EA030669B1 - Gas compression method using a multi-stage piston-type compressor - Google Patents
Gas compression method using a multi-stage piston-type compressor Download PDFInfo
- Publication number
- EA030669B1 EA030669B1 EA201600188A EA201600188A EA030669B1 EA 030669 B1 EA030669 B1 EA 030669B1 EA 201600188 A EA201600188 A EA 201600188A EA 201600188 A EA201600188 A EA 201600188A EA 030669 B1 EA030669 B1 EA 030669B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- stage
- compressor
- gas
- piston
- crankcase
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B25/00—Multi-stage pumps
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
- Compressor (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области компрессоростроения и может быть использовано при создании многоступенчатых поршневых компрессоров. Способ сжатия газов с использованием поршневого многоступенчатого компрессора заключается в том, что газ подают в цилиндр первой ступени компрессора, сжимают его до давления, необходимого для его нагнетания из первой ступени, и подают в герметизированный картер. Затем после выравнивания давлений газов в цилиндре первой ступени и картере газ, сжатый в первой ступени компрессора, подают на всасывание в цилиндр второй ступени компрессора, который после сжатия и нагнетания из второй ступени подают в третью ступень. Поршень третьей ступени устанавливают на поршень первой ступени и после сжатия газа в третьей ступени подают потребителю. Повышенное давление в блок-картере в значительной мере или полностью компенсирует силы, действующие на поршни со стороны полостей сжатия. Это дает возможность без превышения номинальной нагрузки на коленчатый вал использовать бескрейцкопфные дифференциальные поршни и соответственно объединить две или более ступени в одном ряду. Упрощается устройство компрессора и снижается его себестоимость.The invention relates to the field of compressor engineering and can be used to create multi-stage piston compressors. A method of compressing gases using a reciprocating multi-stage compressor consists in the fact that gas is fed into the first-stage cylinder of the compressor, compressed to the pressure required for its injection from the first stage, and fed to a sealed crankcase. Then, after equalizing the pressures of the gases in the first stage cylinder and crankcase, the gas compressed in the first stage of the compressor is supplied to the second stage of the compressor for intake into the cylinder, which after compression and injection from the second stage is supplied to the third stage. The third-stage piston is mounted on the first-stage piston and after compression of the gas in the third stage is supplied to the consumer. The increased pressure in the crankcase substantially or completely compensates for the forces acting on the pistons from the side of the compression cavities. This makes it possible, without exceeding the rated load on the crankshaft, to use borderless differential pistons and, accordingly, combine two or more stages in the same row. Simplifies the device of the compressor and reduces its cost.
030669030669
Изобретение относится к области компрессоростроения и может быть использовано при создании поршневых многоступенчатых компрессоров для химической промышленности, автогазонаполнительных компрессорных станций, криогенной техники и др.The invention relates to the field of compressor engineering and can be used to create reciprocating multi-stage compressors for the chemical industry, gas filling compressor stations, cryogenic equipment, etc.
Известен способ работы многоступенчатого компрессора, в котором полости с сжимаемым газом разграничены от полости картера, сообщенной с атмосферой (Френкель М.И., Поршневые компрессоры. Л.: Ленинградское отделение издательства "Машиностроение", 1969 г., с. 65). Указанное разграничение осуществляют при помощи сальников, установленных на штоках, связывающих крейцкопфы с поршнями. В таких компрессорах возможна установка двух полостей сжатия в одном ряду. Как правило, в одной из них процесс сжатия протекает во время поступательного хода крейцкопфа, а во второй - во время возвратного хода. Соответственно, поршневая сила, действующая с одной стороны, частично компенсируется силой, действующей с другой стороны, в результате чего суммарная поршневая сила, действующая на коленчатый вал, значительно уменьшается. Вместе с этим расположение двух полостей сжатия в одном ряду уменьшает габариты и массу компрессора. Исходя из этих преимуществ, такие компрессоры широко применяются.There is a method of operation of a multi-stage compressor, in which the cavity with a compressible gas is separated from the crankcase cavity, communicated with the atmosphere (Frenkel MI, Piston compressors. L .: Leningrad branch of the publishing house "Mashinostroenie", 1969, p. 65). The specified distinction is carried out with the help of glands installed on the rods connecting the crossheads with the pistons. In such compressors it is possible to install two compression cavities in the same row. As a rule, in one of them the compression process takes place during the forward movement of the crosshead, and in the second, during the return stroke. Accordingly, the piston force acting on the one hand is partially compensated by the force acting on the other hand, as a result of which the total piston force acting on the crankshaft is significantly reduced. At the same time, the location of two compression cavities in the same row reduces the size and weight of the compressor. Based on these advantages, such compressors are widely used.
