RU168836U1

RU168836U1 - PISTON COMPRESSOR

Info

Publication number: RU168836U1
Application number: RU2016118904U
Authority: RU
Inventors: Владимир Леонидович Юша; Сергей Сергеевич Бусаров; Алексей Васильевич Недовенчаный; Богдан Сергеевич Сажин; Максим Александрович Чижиков; Игорь Сергеевич Бусаров
Priority date: 2016-05-16
Filing date: 2016-05-16
Publication date: 2017-02-21

Abstract

Предложен поршневой компрессор, содержащий корпус в виде цилиндра, далее «цилиндр» с поршневой полостью и вредным пространством. В цилиндре расположен поршень, с одной стороны поршня установлена крышка, выполненная с возможностью перемещения относительно цилиндра по резьбе, что позволяет плавно изменять объем вредного пространства над поршнем (объем, ограниченный верхней мертвой точкой (ВМТ) и плоскостью выступа крышки), и, соответственно, плавно изменять производительность поршневого компрессора. Кроме того, в крышке расположены всасывающий и нагнетательный клапаны для впуска и выпуска газов, а с другой стороны поршень соединен со штоком, к которому подсоединен линейный привод, позволяющий уменьшить боковые усилия на поршень, что позволяет избегать перекосов и дополнительных утечек, уменьшающих производительность поршневого компрессора, и изменять производительность компрессора от максимальной Vmax, когда вредное пространство равно нулю и поршень доходит до торца крышки, до минимальной производительности Vmin. Изобретение относится к области машин объемного действия и может быть использовано при создании поршневых компрессоров работающих без смазки цилиндрической части рабочей камеры с возможностью плавного регулирования производительности. Предложенная конструкция позволяет обеспечить меньшие массогабаритные показатели за счет уменьшения размеров крышки, что достигается равномерным распределением вредного пространства по площади цилиндра и позволяет расширить область применения поршневых компрессоров на мобильных установках, в том числе подводных объектах. Компрессор не содержит пружинный узел,A piston compressor is proposed comprising a cylinder-shaped housing, then a “cylinder” with a piston cavity and harmful space. A piston is located in the cylinder, a cap is installed on one side of the piston, which is movable relative to the cylinder, which allows smoothly changing the volume of harmful space above the piston (the volume limited by top dead center (TDC) and the plane of the protrusion of the cover), and, accordingly, smoothly change the performance of the reciprocating compressor. In addition, there are suction and discharge valves for gas inlet and outlet in the cap, and on the other hand, the piston is connected to a rod to which a linear actuator is connected, which allows to reduce lateral forces on the piston, which avoids distortions and additional leaks that reduce the performance of the piston compressor , and change the compressor performance from the maximum Vmax, when the harmful space is zero and the piston reaches the end of the cap, to the minimum productivity Vmin. The invention relates to the field of volumetric action machines and can be used to create reciprocating compressors working without lubrication of the cylindrical part of the working chamber with the possibility of smooth regulation of performance. The proposed design makes it possible to provide smaller overall dimensions by reducing the size of the cover, which is achieved by uniform distribution of harmful space over the cylinder area and allows you to expand the scope of piston compressors in mobile installations, including underwater objects. The compressor does not contain a spring assembly,

Description

Полезная модель относится к области машин объемного действия и может быть использовано при создании поршневых компрессоров работающих без смазки цилиндрической части рабочей камеры с возможностью плавного регулирования производительности.The utility model relates to the field of volumetric action machines and can be used to create reciprocating compressors working without lubrication of the cylindrical part of the working chamber with the possibility of smooth regulation of performance.

Известен «Поршневой компрессор» [Патент RU №2529620 от 27.09.2014 г.], содержащий по меньшей мере один цилиндр с поршнем и поршневым штоком и расположенную со стороны крышки сторону цилиндра, а также расположенную со стороны кривошипа сторону цилиндра. Сторона всасывания, расположенная со стороны крышки стороны цилиндра, соединена с расположенной со стороны кривошипа стороной цилиндра. Всасывающий трубопровод соединен со стороной всасывания, и напорный трубопровод соединен со стороной нагнетания расположенной со стороны крышки стороны цилиндра. За счет регулирования осуществляемого со стороны кривошипа предварительного сжатия согласовывается подаваемое количество сжатого газа и одновременно уменьшается тепло сжатия за счет снижения отношения.Known "Piston compressor" [Patent RU No. 2529620 from 09/27/2014], containing at least one cylinder with a piston and piston rod and the cylinder side located on the lid side and the cylinder side located on the crank side. The suction side located on the side of the cylinder side cover is connected to the side of the cylinder located on the crank side. The suction pipe is connected to the suction side, and the pressure pipe is connected to the discharge side located on the cover side of the cylinder side. By adjusting the pre-compression performed by the crank, the supplied amount of compressed gas is matched and the compression heat is simultaneously reduced by reducing the ratio.

