RU175178U1

RU175178U1 - PISTON COMPRESSOR

Info

Publication number: RU175178U1
Application number: RU2017122565U
Authority: RU
Inventors: Владимир Леонидович Юша; Сергей Сергеевич Бусаров; Игорь Сергеевич Бусаров; Даниил Сергеевич Титов
Priority date: 2017-06-26
Filing date: 2017-06-26
Publication date: 2017-11-24

Abstract

Предложен поршневой компрессор, в корпусе которого расположены цилиндр, с размещенным в нем поршнем с механизмом привода с образованием рабочего объема, полость всасывания, соединенная с рабочим объемом через всасывающий клапан, полость нагнетания, соединенная с рабочим объемом через нагнетательный клапан, жидкостная рубашка охлаждения, расположенная вокруг рабочего объема, размещенная и соединенная с источником охлаждающей жидкости, согласно заявляемому техническому решению, поршень с механизмом привода расположен герметично по отношению к цилиндру с возможностью перемещения относительно цилиндра, в жидкостной рубашке охлаждения герметично относительно цилиндра и корпуса компрессора установлен «кольцевой» поршень, соединенный с механизмом движения, со стороны рабочей камеры на поршне с приводом и в «кольцевом» поршне, со стороны жидкостной рубашки охлаждения, на одном уровне с их поверхностями в пазах зафиксированы датчики перемещения, расположенные в контакте между собой для передачи сигнала друг другу в случае не равномерного движения поршней друг относительно друга и предназначенные для передачи сигнала на блок управления, который предназначен для выравнивания поршня с приводом и «кольцевого поршня» и обеспечения синхронного перемещения их по корпусу компрессора. Для подвода и отвода жидкости в жидкостную рубашку охлаждения и из нее предназначены подводящий и отводящий патрубки. Для контроля давления и передачи сигнала о давлении на блок управления в жидкостной рубашке охлаждения и рабочем объеме предусмотрены датчики давления.Блок управления с помощью датчиков давления контролирует и выравнивает давление газа Рг в рабочем объеме и давление жидкости Рж в жидкостной рубашке охлаждения Рг=Рж, благодаря чему поршень и «кольцевой» поршень двигаются синхронно друг относительно друга, тем самым обеспечивая равенство усилий на стенку цилиндра со стороны жидкости в жидкостной рубашке охлаждения и газа в рабочем объеме, в этом случае результирующее усилие суммы двух сил на стенку цилиндра равно 0, что позволяет выполнить цилиндр минимальной (технологически возможной) толщины - 0,5…1,5 мм, что сокращает термическое сопротивление теплопередачи согласно формулы:где R - термическое сопротивление теплопередачи, м⋅К/Вт;где δ - толщина стенки, м;λ - коэффициент теплопроводности материала,и позволяет более интенсивно охлаждать сжимаемый газ и повысить производительность компрессора. 2 ил.A piston compressor is proposed, in which the cylinder is located, with a piston placed in it with a drive mechanism with the formation of the working volume, a suction cavity connected to the working volume through the suction valve, a discharge cavity connected to the working volume through the discharge valve, a liquid cooling jacket located around the working volume, located and connected to a source of coolant, according to the claimed technical solution, a piston with a drive mechanism is hermetically sealed from wearing to the cylinder with the ability to move relative to the cylinder, in the liquid cooling jacket hermetically relative to the cylinder and the compressor housing there is a "ring" piston connected to the movement mechanism, from the working chamber on the piston with the drive and in the "ring" piston, from the liquid cooling jacket , at the same level with their surfaces in the grooves are fixed displacement sensors located in contact with each other to transmit a signal to each other in case of uneven movement of the pistons, relate each other It’s only for the other and designed to transmit a signal to the control unit, which is designed to align the piston with the drive and the “ring piston” and ensure their synchronous movement along the compressor housing. For inlet and outlet of liquid in and out of the liquid cooling jacket, inlet and outlet pipes are intended. Pressure sensors are provided for monitoring the pressure and transmitting a pressure signal to the control unit in the liquid cooling jacket and the working volume. The control unit, using pressure sensors, monitors and equalizes the gas pressure Рг in the working volume and the pressure of the liquid Рж in the liquid cooling jacket Рг = Рж, thanks to why the piston and the "annular" piston move synchronously relative to each other, thereby ensuring equal forces on the cylinder wall from the liquid side in the liquid cooling jacket and gas in the working volume Me, in this case, the resulting force of the sum of the two forces on the cylinder wall is 0, which allows the cylinder to have a minimum (technologically possible) thickness of 0.5 ... 1.5 mm, which reduces the thermal resistance of heat transfer according to the formula: where R is the thermal resistance of heat transfer , m⋅K / W; where δ is the wall thickness, m; λ is the thermal conductivity of the material, and allows more intensive cooling of the compressible gas and increase the compressor productivity. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к поршневым компрессорам с охлаждением, предназначенным для сжатия и перемещения газов. The invention relates to cooled piston compressors for compressing and moving gases.