Недостатками таких компрессоров являются необходимость наличия высокоточных штоков с поверхностью высокой твердости и специальных устройств, уплотняющих эти штоки и разграничивающих среду с рабочим газом и воздушную среду в картере, а также необходимость установки крейцкопфов и шатунов в каждом ряду. Все это усложняет устройство и увеличивает его себестоимость.The disadvantages of such compressors are the need for high-precision rods with a high hardness surface and special devices sealing these rods and separating the medium from the working gas and the air in the crankcase, as well as the need to install crossheads and connecting rods in each row. All this complicates the device and increases its cost.
Также широко известен способ, реализованный в многоступенчатом компрессоре и принятый за наиболее близкий аналог к заявляемому решению, заключающийся в том, что картер наполняют рабочим газом под давлением, равным давлению всасывания первой ступени (Пластинин П.И. Поршневые комперссоры. Том 2. Основы проектирования; Конструкции; 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 2008, с. 558). При этом вал герметизируют сальником торцевого типа с масляным затвором. В таких компрессорах картер сообщают с пространством, в котором находится газ, всасываемый первой ступенью. В результате этого, газ, перетекший через поршневые уплотнения, подается на всасывание компрессора и вновь сжимается. Соответственно, исключается необходимость в использовании специальных высокоточных штоков с сальниковыми уплотнениями и в установке крейцкопфов в каждом ряду. Также в компрессорах, в которых используется приведенный способ, на первую ступень и часто на вторую не устанавливают крейцкопф. В конечном итоге, конструкция компрессора получается более простой и дешевой.Also widely known is the method implemented in a multi-stage compressor and adopted as the closest analogue to the claimed solution, which consists in filling the crankcase with working gas under a pressure equal to the first-stage suction pressure (Plastinin PI Piston compressors. Volume 2. Design Basics ; Constructions; 3rd ed., Revised and extra - Moscow: Kolos, 2008, p. 558). In this case, the shaft is sealed with an end-type gland with an oil seal. In such compressors, the crankcase communicates with the space in which the gas is sucked in by the first stage. As a result, gas that has flowed through the piston seals is fed to the compressor intake and compressed again. Accordingly, it eliminates the need to use special high-precision rods with gland seals and to install crossheads in each row. Also in compressors that use the above method, the crosshead is not installed on the first stage and often on the second. In the end, the design of the compressor is easier and cheaper.
Недостатком данного способа является необходимость наличия множества рядов, практически равного количеству цилиндро-поршневых групп, также наличие относительно высоких значений поршневых сил, воздействующих на коленчатый вал, что снижает надежность его работы и приводит к необходимости его усиления, что в целом усложняет конструкцию всего кривошипно-шатунного механизма.The disadvantage of this method is the need for multiple rows, almost equal to the number of cylinder-piston groups, as well as the relatively high values of piston forces acting on the crankshaft, which reduces the reliability of its work and leads to the need to strengthen it, which generally complicates the design of the crank shaft. connecting rod mechanism.
