Компрессор с возможностью замены рабочих цилиндров Российский патент 2024 года по МПК F04B25/02 F04B49/00 

Область техники

Изобретение относится к области гидравлических машин объемного вытеснения и может быть использовано в многоцилиндровых компрессорах для сжатия природного газа (например, метана) в составе автомобильной газонаполнительной компрессорной станции.

Уровень техники

Из уровня техники (JP 2012013041 A, F04B 27/02, F04B 39/12, опубликовано 19.01.2019, приоритет от 02.07.2010) известен оппозитный поршневой компрессор, содержащий кривошипный механизм и две поршневые группы. В цилиндрах первой и второй ступени установлены узлы уплотнения штоков. Поршневые группы крепятся к раме посредством болтовых соединений. Недостатком данного решения является невозможность адаптации компрессора под конкретные условия производительности, а также невозможность изменения количества ступеней сжатия.

Из уровня техники (RU 186205 U1, F04B 27/02, опубликовано 11.01.2019, приоритет от 24.04.2018) известен оппозитный поршневой компрессор, содержащий кривошипный механизм и две поршневые группы. В цилиндрах первой и второй ступени установлены узлы уплотнения штоков. Поршневые группы крепятся к раме посредством болтовых соединений. Цилиндры выполнены различного объема, однако крепятся к стандартизованному посадочному месту. Недостатком данного решения является невозможность присоединения к раме компрессора цилиндра, не обладающего стандартизованным посадочным местом, а также отсутствие возможности создания компрессоров с иными параметрами производительности и давления нагнетания за счет изменения конфигурации цилиндров в отношении диаметра и количества ступеней сжатия в зависимости от конкретных условий эксплуатации. Данное устройство выбрано в качестве прототипа.

Сущность изобретения

Предложенное изобретение направлено на устранение недостатков перечисленных выше аналогов.

Технической проблемой настоящего изобретения является возможность создания семейства компрессоров на одной раме с различными параметрами давления нагнетания и производительности в зависимости от условий эксплуатации установки.

Техническим результатом от применения настоящего изобретения обеспечение возможности адаптации поршневого компрессора под конкретные условия эксплуатации посредством изменения объема рабочих цилиндров, а также изменения количества ступеней сжатия каждого конкретного цилиндра.

Указанный технический результат достигается в компрессоре, содержащим раму, в которой установлен кривошипно-шатунный механизм и, по меньшей мере, одну цилиндро-поршневую группу, включающую цилиндр и поршень, причем цилиндр закреплен на раме посредством фланцевого соединения, коленчатый вал кривошипно-шатунного механизма содержит уплотнитель в виде резинометаллической манжеты, а на крейцкопфе кривошипно-шатунного механизма выполнены наплавки из антифрикционного материала, кроме того, во фланцевое соединение, по меньшей мере, одного цилиндра и рамы установлен опорный фланец, выполненный в виде отдельной детали, причем тип и/или расположение крепежных отверстий указанного цилиндра отличается от типа и/или расположения крепежных отверстий рамы, при этом, по меньшей мере часть крепежных элементов цилиндра и рамы установлены в опорный фланец.

Дополнительная особенность заключается в том, что выполнен в виде четырехступенчатого двухрядного компрессора.

Дополнительная особенность заключается в том, что на стороне опорного фланца, обращенной к раме, расположены углубления для установки головок крепежных элементов, предназначенных для присоединения опорного фланца к цилиндру и следующие группы отверстий: резьбовые отверстия для крепежных элементов, которыми опорный фланец присоединяется к раме компрессора, отверстия для прохождения тела крепежных элементов, предназначенных для присоединения опорного фланца к цилиндру, отверстия для установки позиционирующих штифтов.

Дополнительная особенность заключается в том, что на стороне опорного фланца, обращенной к цилиндру, расположены следующие группы отверстий: отверстия для прохождения тела крепежных элементов, предназначенных для присоединения опорного фланца к цилиндру; отверстия для установки позиционирующих штифтов.

Дополнительная особенность заключается в том, что в опорном фланце выполнены отверстия для присоединения газовых и/или масляных магистралей, а также отверстие и место для установки сальникового уплотнения штока поршня относительно опорного фланца и/или цилиндра.

Заявленный технический результат обеспечивается тем, что компрессор содержит раму, в которой установлен кривошипно-шатунный механизм, коленчатый вал которого содержит уплотнитель в виде резинометаллической манжеты, а на крейцкопфе выполнены наплавки из антифрикционного материала, а также цилиндро-поршневая группа.