Известен «Поршневой компрессор с водяным охлаждением» [патент №2429378, опубл. 26.06.2007]. Сущность изобретения заключается в том, что средства водяного охлаждения включают изначально имеющий двойные стенки корпус блока цилиндров, на торцевой стороне которого, обращенной к головке цилиндра, расположено несколько отверстий для охлаждения, через которые охлаждающая вода, проходящая через имеющие двойные стенки корпуса блока цилиндров, входит в контакт с головкой цилиндра. Known "Piston compressor with water cooling" [patent No. 2429378, publ. 06/26/2007]. The essence of the invention lies in the fact that the means of water cooling include an initially double-walled cylinder block body, on the front side of which, facing the cylinder head, there are several cooling holes through which cooling water passing through the double-walled cylinder block bodies enters in contact with the cylinder head.

Недостатками аналога является то, что в известном техническом решении охлаждение цилиндра обеспечивается рациональным расположением и простотой изготовления отверстий для прохождения охлаждающей жидкости, однако остается не решенным вопрос по уменьшению термического сопротивления стенки цилиндра для обеспечения интенсивного теплоотвода от сжимаемого газа. The disadvantages of the analogue is that in the known technical solution, the cooling of the cylinder is ensured by the rational arrangement and ease of manufacture of holes for the passage of coolant, however, the issue of reducing the thermal resistance of the cylinder wall to provide intensive heat removal from the compressible gas remains unresolved.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является «Поршневой компрессор с автономным жидкостным охлаждением» [RU №2578748, опубл. 27.03.2016г.], в котором нижняя часть жидкостной рубашки охлаждения соединена с источником охлаждающей жидкости, а верхняя часть рубашки охлаждения соединена каналом с полостью нагнетания, источник охлаждающей жидкости может быть выполнен в виде дополнительной кольцевой рубашки, которая подсоединена к низу рубашки охлаждения каналом (или каналами) как сообщающийся герметичный сосуд и имеет на своей поверхности ребра охлаждения, в рубашке охлаждения с небольшим радиальным зазором относительно наружного и внутреннего ее диаметра может быть установлен поплавок, имеющий форму плоского кольца, нижняя часть жидкостной рубашки охлаждения может быть соединена с кольцевой рубашкой с помощью, по меньшей мере, двух каналов, в каждом из которых установлено, по крайней мере, по одной втулке в виде усеченного конуса, причем в одном канале втулка установлена вершиной в сторону рубашки охлаждения, а в другом - вершиной в сторону источника жидкости, канал, соединяющий полость нагнетания с верхней частью рубашки, может иметь вход со стороны этой полости, расположенный непосредственно над нагнетательным клапаном, в виде усеченного конуса, с большим основанием, направленным в сторону этого клапана, источник охлаждающей жидкости может быть выполнен в виде емкости, частично заполненной жидкостью, которая через обратный клапан и теплообменник соединена с буферной полостью, которая через обратный клапан соединена с верхней частью рубашки охлаждения, и при этом полость нагнетания соединена с верхней частью рубашки охлаждения через упомянутые буферную полость и обратный клапан.Closest to the claimed technical solution is "Piston compressor with autonomous liquid cooling" [RU No. 2578748, publ. 03/27/2016], in which the lower part of the liquid cooling jacket is connected to a source of cooling liquid, and the upper part of the cooling jacket is connected by a channel to the discharge cavity, the source of cooling liquid can be made in the form of an additional annular jacket, which is connected to the bottom of the cooling jacket by a channel ( or channels) as a connected tight vessel and has cooling fins on its surface, in a cooling jacket with a small radial clearance relative to its outer and inner diameters a float having the shape of a flat ring is installed, the lower part of the liquid cooling jacket can be connected to the ring jacket using at least two channels, each of which has at least one truncated cone sleeve, and in one the channel the sleeve is mounted with its apex toward the cooling jacket, and in the other with its apex towards the source of fluid, the channel connecting the injection cavity to the upper part of the jacket may have an entrance from the side of this cavity located directly above a non-floating valve, in the form of a truncated cone, with a large base directed towards this valve, the coolant source can be made in the form of a container partially filled with liquid, which is connected through a non-return valve and a heat exchanger to the buffer cavity, which is connected through the non-return valve to the upper part of the cooling jacket, and the pressure cavity is connected to the upper part of the cooling jacket through the aforementioned buffer cavity and check valve.