Задачей настоящего изобретения является осуществление многоступенчатого сжатия газов при использовании более простой и дешевой конструкции компрессора.The present invention is the implementation of multi-stage compression of gases using a simpler and cheaper design of the compressor.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности работы коленчатого вала компрессора за счет создания силы давления газов, действующей на днища поршней со стороны картера, которая в значительной мере или полностью компенсирует силы, действующие на поршни со стороны полостей сжатия.The technical result of the present invention is to improve the reliability of the crankshaft of the compressor by creating a pressure force of gases acting on the piston casing from the crankcase, which largely or completely compensates for the forces acting on the pistons from the compression cavities.
Технический результат достигается способом сжатия газов с использованием поршневого многоступенчатого компрессора, заключающимся в том, что газ подают в цилиндр первой ступени компрессора, сжимают его до давления, необходимого для его нагнетания из первой ступени и подают в герметизированный картер, затем после выравнивания давлений газов в цилиндре первой ступени и картере газ, сжатый в первой ступени компрессора, подают на всасывание в цилиндр второй ступени компрессора, который после сжатия и нагнетания из второй ступени подают в третью ступень, поршень которой устанавливают на поршень первой ступени и после сжатия газа в третьей ступени подают потребителю.The technical result is achieved by a method of compressing gases using a reciprocating multi-stage compressor, consisting in the fact that gas is fed into the first-stage cylinder of the compressor, is compressed to the pressure necessary for its injection from the first stage and fed to the sealed crankcase, then after pressure equalization of the gases in the cylinder the first stage and the crankcase gas, compressed in the first stage of the compressor, is fed to the suction in the cylinder of the second stage of the compressor, which after compression and discharge from the second stage serves in t etyu stage piston which is mounted on the piston of the first stage and after the gas compression in the third stage is fed to the consumer.
В предложенном способе новым является то, что картер, герметизированный от наружной среды, сообщен именно с линией нагнетания первой ступени компрессора, а не напрямую с пространством, в котором находится газ, подаваемый в цилиндр первой ступени компрессора, как это имело место у наиболее близкого аналога. В результате в картере поддерживается давление, равное давлению нагнетания этой первой ступени. Относительно высокое давление газа в картере создает "газовую подпорку" - силу давления газов, действующую на днища поршней со стороны картера и в значительной мере или полностью компенсирующую силы, действующие на поршни со стороны полостей сжатия. Значительное снижение поршневых сил дает возможность установки поршней двух или более ступеней в одном ряду без превышения номинальной нагрузки на коленвал. Во многих случаях появляется возможность отказа от крейцкопфов и использования бескрейкопфных дифференциальных поршней, так как функцию направляющей для поршней меньшего диаметра могут выполнять поршни большего диаметра, поршневая сила которых частично или полностью скомпенсирована за счет высокого давления в картере. В итоге, использование данного способа значительно упрощает устройство компрессора и снижает его себестоимость.In the proposed method, the case is that the crankcase, sealed from the external environment, communicates precisely with the discharge line of the first compressor stage, and not directly with the space in which the gas supplied to the first compressor cylinder is located, as was the case with the closest analogue . As a result, the pressure in the crankcase is maintained equal to the discharge pressure of this first stage. The relatively high gas pressure in the crankcase creates a "gas backup" - the pressure force of gases acting on the piston bottoms from the crankcase and substantially or completely compensating for the forces acting on the pistons from the compression cavities. A significant reduction in piston forces allows the installation of pistons of two or more stages in the same row without exceeding the rated load on the crankshaft. In many cases, it becomes possible to abandon crossheads and use drift-free differential pistons, since the function of the guide for smaller pistons can be performed by larger diameter pistons, the piston force of which is partially or fully compensated by the high pressure in the crankcase. As a result, the use of this method greatly simplifies the design of the compressor and reduces its cost.
Изобретение поясняется чертежом, на котором приведена схема одного из вариантов многоступен- 1 030669The invention is illustrated by the drawing, which shows a diagram of one of the options multistep 1 030669
чатого компрессора, работающего по предложенному способу.chati compressor operating on the proposed method.
