RO131994B1 - Cilindru de compresor orizontal cu piston cu capete înclinate - Google Patents

Description

RO 131994 Β1

Invenția se referă la un cilindru de compresor orizontal cu piston cu capete înclinate, compresoare de gaze, orizontale, cu piston, cu camere de comprimare înclinate, echipate cu pistoane cu capete înclinate, care permit comprimarea gazelor simultan, cu autoridicarea pistonului, cu compensarea greutății acestuia și cu reducerea uzurii cămășii și a tijei piston, pe parcursul deplasării pe lungimea cursei.

Compresoarele de gaze orizontale, cu piston, sunt utilizate frecvent în industria de petrol și gaze, rafinărie, petrochimie,chimie, platforme de foraj marin.Configurațiile comune la toți producătorii, la nivel mondial, pentru compresoare de gaze orizontale, sunt cu cilindri cu camere drepte și pistoane cu capete drepte, cu dublă acțiune (comprimare pe ambele curse), în diverse trepte de comprimare și număr de cilindri. Poziția orizontală a cilindrilor, de regulă opuși față de carter, se datorează maselor mari aflate în mișcare. Forțele dominante se dezvoltă la aceste configurații în plan orizontal al mișcării pistoanelor și tijelor piston, cu compensare și echilibrare cu contragreutății, la nivelul arborelui cotit din carterul compresorului.

Toate compresoarele orizontale cu piston au ca puncte sensibile, valoarea forței de frecare rezultante care se formează între elementele componente aflate în mișcare și uzura acestora (cămășilor, pistoanelor, inelelor de uzură/sprijin care vor fi denumite benzi portante de pe pistoane și a segmenților), datorată maselor mari aflate în mișcare, ale tijei și pistonului, dar și a sarcinilor mari care apar între elementele componente pe timpul funcționării.

Cu cât ansamblul tijă piston este mai mare și mai greu, încărcarea este mai mare și uzura asociată este mai mare și implicit fiabilitatea este redusă. Uzura se produce în cascadă și asupra segmenților de etanșare a pistonului, datorită uzurii cămășii și datorită uzurii pistonului, imediat după uzura benzilor portante.

Este cunoscută soluția tehnică conform documentului US 6016738 (A), care se referă la un compresor cu cilindru orizontal având pistonul prevăzut cu niște mijloace de susținere ce cuprind o sursă care furnizează în mod continuu un gaz sub presiune care este introdus printr-un orificiu amplasat la partea inferioară, între un element inelar și cămașa cilindrului. Gazul introus cu presiune exercită în mod constant o forță care ridică tija și pistonul, având ca efect reducerea forțelor de frecare ce apar între piston, segmenții de etanșare și cămașa cilindrului de partea cealaltă, rezultând astfel o mișcare de alunecare cu auto-ridicare a greutății tijei și pistonului.

Se cunoaște și soluția prezentată în documentul US 1064542 (A), care se referă la un compresor orizontal care are în componență un piston care are o cameră de presiune prevăzută cu un orificiu, poziționat transversal pe axa pistonului, care are diametrul mai mic decât dimensiunea similară a acestei camere de presiune și care este prevăzut cu o supapă care funcționează alternativ în poziția deschis/închis pe parcursul mișcării pistonului într-un sens sau în celălalt. Aburul sub presiune pune în mișcare pistonul și intră concomitent și în camera de presiune, apoi datorită presiunii deschide supapa și aburul este evacuat prin orificiu către cămașa cilindrului, generând astfel o forță de ridicare a pistonului pe tot parcursul deplasării acestuia, apoi schimbând sensul de mișcare, forța de ridicare a pistonului se va aplica identic ridicând pistonul pe durata deplasării acestuia.

Dezavantajele acestor soluții constau în:

- timpul funcționării, contaminantul din gaz, blochează supapa din corpul pistonului și orificiile de refulare, sistemul devenind ineficient la cea mai mică apariție a contaminantului în gaz, eveniment frecventîntâlnit la aplicațiile de rafinărie și petrochimie sau gaze de sondă;

- o parte din presiunea și debitul de gaz de la fiecare capăt de cursă, este utilizat ca și gaz de comprimare a camerei interioare a pistonului și reprezintă o pierdere suplimentară de debit; conform descrierii din brevet, care este apreciat la un procent de 1 %, pierdere debit de gaz pentru realizarea condițiilor funcționale de ridicare a pistonului, cu refularea gazului comprimat din interiorul pistonului, prin orificiile din canalele benzilor portante;

