 11 соединен по входу двумя парами трубопроводов с гидронасосом 10, а по выходам – через соответствующие патрубки 25 и 26 с жидкостными полостями первой 2 и второй 3 камеры соответственно. Распределитель 11 клапанного типа, представленный на фиг. 3, содержит герметичный цилиндр 12, разделенный поперечной пластиной на две герметичные полости. Каждая полость цилиндра 12 снабжена двумя трубопроводами для одновременного соединения с входом и выходом гидронасоса 10 и одним трубопроводом – для соединения с жидкостной полостью камеры 2 и камеры 3 через соответствующие их патрубки 25 и 26. Для переключения направления перемещения жидкости из камеры 2 в камеру 3 и обратно в каждой полости цилиндра 12 установлено по одному поршню 13. Оба поршня 13 закреплены на общем подвижном вдоль оси цилиндра штоке 14. Подвижность штока 14 обеспечена за счет выполнения в поперечной пластине центрального отверстия для свободного движения штока 14. Свободный конец штока 14 кинематически соединен с сердечником тягового электромагнитного реле 15 с двумя устойчивыми состояниями равновесия. Управляющие входы указанного реле 15 соединены с сигнальными выходами датчиков ДМУ 4 и ДМУ 5 рабочих камер 2 и 3 соответственно.

Газовые полости обеих камер 2 и 3 соединены по сжатому газу через соответствующие напорные клапаны 7 с входом ресивера 16 – накопителя сжатого газа. Ресивер 16 выполнен в виде герметичного бака цилиндрической формы. Ресивер 16 снабжен входным 17 и выходным 18 газовым патрубком сжатого газа. На выходном патрубке 18 установлено пневматическое реле 19 давления, соединенное по управляющему выходу с электропитающим входом гидронасоса 10, а по сжатому газу - с выходным вентилем 29, являющемся газовым выходом компрессора 1. В полости ресивера 16 установлен промыватель перекачиваемого газа, выполненный в виде жидкостного затвора 21, соединенного газовой трубой 17 с газовыми выходами 7 камер 2 и 3, а по жидкостному выходу - с нормально закрытым клапаном 22 вывода ила. Для повышения безопасности обслуживания ресивер 16 может быть оснащен предохранительным клапаном 20 сброса давления. Кроме того, для охлаждения компрессора 1 газовые выходы камер 2, 3, а также жидкостные выходы ПНД 10 могут быть оснащены соответствующими охладителями 24 и 23 радиаторного или адиабатического типа.

Работа компрессора

Работа компрессора представлена на примере сжатия воздуха.

Перед началом работы в полости камер 2 и 3 через патрубок 8 заливают воду до половины каждой емкости камер 2 и 3. Далее включают гидронасос 10, например для перекачки (фиг. 3) жидкости из камеры 2 в камеру 3. При этом в камере 2 при уходе жидкости образуется разряжение воздуха и засасывание в нее атмосферного воздуха через патрубок 8 и клапан 6, а в камере 2 – его сжатие. При этом сжатый воздух в камере 2 открывает клапан 7 и сжатый воздух через патрубок 17 входит в жидкостный затвор 21, где промывается от пыли и накапливается при закрытом вентиле 22 в верхней полости ресивера 16. При снижении уровня воды в камере 2 до уровня местонахождения датчика 4 минимального уровня жидкости (ДМУ) последний срабатывает и сигнал с ДМУ 4 поступает на электромагнитное реле 15 управления штоком 14 распределителя 9 направления движения жидкости. Реле 15 срабатывает и переводит шток 14 с его поршнями 13 в положение, представленное на фиг. 4. При этом поток жидкости в гидроцилиндре 12 при работающем гидронасосе 10 перенаправляется в обратную сторону- из камеры 3 в камеру 2. При этом камера 2 переходит в режим сжатия воздуха, а камера 3 - в режим всасывания внешнего воздуха через открывшийся клапан 6 в камере 3. При достижении минимального значения жидкости в камере 3 срабатывает её ДМУ 5. Сигнал об этом передается на второй вход электромагнитного реле 15. Переключатель 9 изменяет направление движения жидкости и процесс переключения камер 2 и 3 на сжатие и всасывания воздуха повторяется. При достижении давления сжатого воздуха предельного значения, например 4 Бар, в ресивере 16 срабатывает реле 19 давления и отключает гидронасос 10. При разборе сжатого воздуха через вентиль 29 вывода сжатого газа давление в ресивере 16 уменьшается. При достижении давления в ресивере 16 минимального значения, например 2 Бар, реле 19 давления срабатывает и включает гидронасос 10. При этом компрессор 1 повторно переходит в режим поочередной работы камер 2 и 3 на закачку в ресивер 16 сжатого воздуха. Аналогичным образом работает предлагаемый компрессор с другими газами, например при перекачке метана из магистрального трубопровода в баллоны сжатого газа.