Недостатками прототипа является невозможность обеспечения достаточной интенсификации теплоотвода от сжимаемого газа за счет толщины стенки цилиндра, определяемой величиной давления в рабочей камере.The disadvantages of the prototype is the inability to provide sufficient intensification of heat removal from a compressible gas due to the thickness of the cylinder wall, determined by the pressure in the working chamber.

Задачей изобретения является повышение КПД компрессора за счет более эффективного охлаждения газа в рабочем объеме компрессора, что ведет к увеличению теплоотвода.The objective of the invention is to increase the efficiency of the compressor due to more efficient cooling of the gas in the working volume of the compressor, which leads to an increase in heat dissipation.

Данный технический результат достигается тем, что предложен поршневой компрессор, в корпусе которого расположены цилиндр, с размещенным в нем поршнем с механизмом привода с образованием рабочего объема, полость всасывания, соединенная с рабочим объемом через всасывающий клапан, полость нагнетания, соединенная с рабочим объемом через нагнетательный клапан, жидкостная рубашка охлаждения, расположенная вокруг рабочего объема, размещенная и соединенная с источником охлаждающей жидкости, согласно заявляемому техническому решению, поршень с механизмом привода расположен герметично по отношению к цилиндру с возможностью перемещения относительно цилиндра, в жидкостной рубашке охлаждения герметично относительно цилиндра и корпуса компрессора установлен «кольцевой» поршень, соединенный с механизмом движения, со стороны рабочей камеры на поршне с приводом и в «кольцевом» поршне, со стороны жидкостной рубашки охлаждения, на одном уровне с их поверхностями в пазах зафиксированы датчики перемещения, расположенные в контакте между собой для передачи сигнала друг другу в случае не равномерного движения поршней друг относительно друга и предназначенные для передачи сигнала на блок управления, который предназначен для выравнивания поршня с приводом и «кольцевого поршня» и обеспечения синхронного перемещения их по корпусу компрессора. Для подвода и отвода жидкости в жидкостную рубашку охлаждения и из нее предназначены подводящий и отводящий патрубки. Для контроля давления и передачи сигнала о давлении на блок управления в жидкостной рубашке охлаждения и рабочем объеме предусмотрены датчики давления.This technical result is achieved by the fact that a piston compressor is proposed, in the housing of which a cylinder is located, with a piston placed in it with a drive mechanism with the formation of a working volume, a suction cavity connected to the working volume through the suction valve, a discharge cavity connected to the working volume through the discharge valve, liquid cooling jacket located around the working volume, placed and connected to a source of coolant, according to the claimed technical solution, the piston l with the drive mechanism is sealed in relation to the cylinder with the possibility of movement relative to the cylinder, in the liquid cooling jacket hermetically relative to the cylinder and the compressor housing there is a "ring" piston connected to the movement mechanism, from the working chamber on the piston with the drive and in the "ring" piston, from the side of the liquid cooling jacket, at the same level with their surfaces in the grooves are fixed displacement sensors located in contact with each other to transmit a signal to each other in the case of ae not uniform movement of the pistons relative to each other and for transmitting a signal to the control unit, which is designed to align with the drive piston and the "piston ring" and ensuring their synchronous displacement of the compressor housing. For inlet and outlet of liquid in and out of the liquid cooling jacket, inlet and outlet pipes are intended. To control the pressure and transmit a pressure signal to the control unit, pressure sensors are provided in the liquid cooling jacket and the working volume.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:The essence of the utility model is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 представлена схема компрессора с водяным охлаждением;in FIG. 1 shows a diagram of a water-cooled compressor;

на фиг. 2 представлена схема сил действующих на стенку цилиндра.in FIG. 2 shows a diagram of the forces acting on the cylinder wall.