Цилиндро-поршневая группа может крепиться к раме при помощи опорного фланца. Опорный фланец выполнен в виде отдельной детали и устанавливается между рамой и цилиндром. На стороне опорного фланца, обращенной к раме, расположены:

• резьбовые отверстия для крепежных элементов, которыми опорный фланец присоединяется к раме компрессора;

• отверстия для прохождения тела крепежных элементов, предназначенных для присоединения опорного фланца к цилиндру;

• углубления для установки головок крепежных элементов, предназначенных для присоединения опорного фланца к цилиндру;

• отверстия для установки позиционирующих штифтов, предназначенных, в том числе, для позиционирования опорного фланца относительно рамы компрессора.

На стороне опорного фланца, обращенной к цилиндру, расположены:

• отверстия для прохождения тела крепежных элементов, предназначенных для присоединения опорного фланца к цилиндру;

• отверстия для установки позиционирующих штифтов, предназначенных, в том числе, для позиционирования опорного фланца относительно рамы компрессора.

Позиционирование фланца относительно рамы и/или цилиндра можно обеспечить по центрирующим выступу и углублению цилиндрической формы по гладкой посадке. Кроме того, во фланце могут быть выполнены сквозные отверстия для присоединения газовых и/или масляных магистралей, а также отверстие и место для установки сальникового уплотнения штока поршня относительно фланца и/или цилиндра. В качестве крепежных элементов могут быть использованы любые комбинации резьбовых крепежных элементов (болты, винты, шпильки, гайки и пр.), а также заклепки, если таковые предусмотрены конструкцией компрессора.

Тип и/или расположение крепежных отверстий цилиндра может отличаться от типа и/или расположения крепежных отверстий рамы, при этом, по меньшей мере, часть крепежных элементов цилиндра и рамы устанавливают в опорный фланец.

При необходимости изменения производительности компрессорной установки, снимают один или несколько цилиндров и устанавливают заменяющие цилиндры, которые могут имеет больший или меньший объем, либо большее или меньшее количество ступеней сжатия. Переход от нового цилиндра к стандартной раме осуществляется при помощи опорного фланца, выполненного отдельной деталью. Таким образом, заявленное изобретение позволяет использовать стандартную раму с кривошипно-шатунным механизмом в компрессорных установках с различной производительностью. Дополнительным техническим эффектом от использования изобретения является возможность стандартизации посадочных мест и присоединительных размеров оборудования, к которому подключается и на котором устанавливается компрессор, так как при необходимости установки компрессора в установки с различной производительностью изменяется только конструкция компрессора, а не присоединительные размеры его рамы.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - общий вид компрессора;

Фиг. 2 - рама;

Фиг. 3 - кривошипно-шатунный механизм;

Фиг. 4. - комбинированные поршни первой-второй и третьей-четвертой ступеней;

Фиг. 5 - комбинированный цилиндр первой-второй ступени;

Фиг. 6 - цилиндр третьей ступени;

Фиг. 7 - цилиндр четвертой ступени;

Фиг. 8 - расположение опорного фланца;

Фиг. 9 - опорный фланец, вид со стороны рамы;

Фиг. 10 - опорный фланец, вид со стороны цилиндра.

На фигуре обозначены следующие позиции: 1 - рама; 2 - комбинированный поршень первой-второй ступени; 3 - комбинированный цилиндр первой-второй ступени; 4 - цилиндр третьей ступени; 5 - комбинированный поршень третьей-четвертой ступени; 6 - цилиндр четвертой ступени; 7 - кривошипно-шатунный механизм; 8 - опоры коренных подшипников скольжения коленчатого вала; 9 - фланец рамы для присоединения цилиндра; 10 - направляющие крейцкопфа; 11 - технологическое окно; 12 - поддон-отстойник смазочного масла; 13 - опора для крепления к фундаменту; 14 -шатун; 15 - крейцкопф; 16 - коленчатый вал; 17 - наплавка из антифрикционного материала; 18 - балласт; 19 - поршень первой ступени; 20 - поршень второй ступени; 21 - шток; 22 - поршень третьей ступени; 23 - поршень четвертой ступени; 24 - технологический люк; 25 - гильза первой ступени; 26 - камера сжатия первой ступени; 27 - рубашка охлаждения; 28 - фланец цилиндра для присоединения к раме; 29 - сальниковое уплотнение штока; 30 - гильза второй ступени; 31 - камера сжатия второй ступени; 32 - канал подачи смазочного масла; 33 - опорный фланец; 34 - сальниковое уплотнение штока; 35 - рубашка охлаждения; 36 - гильза третьей ступени; 37 - камера сжатия третьей ступени; 38 - канал подачи смазочного масла; 39 - место установки впускного клапана; 40 - камера сжатия четвертой ступени; 41 - головка цилиндра; 42 - место установки клапана двустороннего действия; 43 - гильза четвертой ступени; 44 - отверстие для установки штифта; 45 - резьбовые отверстия для крепления к раме; 46 - место для установки сальникового уплотнения; 47 - отверстия для прохождения крепежа фланца к цилиндру; 48 - канавка уплотнительного кольца.