Компрессор содержит коленчатый вал 1 и шатуны 2, цилиндр 3 первой ступени, всасывающий клапан 4 первой ступени, поршень 5 первой ступени, нагнетательный клапан 6 первой ступени, картер 7, канал 8, соединенный с картером 7, теплообменник 9, поршень 10 второй ступени, всасывающий клапан 11 второй ступени, цилиндр 12 второй ступени, нагнетательный клапан 13 второй ступени, теплообменник 14, поршень 15 третьей ступени, всасывающий клапан 16 третьей ступени, цилиндр 17 третьей ступени, нагнетательный клапан третьей ступени, трубы 19, соединяющие между собой ступени компрессора, торцевое уплотнение 20.The compressor includes a crankshaft 1 and connecting rods 2, a cylinder 3 of the first stage, a suction valve 4 of the first stage, a piston 5 of the first stage, a pressure valve 6 of the first stage, a crankcase 7, a channel 8 connected to the crankcase 7, a heat exchanger 9, a piston 10 of the second stage, second stage suction valve 11, second stage cylinder 12, second stage injection valve 13, heat exchanger 14, third stage piston 15, third stage suction valve 16, third stage cylinder 17, third stage discharge valve, pipes 19 connecting the stu Yeni compressor, mechanical seal 20.
С помощью приведенной конструкции компрессора заявляемый способ реализуется следующим образом. Данный трехступенчатый компрессор имеет поршни, которые совершают возвратнопоступательное движение в цилиндрах за счет вращательного движения коленчатого вала 1 и шатунов 2, подвижно соединенных с валом и поршнями. В цилиндр 3 первой ступени компрессора подается газ через всасывающий клапан 4. Цилиндр 3 первой ступени заполняется газом по мере возвратного хода поршня 5 этой ступени. В начале поступательного хода поршня 5 всасывающий клапан 4 закрывается, и поршень 5 по мере поступательного хода сжимает газ до давления, необходимого для его нагнетания из этой ступени. Далее сжатый газ поступает через нагнетательный клапан 6. В начале работы компрессора, пока картер 7 не заполнен сжатым в первой ступени компрессора газом, газ поступает через канал 8 в картер 7 и одновременно, пройдя теплообменник 9, на всасывание второй ступени. После заполнения картера 7 сжатым в первой ступени газом (практически через пару секунд от начала работы компрессора) газ поступает только на всасывание второй ступени. По мере возвратного хода поршня 10 второй ступени через всасывающий клапан 11 полость цилиндра 12 второй ступени заполняется газом, сжатым в первой ступени. При поступательном ходе поршня 10 газ, заполнивший цилиндр 12, сжимается и впоследствии нагнетается через нагнетательный клапан 13. Далее этот газ охлаждается в теплообменнике 14 и поступает на всасывание третьей ступени. В процессе возвратного хода поршня 15 третьей ступени, через всасывающий клапан 16 этой ступени, цилиндр 17 третьей ступени заполняется газом, сжатым во второй ступени. В начале поступательного хода поршня 15 всасывающий клапан 16 закрывается. Поршень 15 совершает поступательное движение, сжимая далее газ. По мере достижения конечного давления газ нагнетается через нагнетательный клапан 18 к потребителю. Ступени компрессора соединены между собой трубами 19. Вал компрессора герметизирован торцевым уплотнением 20.Using the above compressor design, the inventive method is implemented as follows. This three-stage compressor has pistons that make reciprocating movement in the cylinders due to the rotational movement of the crankshaft 1 and the connecting rods 2, which are movably connected to the shaft and the pistons. Gas is fed into the cylinder 3 of the first stage of the compressor through the suction valve 4. The cylinder 3 of the first stage is filled with gas as the piston 5 returns to this stage. At the beginning of the forward stroke of the piston 5, the suction valve 4 is closed, and the piston 5 compresses the gas to the pressure necessary for its injection from this stage as it moves forward. Next, the compressed gas flows through the discharge valve 6. At the beginning of the compressor operation, until the crankcase 7 is filled with gas compressed in the first compressor stage, the gas enters through the channel 8 into the crankcase 7 and at the same time, having passed the heat exchanger 9, to the second stage suction. After filling the crankcase 7 with gas compressed in the first stage (almost a couple of seconds after the compressor starts working), the gas enters only the second stage suction. As the return stroke of the piston 10 of the second stage through the suction valve 11, the cavity of the cylinder 12 of the second stage is filled with gas compressed in the first stage. During the forward stroke of the piston 10, the gas that has filled the cylinder 12 is compressed and subsequently injected through the discharge valve 13. Then this gas is cooled in the heat exchanger 14 and enters the suction of the third stage. In the process of the return stroke of the piston 15 of the third stage, through the suction valve 16 of this stage, the cylinder 17 of the third stage is filled with gas compressed in the second stage. At the beginning of the forward stroke of the piston 15, the suction valve 16 is closed. The piston 15 makes a translational motion, squeezing further gas. As the final pressure is reached, gas is injected through the discharge valve 18 to the consumer. The steps of the compressor are interconnected by pipes 19. The compressor shaft is sealed with a mechanical seal 20.