Однако наличие дополнительного соединительного трубопровода с клапаном и клапаном на всасывающем трубопроводе для обеспечения поступления газа в первую камеру требуют устройство системы автоматизации, согласующей необходимую производительность компрессора с положением поршня и работой клапанов, а также увеличивают габаритные размеры всего агрегата в целом. Так же необходима дополнительная затрата энергии для предварительного сжатия газа в камере.However, the presence of an additional connecting pipeline with a valve and a valve on the suction pipe to ensure the flow of gas into the first chamber requires an automation system that matches the necessary compressor performance with the position of the piston and the operation of the valves, and also increase the overall dimensions of the entire unit. An additional expenditure of energy is also necessary for preliminary compression of the gas in the chamber.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является компрессор для получения сжатого воздуха для грузового транспортного средства [Патент RU 2505705 от 27.01.2014]. Компрессор включает корпус с поршневой полостью и с вредным пространством и клапанное устройство с запорным элементом для разделения вредного пространства и поршневой полости. В соответствии с изобретением запорный элемент для открывания клапанного устройства может отходить от седла клапана в направлении поршневой полости Запорный элемент, отведенный от седла клапана, в верхней точке возврата движущегося в поршневой полости поршня, по меньшей мере, частично вдается внутрь паза, расположенного на поршне. При этом запорный элемент в не отведенном состоянии расположен заподлицо с клапанной пластиной.Closest to the claimed technical solution is a compressor for producing compressed air for a freight vehicle [Patent RU 2505705 from 01/27/2014]. The compressor includes a housing with a piston cavity and with harmful space and a valve device with a locking element for separating the harmful space and the piston cavity. In accordance with the invention, the locking element for opening the valve device may extend from the valve seat in the direction of the piston cavity. The locking element withdrawn from the valve seat at the upper return point of the piston moving in the piston cavity at least partially extends into the groove located on the piston. At the same time, the locking element in the non-retracted state is flush with the valve plate.

Недостатками прототипа является наличие клапанного устройства с запорным элементом для присоединения объема вредного пространства к объему рабочей камеры (получение объединенной камеры), что уменьшает надежность устройства, поскольку пружинный элемент со временем будет несколько уменьшать пружинящие свойства, что приведет к более раннему открыванию клапана, и крупные габариты, что ограничивает область применения данного компрессора. В данной конструкции изменение производительности происходит скачкообразно из-за присоединения к объему рабочей камеры вредного пространства (объема). Кроме того, в данной приводной схеме имеет место наличие боковых усилий на поршень в связи с применением кривошипно-шатунного механизма, что вызывает перекосы поршня и дополнительные утечки, которые уменьшают производительность поршневого компрессора.The disadvantages of the prototype is the presence of a valve device with a locking element for attaching a volume of harmful space to the volume of the working chamber (obtaining a combined chamber), which reduces the reliability of the device, since the spring element will somewhat reduce the spring properties, which will lead to an earlier opening of the valve, and large dimensions, which limits the scope of this compressor. In this design, a change in productivity occurs in a jump manner due to the attachment of harmful space (volume) to the volume of the working chamber. In addition, in this drive circuit there is a lateral force on the piston due to the use of a crank mechanism, which causes distortion of the piston and additional leaks that reduce the performance of the piston compressor.

Задачей полезной модели является упрощение конструкции, повышение надежности работы, уменьшение ее массогабаритных показателей и расширение функциональных возможностей.The objective of the utility model is to simplify the design, increase the reliability of the work, reduce its overall dimensions and expand the functionality.

Данный технический результат достигается тем, что предложен поршневой компрессор, содержащий корпус в виде цилиндра, далее «цилиндр» с поршневой полостью и вредным пространством. В цилиндре расположен поршень, с одной стороны поршня установлена крышка, выполненная с возможностью перемещения относительно цилиндра по резьбе, что позволяет плавно изменять объем вредного пространства над поршнем (объем ограниченный верхней мертвой точкой (ВМТ) и плоскостью выступа крышки), и, соответственно, плавно изменять производительность поршневого компрессора, кроме того, в крышке расположены всасывающий и нагнетательный клапаны для впуска и выпуска газов, а с другой стороны поршень соединен со штоком, к которому подсоединен линейный привод, позволяющий уменьшить боковые усилия на поршень, что позволяет избегать перекосов и дополнительных утечек, уменьшающих производительность поршневого компрессора, и изменять производительность компрессора от максимальной Vmax, когда вредное пространство равно нулю и поршень доходит до торца крышки, до минимальной производительности Vmin.This technical result is achieved by the fact that the proposed piston compressor containing a housing in the form of a cylinder, then a "cylinder" with a piston cavity and harmful space. A piston is located in the cylinder, a cap is mounted on one side of the piston, which is movable relative to the cylinder by thread, which allows smoothly changing the volume of harmful space above the piston (the volume limited by top dead center (TDC) and the plane of the protrusion of the cover), and, accordingly, smooth change the performance of the reciprocating compressor, in addition, there are suction and discharge valves for gas inlet and outlet in the cap, and on the other hand the piston is connected to the rod to which it is connected ineyny drive, allowing to reduce lateral forces on the piston, thus avoiding distortions and additional leaks, reducing the performance of the piston compressor, compressor and change the performance of the maximum Vmax, when the harmful space is zero and the piston comes to an end cap to a minimum performance Vmin.