Осуществление изобретения

Осуществление изобретения рассмотрено на примере четырехступенчатого двухрядного компрессора, однако специалисту в данной области техники будет очевидно, что количество цилиндро-поршневых групп и количество ступеней в цилиндрах может варьироваться в любых разумных пределах.

Компрессор состоит из следующих основных частей: рамы 1, кривошипно-шатунного механизма 7, комбинированного поршня первой-второй ступени 2, комбинированного поршня третьей-четвертой ступени 5, комбинированного цилиндра первой-второй ступени, 3 цилиндра третьей ступени 4, цилиндра четвертой ступени 6.

Рама 1 компрессора является основной корпусной деталью. В раме интегрированы опоры коренных подшипников скольжения коленчатого вала 8, направляющие крейцкопфа 10, фланцы для присоединения цилиндров 9, поддон-отстойник смазочного масла 12, технологические окна 11 и опора 13 для крепления к фундаменту.

В раму 1 устанавливаются: кривошипно-шатунный механизм 7 на коренных подшипниках скольжения, трубопровод подачи масла к коренным подшипникам скольжения, крышки, маслозаливная горловина, индикатор уровня масла.

Кривошипно-шатунный механизм 7 служит для передачи энергии от привода к поршням с преобразованием вращательного движения в возвратно-поступательное.

В состав кривошипно-шатунного механизма (КШМ) входит коленчатый вал 16 с уплотнителем в виде резинометаллической манжеты, два шатуна 14 и два крейцкопфа 15 с наплавками из антифрикционного материала с низким коэффициентом трения, высокой твердостью и износостойкостью, а также пластичностью для хорошей прирабатываемости к поверхности. Неоднородность структуры наплавок крейцкопфа 15, обусловлена мягкой основой материала и равномерно распределенными твердыми включениями. Такая неоднородность является причиной образования микрорельефа рабочей поверхности наплавки, которая помогает удерживать смазочные вещества в рабочей зоне.

Шатуны 14 устанавливаются на коленчатый вал 16 на подшипниках скольжения. Коренные и шатунные подшипники идентичны и выполнены разъемными. Детали КШМ имеют внутренние каналы для подачи смазочного масла от коренных подшипников скольжения к шатунным и крейцкопфу. Для уравновешивания поршней дополнительно может быть установлен балласт 18.

Комбинированный поршень первой-второй ступени 2 крепится к крейцкопфу КШМ и выполнен составным из штока 21, поршня первой ступени 19 и поршня второй ступени 20. Комбинированный поршень третьей-четвертой ступени 5 выполнен единой деталью.

Комбинированный цилиндр первой-второй ступени 3 включает в себя камеры сжатия первой 26 и второй 31 ступени, рубашку охлаждения 27, каналы подачи смазочного масла 32 в камеры сжатия, места под установку впускных и нагнетательных клапанов. В цилиндр устанавливаются гильзы первой 25 и второй 30 ступени, впускные и выпускные клапана, сальниковое уплотнение штока 29. Цилиндр присоединяется к раме фланцевым соединением 28.

Цилиндр 4 третьей ступени включает в себя камеру сжатия 37 третьей ступени, рубашку охлаждения 35, канал подачи смазочного масла в камеру сжатия 38, места под установку впускных 39 и нагнетательных клапанов. В цилиндр устанавливаются гильза третьей ступени 36, впускные и выпускные клапана, сальниковое уплотнение штока 34. Цилиндр присоединяется к раме через переходный опорный фланец 33.

Цилиндр четвертой ступени 6 выполнен составным из гильзы 43, рубашки охлаждения 35, головки цилиндра 41. В головке цилиндра 41 расположено место установки клапана двустороннего действия 42.

Опорный фланец 33 устанавливается между рамой 1 и цилиндром третьей ступени 4. Опорный фланец 33 позволяет использовать единую базу для разных по производительности и количеству ступеней сжатия компрессоров. На фланце 33 предусмотрены отверстия 45, 47 для крепления к раме 1 и цилиндру 4, место 46 для установки сальникового уплотнения 34, канавка 48 для уплотнительного кольца. Позиционирование осуществляется посредством штифтов, размещаемых в отверстиях 44. Габаритно-присоединительные размеры фланца выбирают в зависимости от размеров цилиндра и рамы.

