RU125635U1

RU125635U1 - PISTON PUMP COMPRESSOR

Info

Publication number: RU125635U1
Application number: RU2012140810/06U
Authority: RU
Inventors: Александр Павлович Болштянский; Виктор Евгеньевич Щерба; Акан Каербаевич Кужбанов; Григорий Анатольевич Нестеренко
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2013-03-10

Abstract

1. Поршневой насос-компрессор, содержащий картер, цилиндр и поршень, разделяющий цилиндр на верхнюю, компрессорную и нижнюю, насосную полости, которые соединены с источником и потребителем соответственно газа и жидкости с помощью обратных самодействующих газовых и жидкостных клапанов, отличающийся тем, что поршень выполнен тронковым, а картер является частью объема насосной полости и соединен с обратными самодействующими жидкостными клапанами.2. Поршневой насос-компрессор по п.1, отличающийся тем, что цилиндр снабжен полой рубашкой, соединенной с верхней частью картера, а жидкостный нагнетательный клапан установлен в верхней части рубашки.1. A piston pump-compressor, comprising a crankcase, cylinder and piston, dividing the cylinder into upper, compressor and lower pump cavities, which are connected to the source and consumer of gas and liquid, respectively, using self-acting reverse gas and liquid valves, characterized in that the piston made by tronkovy, and the crankcase is part of the volume of the pumping cavity and is connected to self-acting fluid check valves. 2. A piston pump-compressor according to claim 1, characterized in that the cylinder is provided with a hollow jacket connected to the upper part of the crankcase, and a liquid discharge valve is installed in the upper part of the jacket.

Description

Полезная модель относится к области насосо- и компрессоростроения и может быть использовано при создании поршневых машин объемного действия, предназначенных для сжатия и подаче потребителю одновременно или попеременно жидкостей и газов.The utility model relates to the field of pump and compressor engineering and can be used to create volumetric reciprocating machines designed to compress and supply liquids and gases to the consumer simultaneously or alternately.

Известен поршневой насос-компрессор, содержащий цилиндр и дифференциальный поршень со штоком, причем нижняя часть цилиндра заполнена жидкостью, а верхняя - газом (см., например, АС СССР №1078126 по заявке 3513877/25-06, кл. F04В 39/06, опубл. 07.03.84, Бюл. №9).Known piston pump-compressor containing a cylinder and a differential piston with a rod, the lower part of the cylinder is filled with liquid and the upper with gas (see, for example, the USSR AS No. 1078126 according to the application 3513877 / 25-06, CL F04B 39/06, publ. 07.03.84, Bull. No. 9).

Известен также поршневой насос-компрессор, содержащий картер, цилиндр и поршень, разделяющий цилиндр на верхнюю компрессорную и нижнюю насосную полости, которые соединены с источником и потребителем соответственно газа и жидкости с помощью обратных самодействующих газовых и жидкостных клапанов (см. патент РФ №118371, МКИ F04В 19/06 от 20.07.2012).A piston pump-compressor is also known, comprising a crankcase, a cylinder and a piston dividing the cylinder into an upper compressor and lower pump cavity, which are connected to a source and consumer of gas and liquid, respectively, using self-acting reverse gas and liquid valves (see RF patent No. 118371, MKI F04В 19/06 from 07/20/2012).

Недостатком известных конструкций являются большие габариты вдоль оси поршня и склонность к кавитации и гидроударам в насосной полости при высокой частоте возвратно-поступательного движения поршня (порядка 20-25 Гц, и более), характерной для малорасходных поршневых компрессоров, что также в целом снижает надежность конструкции и повышает ее материалоемкость, если требуется высокая работоспособность насос-компрессора, за счет вынужденного снижения частоты возвратно-поступательного движения поршня. Кроме того, в известных конструкциях, особенно при малой производительности, активный отвод теплоты от сжимаемого газа требует дополнительных затрат мощности на вентилятор, что снижает экономичность машины. Это особенно важно в случае применения насос-компрессора в мобильных системах и при размещении его в объеме транспортных средств, например, в моторном отсеке автомобиля.A disadvantage of the known designs is the large dimensions along the axis of the piston and the tendency to cavitation and water hammer in the pump cavity with a high frequency of reciprocating movement of the piston (of the order of 20-25 Hz or more), characteristic of low-speed reciprocating compressors, which also generally reduces the reliability of the design and increases its material consumption, if high efficiency of the pump-compressor is required, due to the forced reduction of the frequency of the reciprocating motion of the piston. In addition, in known designs, especially at low productivity, the active removal of heat from the compressible gas requires additional power consumption for the fan, which reduces the efficiency of the machine. This is especially important when using a pump compressor in mobile systems and when placing it in the volume of vehicles, for example, in the engine compartment of a car.