На Фиг. 1 показан компрессор, в котором цилиндр и крышка соединены с помощью внутренней резьбы.In FIG. 1 shows a compressor in which a cylinder and a cap are connected by an internal thread.

На Фиг. 2 показан компрессор, в котором цилиндр и крышка соединены с помощью наружной резьбы.In FIG. 2 shows a compressor in which a cylinder and a cap are connected by an external thread.

Поршневой компрессор содержит цилиндр 1, с расположенным в нем поршнем 2, который в свою очередь соединен со штоком 3, крышку цилиндра 4, расположенную со стороны поршня 2, в которой расположены всасывающий клапан 5 и нагнетательный клапан 6, вредное пространство 7, образуемое между верхней мертвой точкой и торцом крышки 4, обращенным в сторону поршня 2 («расстояние S1 на которое выкручивается крышка») внутри цилиндра 1, линейный привод 8, соединенный со штоком 3. За счет перемещения крышки по резьбе цилиндра происходит изменение объема вредного пространства. Расчеты показывают, что изменение объема вредного пространства цилиндра позволяет изменять производительность поршневого компрессора от Vmax, когда вредное пространство равно нулю и поршень 2 доходит до торца крышки 4 (Фиг. 1, 2) [Пластинин, П.И. Поршневые компрессоры. В 2 т. Т. 1. Теория и расчет / П.И. Пластинин - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 2006. - 456 с., стр. 11]:The piston compressor comprises a cylinder 1, with a piston 2 located therein, which in turn is connected to the rod 3, a cylinder cover 4, located on the piston 2 side, in which the suction valve 5 and the discharge valve 6 are located, a harmful space 7 formed between the upper the dead center and the end face of the cover 4, facing the piston 2 (“the distance S1 is the cover unscrewed”) inside the cylinder 1, the linear actuator 8 connected to the rod 3. Due to the movement of the cover along the cylinder thread, the volume of harmful space. Calculations show that changing the volume of the harmful space of the cylinder allows you to change the performance of the reciprocating compressor from Vmax, when the harmful space is zero and the piston 2 reaches the end of the cover 4 (Fig. 1, 2) [Plastinin, P.I. Piston compressors. In 2 t. T. 1. Theory and calculation / P.I. Plastinin - 3rd ed., Revised. and add. - M .: Kolos, 2006. - 456 p., P. 11]:

Vmax=n⋅S⋅πD_ц ²/4,Vmax = n⋅S⋅πD _n ^2/4,

где n - количество рабочих циклов секунду, с^-1;where n is the number of working cycles per second, s ^-1 ;

S - ход поршня, м;S is the piston stroke, m;

D_ц - диаметр цилиндра, м. _N D - diameter of the cylinder, m.

до минимальной производительности Vmin. [Пластинин, П.И. Поршневые компрессоры. В 2 т. Т. 1. Теория и расчет / П.И. Пластинин - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 2006. - 456 с., стр. 43]:to a minimum Vmin performance. [Plastinin, P.I. Piston compressors. In 2 t. T. 1. Theory and calculation / P.I. Plastinin - 3rd ed., Revised. and add. - M .: Kolos, 2006. - 456 p., P. 43]:

Vmin=Vmax⋅λ,Vmin = Vmax⋅λ,

где λ - объемный коэффициент [Пластинин, П.И. Поршневые компрессоры. В 2 т. Т. 1. Теория и расчет / П.И. Пластинин - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 2006. - 456 с., стр. 43]:where λ is the volume coefficient [Plastinin, P.I. Piston compressors. In 2 t. T. 1. Theory and calculation / P.I. Plastinin - 3rd ed., Revised. and add. - M .: Kolos, 2006. - 456 p., P. 43]:

λ=S1/S,λ = S1 / S,

где S1 - расстояние, на которое выкручивается крышка 4 (Фиг. 3, 4), м.where S1 - the distance by which the cover 4 is unscrewed (Fig. 3, 4), m

Крышка может быть выполнена как с внутренней резьбой, так и с наружной.The cover can be made with both internal thread and external thread.