RO 131994 Β1

- orificiile prin care se injectează gazul din interiorul pistonului, spre cealaltă cameră 1 a cilindrului care aspiră gaz la presiune mai scăzută, din aspirație, sunt realizate cu traversarea benzilor portante (care sunt elemente din teflon sau aliaje din mase plastice), cu 3 orificiu concentric cu orificiului de evacuare a gazului prin partea de jos a pistonului; aceste benzi portante se montează obligatoriu cu joc, din cauza coeficienților de dilatație diferiți la 5 aceeași temperatură, existent între materialul plastic al benzii portante și materialul metalic al pistonului. Benzile portante au doar un rol tehnic de susținere și uzură și nu realizează și 7 etanșeitatea pistonului în cilindru sau în canalul benzii de pe piston, soluția este standard la toți producătorii de compresoare. Efectul de alunecare pe o pernă de gaz este compromis 9 datorita faptului că, gazul care iese din orificiul canalului pistonului trece și pe lângă banda portantă și scapă prin canal în părțile laterale producând niște pierderi considerabile și 11 compromiterea efectului de pernă de gaz și a ridicării tijei piston, în procesul de comprimare a gazului. 13

Invenția, cilindru de compresor orizontal cu piston cu capete înclinate, este soluția optimă, reală și efectivă, pentru un piston cu autoridicare, pe ambele curse de comprimare 15 a gazului, în așa fel încât autoridicarea pistonului să se facă într-o gamă foarte largă de parametri de funcționare sau compoziție chimică a gazului. Autoridicarea tijei piston nu este 17 influențată în mod direct de contaminantul din gaz sau de umiditatea gazului și funcționează fără pierdere de presiune sau debit și cu posibilitatea de determinare exactă a reducerii forței 19 de apăsare rezultată din greutatea pistonului și a tijei, implicit a forțelor de frecare existente între benzile portante și camașa cilindru. 21

Invenția este prezentată într-un exemplu de realizare prezentat în fig 1 - secțiune axială în plan vertical prin cilindru compresor orizontal cu capete înclinate și anume: 23

Cilindru de compresor orizontal cu piston cu capete înclinate are în componență un cilindru 1, care este prevăzut la interior cu o cămașă 2 și un ansamblu demontabil format 25 dintr-o tijă cu un piston 3, pe care sunt montați niște segmenți de etanșare 4 și care cu un capăt intră într-o chiulasă 6, iar cu celălalt capăt într-un carter, având corpul cilindrului 1 27 prevăzut în interior cu niște camere de compresie cu capete înclinate și cu un piston 3 cu capetele înclinate, care se sprijină pe niște benzi portante 5 și are montați niște segmenți de 29 etanșare 4, fiind în contact cu cămașa 2 cilindrului 1, iar cele două suprafețe înclinate, ale camerei de compresie ce sunt amplasate la capetele de cursă ale pistonului 3, sunt înclinate 31 în forma literei „V” față de planul secționai vertical, astfel încât în momentul deplasării în orice sens a pistonului 3 cu capete înclinate, acesta generează o componentă a forței de 33 compresiune ce este reprezentată printr-o forță de auto-ridicare, pe verticală, de sens contrar direcției de acțiune a greutății ansamblului tijă cu piston 3 cu capete înclinate, iar valoarea 35 unghiul de înclinare a va fi diferită pentru fiecare suprafață de la capătul pistonului 3, dar va fi suplementar unghiului de înclinare al fiecărei suprafețe a camerei de compresie a cilindrului 37

1, astfel încât forța de auto-ridicare să realizeze compensarea greutății ansamblului tije și piston 3 cu capete înclinate, reducând astfel valoarea forțelor de frecare ce apar între pis- 39 tonul 3 cu capete înclinate, benzile portante 5, segmenții de etanșare 4 și cămașa 2 cilindrului 1. Suprafața chiulasei 6 este prelucrată înclinat, iar suprafața cilindrului 1 este prelu- 41 erată cu capătul înclinat spre carter. Pe circumferința pistonului 3, cuprinsă între suprafețele înclinate, sunt prevăzute niște canale pentru poziționarea segmenților de etanșare 4 și niște 43 canale pentru montarea benzilor portante 5, care la fiecare capăt de cursă, nu trebuie să depășească cu mai mult de o treime lungimea unor goluri de comunicare a camerei de 45 compresie cu supapele de aspirație respectiv de refulare, dinspre chiulasă 6 și dinspre carter. 47

RO 131994 Β1

Soluția conform invenției, cilindru de compresor orizontal, cu piston cu capete înclinate, permite autoridicarea pistonului în timpul deplasării pe lungimea cursei, datorită acțiunii presiunii pe suprafața înclinată a capului pistonului, cu compensarea forței de greutate și implicit micșorarea forțelor de frecare cu efect directîn reducerea uzurii. Autoridicarea pistonului pe durata deplasării pistonului pe lungimea cursei acesteia, se datorează formei înclinate a capetelor pistonului sub acțiunea presiunii gazului comprimat care crează ridicare contrară greutății, ca urmare a acțiunii presiunii pe suprafața înclinată și semicilindrică a capului pistonului până la nivelul primului segment, în așa fel încât se realizează efectul de ridicare pe verticală ca direcție de acțiune a forței rezultante și de sens contrar forței de greutate, cu reducerea forțelor de frecare și a uzurii. Cilindru compresor orizontal cu capete înclinate nu impune restricții sau majorări cu privire la volume de spațiu mort (volume rămase din jocuri funcționale și spații de trecere în cilindru până la supape); acestea pot fi echivalente cu volumele spațiilor moarte de la cilindri cu camerele de comprimare drepte, deoarece se realizează jocuri similare între piston și cilindru, la capetele de cursă, echivalente cu cele practicate la cilindri de compresor cu pistoane cu capete drepte.