Задачей полезной модели является повышение надежности и экономичности работы поршневого насос-компрессора и снижение его массы и габаритов.The objective of the utility model is to increase the reliability and efficiency of the piston pump-compressor and reduce its weight and dimensions.

Указанная задача решается тем, что поршень выполнен тронковым, а картер является частью объема насосной полости и соединен с обратными самодействующими жидкостными клапанами.This problem is solved by the fact that the piston is made of a throttle, and the crankcase is part of the volume of the pump cavity and is connected to self-acting fluid return valves.

Цилиндр насос-компрессора может иметь полую рубашку, которая соединена с верхней частью картера, причем жидкостный нагнетательный клапан установлен в верхней части рубашки.The cylinder of the pump-compressor may have a hollow jacket, which is connected to the upper part of the crankcase, and a liquid discharge valve is installed in the upper part of the jacket.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом (фиг.), на котором схематично изображено осевое сечение насос-компрессора.The essence of the proposed technical solution is illustrated by the drawing (Fig.), Which schematically shows the axial section of the pump-compressor.

Насос-компрессор состоит из картера 1, в котором установлен всасывающий жидкостный клапан 2. В картере 1 размещен приводной вал 3 с кривошипом 4 и шатуном 5 тронкового поршня 6, имеющего газовую подпоршневую полость 7 и разделяющего цилиндр 8 на верхнюю компрессорную полость 9 и нижнюю насосную полость 10, которая напрямую соединена с картером 1, т.е. картер 1 является частью объема насосной полости. Цилиндр 8 имеет рубашку 11, в верхней части которой установлен нагнетательный жидкостный клапан 12, соединенный через рубашку 11 и отверстие 13 с картером 1. Компрессорная полость 9 имеет обратные самодействующие клапаны: 14 - нагнетательный и 15 - всасывающий. Картер 1 соединен через всасывающий клапан 2 с источником жидкости и через клапан 12 - с потребителем жидкости (показано стрелками). Компрессорная полость 9 соединена клапанами 15 и 14 соответственно с источником и потребителем газа (показано стрелками). Поршневые кольца 16 служат для уплотнения зазора между поршнем 6 и цилиндром 8. На фиг.1 жидкость обозначена волнистой штриховкой.The compressor pump consists of a crankcase 1, in which a liquid suction valve 2 is installed. In the crankcase 1 there is a drive shaft 3 with a crank 4 and a connecting rod 5 of the tron piston 6 having a gas piston cavity 7 and separating the cylinder 8 into the upper compressor cavity 9 and the lower pump cavity 10, which is directly connected to the crankcase 1, i.e. the crankcase 1 is part of the volume of the pump cavity. The cylinder 8 has a jacket 11, in the upper part of which there is a liquid discharge valve 12 connected through the jacket 11 and the hole 13 to the crankcase 1. The compressor cavity 9 has self-acting check valves: 14 - discharge and 15 - suction. The crankcase 1 is connected through a suction valve 2 to a fluid source and through a valve 12 to a fluid consumer (shown by arrows). The compressor cavity 9 is connected by valves 15 and 14, respectively, with the gas source and consumer (shown by arrows). Piston rings 16 are used to seal the gap between the piston 6 and the cylinder 8. In figure 1, the liquid is indicated by a wavy hatching.

Насос компрессор работает следующим образом.Pump compressor operates as follows.