Наличие крышки цилиндра с возможностью перемещения относительно цилиндра по резьбе, что позволяет плавно изменять объем вредного пространства над поршнем, и соответственно плавно изменять производительность поршневого компрессора, уменьшение размеров и массы крышки цилиндра за счет исключения клапанного устройства с запорным элементом и равномерного распределения объема вредного пространства по площади цилиндра; исключение боковых усилий на поршень за счет применения линейного привода.The presence of the cylinder cover with the possibility of movement relative to the cylinder along the thread, which allows you to smoothly change the volume of harmful space above the piston, and accordingly smoothly change the performance of the piston compressor, reducing the size and weight of the cylinder cover by eliminating the valve device with a locking element and even distribution of the volume of harmful space across cylinder area; elimination of lateral forces on the piston due to the use of a linear drive.

Поршневой компрессор работает следующим образом:A piston compressor operates as follows:

Поршневой компрессор, подключенный к линейному приводу 8, передает усилие для поступательного движения через шток 3 на поршень 2. Поршень 2, цилиндр 1 и крышка 4 образуют рабочую камеру для сжатия газа. При движении поршня 2 к нижней мертвой точке (НМТ) газ поступает через всасывающий клапан 5. При движении поршня 2 в верхнюю мертвую точку (ВМТ) газ сжимается и при достижении давления нагнетания поступает через клапан нагнетания 6 потребителю. В процессе работы при необходимости изменения производительности поршневого компрессора крышка 4 вращается по резьбе и изменяет объем вредного пространства 7, плавно меняя производительность поршневого компрессора от Vmax до Vmin. Поршневой компрессор за счет возможности перемещения крышки относительно цилиндра по резьбе позволяет регулировать величину выступа крышки в цилиндре и соответственно плавно изменять объем вредного пространства, изменять плавно производительность поршневого компрессора. Кроме того, применение линейного привода позволяет уменьшить боковые усилия на поршень, что позволяет избегать перекосов и дополнительных утечек, уменьшающих производительность поршневого компрессора.A piston compressor connected to a linear actuator 8 transmits the force for translational movement through the rod 3 to the piston 2. The piston 2, cylinder 1 and cover 4 form a working chamber for gas compression. When the piston 2 moves to the bottom dead center (BDC), gas enters through the suction valve 5. When the piston 2 moves to the top dead center (BDC), the gas is compressed and when the discharge pressure is reached, it flows through the discharge valve 6 to the consumer. In the process, if necessary, change the performance of the piston compressor, the cover 4 rotates along the thread and changes the amount of harmful space 7, smoothly changing the performance of the piston compressor from Vmax to Vmin. Piston compressor due to the possibility of moving the cover relative to the cylinder along the thread allows you to adjust the size of the protrusion of the cover in the cylinder and accordingly smoothly change the amount of harmful space, smoothly change the performance of the piston compressor. In addition, the use of a linear drive can reduce lateral forces on the piston, which avoids distortions and additional leaks that reduce the performance of the piston compressor.

Предложенная конструкция позволяет обеспечить меньшие массогабаритные показатели за счет уменьшения размеров крышки, что достигается равномерным распределением вредного пространства по площади цилиндра и позволяет расширить область применения поршневых компрессоров на мобильных установках, в том числе подводных объектах. Компрессор не содержит пружинный узел, который со временем теряет свои характеристики по жесткости пружины, что уменьшает ресурс работы и присоединение вредного пространства в более ранний момент времени по сравнению с расчетным значением, тем самым повышая надежность работы компрессора.The proposed design makes it possible to provide smaller overall dimensions by reducing the size of the cover, which is achieved by uniform distribution of harmful space over the cylinder area and allows you to expand the scope of piston compressors in mobile installations, including underwater objects. The compressor does not contain a spring unit, which eventually loses its spring stiffness characteristics, which reduces the service life and the attachment of harmful space at an earlier point in time compared to the calculated value, thereby increasing the reliability of the compressor.

Кроме того, компрессор обеспечивает плавное регулирование производительности компрессора за счет плавного изменения объема вредного пространства. Такие поршневые компрессоры могут быть как общего назначения, так и компрессорами для сжатия криогенных, взрывоопасных газов.In addition, the compressor provides smooth control of compressor performance due to the smooth change in the volume of harmful space. Such reciprocating compressors can be both general purpose and compressors for compressing cryogenic, explosive gases.

Claims

A piston compressor comprising a cylinder with a piston cavity and harmful space, characterized in that a piston is located in the cylinder, on one side of which a cover is installed, and on the other hand, the piston is connected to a rod to which the linear actuator is connected, the cover is movable relative to the cylinder by the thread in which the suction and discharge valves are located.