Avantajele invenției sunt:

- cilindru de compresor orizontal cu piston cu capete înclinate, în forma literei “V”, produce reducerea forței de frecare la contactul superficial realizat între benzile portante și cămașa cilindrului (sau între piston și cămașa cilindrului), având ca rezultat reducerea uzurii cămășii cilindrului, a benzilor portante și a segmenților;

- tija pistonului cu capete înclinate și cilindrul de compresor cu capete înclinate, nu sunt influențate în mod direct, de natura și cantitatea contaminantul din gaz;

- auto-ridicarea se realizează fără pierdere de debit și presiune a gazului;

- folosirea unui cilindru de compresor orizontal, cu piston cu capete înclinate produce reducerea uzurii benzilor portante și cămășii cilindrului, putându-se aplica la oricare compresor sau material de cămașă, piston segment, banda portantă, fără modificări complexe ale elemntelor componente și cu efect direct de prelungire a fiabilității cilindrului compresor și a compresorului propriu-zis în ansamblu, cu creșterea corespunzătoare a funcționării continue și a siguranței în exploatare, cu reducerea costurilor de operare.

Aplicarea soluției la instalațiile care au cilindri și/sau compresoare noi este ușor de implementat și se face conform unei proceduri specifice legată de proiectare, pentru compresoare de gaze orizontale cu cilindri compresor cu capete drepte, iar la compresoarele existente se poate aplica prin realizarea unor modificări constructive minime care sunt adaptate ca soluție finală, în funcție de dimensiuni și parametri de funcționare, fără a afecta parametri și condițiile de operare prestabilite din proiectare.

Invenția poate fi aplicată oricăror compresoare orizontale de gaze cu dublă acțiune sau cilindri compresor, indiferent de diametru și dimensiuni de gabarit, dar în conformitate cu performanțele funcționale existente, cu calculul de dimensionare și cu respectarea normelor de siguranță.

Claims (5)

RO 131994 Β1 Revendicări1

1. Cilindru de compresor orizontal cu piston cu capete înclinate, care are în 3 componență un cilindru (1), care este prevăzut la interior cu o cămașă (2) și un ansamblu demontabil format dintr-o tijă cu un piston (3), pe care sunt montați niște segmenți de5 etanșare (4) și care cu un capăt intră într-o chiulasă (6), iar cu celălalt capăt într-un carter, caracterizat prin aceea că, corpul cilindrului (1) este prevăzut în interior cu niște camere7 de compresie cu capete înclinate și cu un piston (3) cu capetele înclinate, care se sprijină pe niște benzi portante (5) și are montați niște segmenți de etanșare (4), fiind în contact cu9 cămașa (2) cilindrului (1), iar cele două suprafețe înclinate, ale camerei de compresie ce sunt amplasate la capetele de cursă ale pistonului (3), sunt înclinate în forma literei „V față de 11 planul secționai vertical, astfel încât în momentul deplasării în orice sens a pistonului (3) cu capete înclinate, acesta generează o componentă a forței de compresiune ce este 13 reprezentată printr-o forță de auto-ridicare, pe verticală, de sens contrar direcției de acțiune a greutății ansamblului tijă cu piston (3) cu capete înclinate, iar valoarea unghiul de înclinare 15 a va fi diferită pentru fiecare suprafață de la capătul pistonului (3), dar va fi suplementar unghiului de înclinare al fiecărei suprafețe a camerei de compresie a cilindrului (1), astfel 17 încât forța de auto-ridicare să realizeze compensarea greutății ansamblului tije și piston (3) cu capete înclinate, reducând astfel valoarea forțelor de frecare ce apar între pistonul (3) cu 19 capete înclinate, benzile portante (5), segmenții de etanșare (4) și cămașa (2) cilindrului (1).

2. Cilindru de compresor orizontal cu piston cu capete înclinate conform revendicării 21 1 caracterizat prin aceea că, suprafața chiulasei (6) este prelucrată înclinat.

3. Cilindru de compresor orizontal cu piston cu capete înclinate conform revendicării 23 1 caracterizat prin aceea că, suprafața cilindrului (1) este prelucrată cu capătul înclinat spre carter. 25

4. Cilindru de compresor orizontal cu piston cu capete înclinate conform revendicării 1 caracterizat prin aceea că, pe circumferința pistonului (3), între suprafețele înclinate, sunt 27 prevăzute niște canale pentru poziționarea segmențilorde etanșare (4) și niște canale pentru montarea benzilor portante (5). 29

5. Cilindru de compresor orizontal cu piston cu capete înclinate conform revendicării 1 caracterizat prin aceea că, la fiecare capăt de cursă, canalul benzii portante (5) nu trebuie 31 să depășească cu mai mult de o treime lungimea unor goluri de comunicare a camerei de compresie cu supapele de aspirație respectiv de refulare, dinspre chiulasă (6) și dinspre 33 carter.