При данном способе давление газа в картере компрессора равно давлению нагнетания первой ступени. Соответственно, на днище поршня первой ступени постоянно действует сила давления, равная силе давления, действующей на торец поршня в конце процесса сжатия и в процессе нагнетания. Поскольку эти силы действуют в противоположных направлениях, они полностью компенсируют друг друга, и поршневая сила, действующая на коленчатый вал от поршня первой ступени 5, равна нулю. Это обстоятельство позволяет устанавливать поршень третьей ступени 15 непосредственно на поршень первой ступени 5 без собственного крейцкопфа и шатуна. Коленчатый вал и шатун в этом случае нагружаются только поршневой силой третьей ступени. Сила давления газа в картере действует также на днище поршня второй ступени 10, чем достигается весьма значительное снижение поршневой силы второй ступени, то есть силы, действующей на коленчатый вал, что повышает надежность его работы без усложнения конструкции компрессора.With this method, the gas pressure in the compressor crankcase is equal to the discharge pressure of the first stage. Accordingly, a pressure force constantly acts on the bottom of the piston, which is equal to the pressure force acting on the end of the piston at the end of the compression process and during the injection process. Since these forces act in opposite directions, they fully compensate each other, and the piston force acting on the crankshaft from the piston of the first stage 5 is zero. This circumstance allows the third stage piston 15 to be mounted directly on the first stage piston 5 without its own crosshead and connecting rod. The crankshaft and the connecting rod in this case are loaded only by the piston force of the third stage. The pressure of the gas in the crankcase also acts on the bottom of the second-stage piston 10, which results in a very significant reduction in the piston force of the second-stage, that is, the force acting on the crankshaft, which increases the reliability of its operation without complicating the design of the compressor.