При вращении приводного вала 3 с кривошипом 4 за счет установленного на кривошипе 4 шатуна 5 происходит возвратно-поступательное перемещение тронкового поршня 6. При этом попеременно увеличивается и уменьшается объем компрессорной полости 9 и суммарный объема насосной полости 10, подпоршневого газового пространства 7 и картера 1.When the drive shaft 3 is rotated with the crank 4 due to the connecting rod 5 mounted on the crank 4, the reciprocating movement of the tron piston 6 occurs. The volume of the compressor cavity 9 and the total volume of the pump cavity 10, the sub-piston gas space 7 and the crankcase 1 alternately increase and decrease.

Изменение объема компрессорной полости приводит к всасыванию газа через всасывающий клапан 15 (поршень 6 идет вниз до нижней мертвой точки), его сжатию и нагнетанию через нагнетательный клапан 14 потребителю (поршень 6 идет вверх до верхней мертвой точки).The change in the volume of the compressor cavity leads to the absorption of gas through the suction valve 15 (piston 6 goes down to bottom dead center), its compression and pumping through the discharge valve 14 to the consumer (piston 6 goes up to top dead center).

При ходе поршня вниз из верхней мертвой точки общий объем полостей 7, 10 и 1 уменьшается, однако фактически изменение объема происходит только в полости 7 в связи с высокой способностью газа изменять свой объем при повышении давления в отличие от жидкости, которая практически несжимаема. Это приводит к плавному повышению давления газа в полости 7 и, соответственно в картере 1 и насосной полости 10, до тех пор, пока оно не превысит давление потребителя жидкости, после чего клапан 12 плавно открывается и начинается вытеснение жидкости из картера 1 через отверстие 13 и рубашку 11 потребителю. В течение всего процесса нагнетания жидкости давление газа в полости 7, как и в полости 10 и картере 1, сохраняется близким к давлению нагнетания потребителя жидкости. При подходе поршня 6 к нижней мертвой точке процесс вытеснения жидкости из картера 1 заканчивается.When the piston moves down from the top dead center, the total volume of the cavities 7, 10 and 1 decreases, however, in fact, the change in volume occurs only in the cavity 7 due to the high ability of the gas to change its volume with increasing pressure, in contrast to a liquid that is practically incompressible. This leads to a gradual increase in gas pressure in the cavity 7 and, respectively, in the crankcase 1 and the pump cavity 10, until it exceeds the pressure of the consumer fluid, after which the valve 12 smoothly opens and begins the displacement of fluid from the crankcase 1 through the hole 13 and shirt 11 to the consumer. During the entire process of fluid injection, the gas pressure in the cavity 7, as in the cavity 10 and the crankcase 1, remains close to the pressure of the consumer fluid. When the piston 6 approaches the bottom dead center, the process of displacing the liquid from the crankcase 1 ends.

При ходе поршня 6 вверх происходит увеличение суммарного объема полостей 7, 10 и картера 1, которое фактически происходит только за счет полости 7, однако это изменение не приводит к резкому падению давления в этих полостях, как в обычном насосе, и давление плавно снижается, благодаря плавному уменьшению давления в полости 7 в процессе расширения в ней газа, что приводит к плавному закрытию жидкостного нагнетательного клапана 12.When the piston 6 moves upward, the total volume of the cavities 7, 10 and the crankcase 1 increases, which actually occurs only due to the cavity 7, however, this change does not lead to a sharp drop in pressure in these cavities, as in a conventional pump, and the pressure gradually decreases, due to a gradual decrease in pressure in the cavity 7 during the expansion of gas in it, which leads to a smooth closure of the liquid discharge valve 12.