Промышленная применимость

Изобретение разработано на уровне физической модели воздушного компрессора с жидкостным насосом. Испытания компрессора показали его техническую осуществимость и достижение заявленного технического результата.

Изобретение относится к компрессору для сжатия и перекачки газов жидкостными поршнями. Компрессор содержит две рабочие камеры 2, 3 с жидкостными поршнями, жидкостные полости которых соединены между собой через гидронасос 10 с переключателем направления движения жидкости 9, а их газовые полости через нагнетательные клапаны 7 соединены с полостью ресивера 16 и через всасывающие клапаны 6 - с патрубком ввода газа 8. Переключатель 9 по сигнальным входам соединен с датчиками минимального уровня 4, 5 жидкости в камерах 2, 3. На поверхности жидкостных поршней установлены антидиффузионные поплавки 28. Переключатель 9 выполнен в виде двухпозиционного распределителя жидкости, соединенного по входам с гидронасосом 10, а по выходам - с жидкостными полостями. В верхней части ресивера 16 установлено пневматическое реле давления, соединенное по управляющему выходу с электропитающим входом гидронасоса 10, а по сжатому газу с выходом ресивера 16. В полости ресивера 16 установлен промыватель перекачиваемого газа, выполненный в виде жидкостного затвора, 21 соединенного газовой трубой 17 с газовыми выходами 7 камер 2, 3, а по жидкостному выходу с нормально закрытым клапаном 22 вывода ила. Изобретение направлено на повышение КПД компрессора. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Компрессор, содержащий две рабочие камеры с жидкостными поршнями, жидкостные полости которых соединены между собой через гидронасос с переключателем направления движения жидкости (ПНЖ), а их газовые полости через нагнетательные клапаны соединены с полостью ресивера и через всасывающие клапаны - с патрубком ввода газа, причем ПНЖ по сигнальным входам соединен с датчиками минимального уровня жидкости в рабочих камерах, а на поверхности жидкостных поршней установлены поплавки, отличающийся тем, что ПНЖ выполнен в виде двухпозиционного распределителя жидкости, соединенного по входам с гидронасосом, а по выходам - с жидкостными полостями, в верхней части ресивера установлено пневматическое реле давления, соединенное по управляющему выходу с электропитающим входом гидронасоса, а по сжатому газу с выходом ресивера, в полости которого установлен промыватель перекачиваемого газа, выполненный в виде жидкостного затвора, соединенного газовой трубой с газовыми выходами рабочих камер, а по жидкостному выходу с нормально закрытым клапаном вывода ила, причем поплавки каждой рабочей камеры выполнены антидиффузионными.

2. Компрессор по п. 1, отличающийся тем, что антидиффузионные поплавки выполнены из пластмассы пониженной плотности с металлическим, керамическим или графитовым напылением на его поверхности или - из металла в виде герметичного пустотелого поршня, заполненного легким газом.