В результате использования предлагаемого способа также снижается число рядов, уменьшаются размеры коленчатого вала, картера и целиком компрессора, сокращается количество деталей (например, не применяются отдельный крейцкопф и шатун для третьей ступени) и т.д. В итоге упрощается устройство компрессора и снижается его себестоимость.As a result of using the proposed method, the number of rows is also reduced, the dimensions of the crankshaft, crankcase and compressor as a whole are reduced, the number of parts is reduced (for example, a separate crosshead and a connecting rod for the third stage are not used), etc. As a result, the compressor device is simplified and its cost is reduced.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016109122A RU2622584C1 (en) | 2016-03-15 | 2016-03-15 | Method of increasing gas pressure |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA201600188A1 EA201600188A1 (en) | 2017-09-29 |
EA030669B1 true EA030669B1 (en) | 2018-09-28 |
Family
ID=59068469
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA201600188A EA030669B1 (en) | 2016-03-15 | 2016-03-18 | Gas compression method using a multi-stage piston-type compressor |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EA (1) | EA030669B1 (en) |
RU (1) | RU2622584C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1067242A1 (en) * | 1982-01-08 | 1984-01-15 | Предприятие П/Я А-3304 | Refrigerant compressor running-in method |
SU1218265A1 (en) * | 1984-09-29 | 1986-03-15 | Предприятие П/Я Г-4371 | Cryogen gas machine |
UA54594C2 (en) * | 2000-10-31 | 2003-03-17 | Науково-Дослідний Та Конструкторсько-Технологічний Інститут Холодильної Техніки І Технології "Агрохолод" | Method for crosshead-less compressor operation and piston compressor for its implementation |
RU2362051C2 (en) * | 2004-09-02 | 2009-07-20 | Кнорр Бремзе Зюстеме Фюр Шиненфарцойге Гмбх | Piston compressor with internal flow of cooling air in tray |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
UA54549C2 (en) * | 2000-03-28 | 2003-03-17 | Відкрите Акціонерне Товариство "Український Науково-Дослідний Інститут Вогнетривів Імені А.С.Бережного" | A process for manufacturing refractories on nitride silicON CONTAINING binder |
-
2016
- 2016-03-15 RU RU2016109122A patent/RU2622584C1/en active IP Right Revival
- 2016-03-18 EA EA201600188A patent/EA030669B1/en active IP Right Revival
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1067242A1 (en) * | 1982-01-08 | 1984-01-15 | Предприятие П/Я А-3304 | Refrigerant compressor running-in method |
SU1218265A1 (en) * | 1984-09-29 | 1986-03-15 | Предприятие П/Я Г-4371 | Cryogen gas machine |
UA54594C2 (en) * | 2000-10-31 | 2003-03-17 | Науково-Дослідний Та Конструкторсько-Технологічний Інститут Холодильної Техніки І Технології "Агрохолод" | Method for crosshead-less compressor operation and piston compressor for its implementation |
RU2362051C2 (en) * | 2004-09-02 | 2009-07-20 | Кнорр Бремзе Зюстеме Фюр Шиненфарцойге Гмбх | Piston compressor with internal flow of cooling air in tray |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EA201600188A1 (en) | 2017-09-29 |
RU2622584C1 (en) | 2017-06-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0272137B1 (en) | Hydraulic pneumatic power transfer unit | |
US20090047159A1 (en) | Multi-stage gas compressing apparatus | |
JP2021032140A (en) | Compressor unit | |
US4173433A (en) | Two-stage gas compressor | |
RU2622584C1 (en) | Method of increasing gas pressure | |
RU2578758C1 (en) | Piston pump-compressor | |
US11994122B2 (en) | Reciprocating compressor | |
US4976591A (en) | Self lubricating, two stage variable compressor | |
CN106523333A (en) | Four-cylinder diaphragm type gas compressor | |
US2650018A (en) | Compressor | |
US3204864A (en) | Compensating-pressure piston and cylinders for gas compressors and expanders | |
RU2518796C1 (en) | Machine of positive displacement action | |
RU2594540C1 (en) | High pressure piston pump with electric drive | |
US20130101440A1 (en) | Air compressor powered by differential gas pressure | |
MX2022016001A (en) | Multi-stage compressor. | |
US4253859A (en) | Gas refrigerator | |
US2889108A (en) | Compressor | |
RU136861U1 (en) | COMPRESSOR PISTON OPPOSITIVE DOUBLE ROW | |
US740771A (en) | Gas-compressing machine. | |
US792790A (en) | Compressor. | |
EP3604807A1 (en) | Reciprocating booster compressor | |
US797417A (en) | Air-compressor. | |
SU1280187A1 (en) | Pison compressor | |
RU135014U1 (en) | COMPRESSOR PISTON OPPOSITIVE SURVIVAL TWO STAGE | |
US1695401A (en) | Air pump |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU |
|
NF4A | Restoration of lapsed right to a eurasian patent |
Designated state(s): AM BY KZ TJ RU |