Компрессор работает следующим образом. Привод через муфту вращает коленчатый вал, который через шатуны и крейцкопфы передает возвратно-поступательное движениям поршням. При движении поршня от верхней мертвой точки цилиндра в камере сжатия первой ступени создается ниже чем в трубопроводе на всасывании и открывается клапан на всасывании, через который газ поступает в камеру. Далее поршень проходит нижнюю мертвую точку, соответствующую наибольшему объему камеры, впускной клапан на всасывании закрывается. Поршень начинает движение в обратном направлении, объем камеры уменьшается, а давление газа увеличивается. При достижении заданного давления открывается нагнетательный клапан и сжатый газ покидает камеру. Вторая ступень работает аналогично, с одной лишь разницей: когда в первой ступени идет сжатие, во второй нагнетание и наоборот. Аналогично работают третья и четвертая ступени. Идентичные процессы идут в первой и четвертой ступенях, второй и третьей.

При необходимости изменения производительности компрессора, степени сжатия газа, количества ступеней, можно заменить рабочие цилиндры компрессора цилиндрами большего или меньшего объема и/или с большим или меньшим количеством ступеней сжатия. Под каждый цилиндр можно изготовить индивидуальный переходной опорный фланец с требуемым количеством, типом и расположением отверстий. Изготовление фланца не требует применения уникального оборудования, фланец может быть изготовлен на стандартном оборудовании (токарно-винторезный станок, шлифовальный станок, сверлильный станок). Таким образом, появляется возможность изготовления семейства компрессоров, отличающихся как количеством ступеней сжатия, так и производительностью на базе единой рамы и кривошипно-шатунного механизма, что уменьшает номенклатуру потребных запчастей для ремонта компрессора, унифицирует посадочные места и присоединительные размеры для размещения компрессора.

Изобретение относится к области гидравлических машин объемного вытеснения и может быть использовано в многоцилиндровых компрессорах. Компрессор содержит раму 1, в которой установлен кривошипно-шатунный механизм и, по меньшей мере, одну цилиндро-поршневую группу, включающую цилиндр 3 и поршень 2. Цилиндр 3 закреплен на раме 1 посредством фланцевого соединения. Коленчатый вал кривошипно-шатунного механизма содержит уплотнитель в виде резинометаллической манжеты. На крейцкопфе кривошипно-шатунного механизма выполнены наплавки из антифрикционного материала. Во фланцевое соединение, по меньшей мере, одного цилиндра 3 и рамы 1 установлен опорный фланец, выполненный в виде отдельной детали. Тип и/или расположение крепежных отверстий цилиндра 3 отличается от типа и/или расположения крепежных отверстий рамы. По меньшей мере часть крепежных элементов цилиндра 3 и рамы 1 установлены в опорный фланец. Изобретение направлено на обеспечение возможности адаптации поршневого компрессора под конкретные условия эксплуатации посредством изменения объема рабочих цилиндров, а также изменения количества ступеней сжатия каждого конкретного цилиндра. 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Компрессор, содержащий раму, в которой установлен кривошипно-шатунный механизм и, по меньшей мере, одну цилиндро-поршневую группу, включающую цилиндр и поршень, причем цилиндр закреплен на раме посредством фланцевого соединения, отличающийся тем, что коленчатый вал кривошипно-шатунного механизма содержит уплотнитель в виде резинометаллической манжеты, а на крейцкопфе кривошипно-шатунного механизма выполнены наплавки из антифрикционного материала, кроме того, во фланцевое соединение, по меньшей мере, одного цилиндра и рамы установлен опорный фланец, выполненный в виде отдельной детали, причем тип и/или расположение крепежных отверстий указанного цилиндра отличается от типа и/или расположения крепежных отверстий рамы, при этом, по меньшей мере часть крепежных элементов цилиндра и рамы установлены в опорный фланец.

2. Компрессор по п. 1, отличающийся тем, что выполнен в виде четырехступенчатого двухрядного компрессора.

3. Компрессор по п. 1, отличающийся тем, что на стороне опорного фланца, обращенной к раме, расположены углубления для установки головок крепежных элементов, предназначенных для присоединения опорного фланца к цилиндру и следующие группы отверстий: резьбовые отверстия для крепежных элементов, которыми опорный фланец присоединяется к раме компрессора, отверстия для прохождения тела крепежных элементов, предназначенных для присоединения опорного фланца к цилиндру, отверстия для установки позиционирующих штифтов.

4. Компрессор по п. 1 или 3, отличающийся тем, что на стороне опорного фланца, обращенной к цилиндру, расположены следующие группы отверстий: отверстия для прохождения тела крепежных элементов, предназначенных для присоединения опорного фланца к цилиндру; отверстия для установки позиционирующих штифтов.

5. Компрессор по любому из пп. 1, или 3, или 4, отличающийся тем, что в опорном фланце выполнены отверстия для присоединения газовых и/или масляных магистралей, а также отверстие и место для установки сальникового уплотнения штока поршня относительно опорного фланца и/или цилиндра.