Далее объем полости 7 продолжает увеличиваться, и давление в ней плавно падает (соответственно плавно снижается давление жидкости в картере 1 и полости 10) до тех пор, пока оно не станет ниже давления источника жидкости, что приводит к плавному открытию всасывающего жидкостного клапана 2 и началу пополнения суммарного объема картера 1 и полости 10. Это пополнение происходит до прихода поршня 6 в верхнюю мертвую точку и продолжается до тех пор, пока давление в полости 7 не станет равным или большим, чем давление источника жидкости (в начале хода поршня 6 вниз), что приводит к плавному закрытию клапана 2, т.к. при повороте приводного (коленчатого) вала на значительный угол (5-10 градусов), изменение объемов в поршневой машине с кривошипно-шатунным механизмом очень мало при проходе поршнем мертвых точек.Further, the volume of the cavity 7 continues to increase, and the pressure in it gradually decreases (accordingly, the pressure of the liquid in the crankcase 1 and cavity 10 gradually decreases) until it falls below the pressure of the liquid source, which leads to a smooth opening of the suction liquid valve 2 and the beginning replenishment of the total volume of crankcase 1 and cavity 10. This replenishment occurs until the piston 6 arrives at top dead center and continues until the pressure in the cavity 7 becomes equal to or greater than the pressure of the fluid source (at the beginning of the stroke 6 rshnya down), which results in a smooth closure of the valve 2, as when the drive (crankshaft) shaft is rotated by a significant angle (5-10 degrees), the change in volumes in a piston machine with a crank mechanism is very small when the piston passes dead points.

Затем цикл работы насос-компрессора повторяется.Then the cycle of the pump-compressor is repeated.

Следует заметить, что в описанной конструкции нагнетание жидкости происходит через рубашку 11, окружающую цилиндр 8 и охлаждающую его, отнимая теплоту, выделившуюся при сжатии газа в компрессорной полости 9, что приближает процесс сжатия к изотермическому и увеличивает экономичность работы компрессорной полости.It should be noted that in the described design, the injection of fluid occurs through the jacket 11, surrounding the cylinder 8 and cooling it, taking away the heat released during compression of the gas in the compressor cavity 9, which brings the compression process closer to isothermal and increases the efficiency of the compressor cavity.

Однако, даже если нагнетание жидкости производить через нагнетательный клапан, установленный непосредственно в картере 1, то все равно - постоянная смена жидкости в картере и ее прохождение через детали, составляющие цилиндропоршневую группу, способствует активному отводу теплоты сжатия, переданной газом деталям компрессора за счет их теплопроводности, что также способствует повышению экономичности работы насос-компрессора.However, even if the fluid is pumped through the pressure valve installed directly in the crankcase 1, it is all the same - the constant change of fluid in the crankcase and its passage through the parts that make up the piston-cylinder group promotes the active removal of the heat of compression transferred by the gas to the compressor parts due to their thermal conductivity , which also helps to increase the efficiency of the pump compressor.

Мягкая работа клапанов и отсутствие резкого изменения давления жидкости благодаря применению тронкового поршня и выполнения картера в виде части насосной полости, позволяет существенно увеличить частоту движения поршня, доведя ее до частот, характерных для компрессорных машин. Это позволяет значительно уменьшить габариты насос-компрессора (ориентировочно на 30-50%) и его массу, тем самым получить компактный поршневой компрессор, повысить надежность работы, которая в основном зависит от надежности работы клапанов, и повысить экономичность за счет улучшения термодинамики компрессорной полости.The soft operation of the valves and the absence of a sharp change in fluid pressure due to the use of the tron piston and the crankcase as a part of the pump cavity, can significantly increase the frequency of movement of the piston, bringing it to the frequencies characteristic of compressor machines. This allows you to significantly reduce the dimensions of the pump compressor (approximately by 30-50%) and its mass, thereby obtaining a compact piston compressor, increasing the reliability, which mainly depends on the reliability of the valves, and increasing efficiency by improving the thermodynamics of the compressor cavity.

Claims

1. A piston pump-compressor, comprising a crankcase, cylinder and piston, dividing the cylinder into upper, compressor and lower pump cavities, which are connected to the source and consumer of gas and liquid, respectively, using self-acting reverse gas and liquid valves, characterized in that the piston made by tronkovy, and the crankcase is part of the volume of the pumping cavity and is connected to a non-return self-acting fluid valves.

2. The piston pump-compressor according to claim 1, characterized in that the cylinder is equipped with a hollow jacket connected to the upper part of the crankcase, and a liquid discharge valve is installed in the upper part of the jacket.