Поршневой компрессор, в корпусе 1 которого расположен цилиндр 2, с размещенным в нем поршнем 3 с механизмом привода 4, полость всасывания 5, соединенная с рабочим объемом 6 через всасывающий клапан 7, полость нагнетания 8, соединенная с рабочим объемом 6 через нагнетательный клапан 9, вокруг рабочего объема 6 размещена рубашка охлаждения 10. Поршень 3 с механизмом привода 4 установлен герметично в цилиндр 2, с возможностью перемещения относительно цилиндра 2, в рубашке охлаждения 10 установлен герметично относительно корпуса 1 и цилиндра 2 «кольцевой» поршень 11, соединенный с механизмом движения 12. В поршне 3 с приводом 4 со стороны рабочего объема 6 и в «кольцевом» поршне 11 со стороны жидкостной рубашки охлаждения 10 в пазах на одном уровне с их поверхностями зафиксированы датчики перемещения 13 и 14, расположенные в контакте между собой для передачи сигнала друг другу в случае не равномерного их движения друг относительно друга. Датчики перемещения 13 и 14 предназначены для передачи сигнала на блок управления 15, который предназначен для выравнивания поршня 3 и «кольцевого» поршня 11 и для их синхронного перемещения в корпусе компрессора 1. Для подачи жидкости в жидкостную рубашку охлаждения 10 в ней предусмотрен подводящий патрубок 16, а для отвода охлаждающей жидкости из жидкостной рубашки охлаждения 10 в «кольцевом» поршень 11 предусмотрен отводящий патрубок 17. Для контроля давления и передачи сигнала о давлении на блок управления 15 в жидкостной рубашке охлаждения 10 и в рабочем объеме 6 цилиндра 2 предусмотрены датчики давления 18 и 19. A piston compressor, in the housing 1 of which cylinder 2 is located, with a piston 3 placed therein with a drive mechanism 4, a suction cavity 5 connected to the displacement 6 through the suction valve 7, a discharge cavity 8 connected to the displacement 6 through the discharge valve 9, a cooling jacket 10 is placed around the working volume 6. A piston 3 with a drive mechanism 4 is installed hermetically in the cylinder 2, with the possibility of movement relative to the cylinder 2, in the cooling jacket 10 is installed hermetically with respect to the housing 1 and the cylinder 2 "ring "The piston 11 connected to the movement mechanism 12. In the piston 3 with the actuator 4 from the side of the working volume 6 and in the" ring "piston 11 from the side of the liquid cooling jacket 10, in the grooves at the same level with their surfaces are fixed displacement sensors 13 and 14 located in contact with each other to transmit a signal to each other in case of non-uniform motion relative to each other. The displacement sensors 13 and 14 are designed to transmit a signal to the control unit 15, which is designed to align the piston 3 and the "annular" piston 11 and to synchronously move them in the compressor housing 1. For supplying liquid to the liquid cooling jacket 10, an inlet pipe 16 is provided in it and for the removal of coolant from the liquid cooling jacket 10 in the "annular" piston 11, a discharge pipe 17 is provided. To control the pressure and transmit a pressure signal to the control unit 15 in the liquid cooling jacket 10 in the working volume 6 of the cylinder 2 are provided pressure sensors 18 and 19.

Компрессор работает следующим образом. The compressor operates as follows.

В цилиндре 2 поршневого компрессора перемещается поршень 32, приводимый в движение механизмом привода 4. Поступающий газ из полости всасывания 5 через всасывающий клапан 7 в рабочий объем 6 имеет давление близкое к атмосферному, что фиксируется датчиком давления 18. Информация с датчика давления 18 передается на блок управления 15 и сравнивается с давлением в рубашке охлаждения 10, давление в которой измеряет датчик давления 19. На блок управления 15 поступают также данные о положении поршня 3 с помощью датчика положения 14, установленного на поршне 3 и положении «кольцевого» поршня 11 с помощью датчика положения 13, установленного на «кольцевом» поршне 11. Выдаваемые управляющие сигналы с блока управления 15 на механизм привода 4 и механизма движения 12 обеспечивают синхронное движение поршня 3 и кольцевого поршня 11, а также равенство давлений в рабочем объеме 6 и жидкостной рубашке охлаждения 10. При движении поршня 3 от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке давление газа в рабочем объеме 6 повышается и соответственно повышается температура газа. Жидкость охлаждает цилиндр 2 поршневого компрессора и через него охлаждает сжимаемый газ в рабочем объеме 6. Направление движение жидкости от подводящего патрубка 16 к отводящему патрубку 17 обусловлена тем, что температура сжатого газа достигает максимального значения в рабочем объеме 6 в процессе нагнетания, когда сжатый газ поступает к потребителю через нагнетательный клапан 9 и полость нагнетания 8. Датчики положения 13,14, а также датчики давления 19 в рубашке охлаждения 10 и датчик давления 18 в рабочем объеме 6 выдают сигналы на блок управления 15, управляющий работой механизма привода 4 и механизмом движения 12. Блок управления 15 контролирует и выравнивает давление газа Рг в рабочем объеме 6 и давление жидкости Рж в жидкостной рубашке охлаждения 10 Рг=Рж, благодаря чему поршень 3 и кольцевой подвижный поршень 11 двигаются синхронно друг относительно друга (см. фиг.2), тем самым обеспечивая равенство усилий на стенку цилиндра 2 со стороны жидкости в рубашке охлаждения 10 и газа в рабочем объеме 6, в этом случае результирующее усилие суммы двух сил на стенку цилиндра равно 0, что позволяет выполнить цилиндр минимальной (технологически возможной) толщины - 0,5…1,5 мм, что сокращает термическое сопротивление теплопередачи согласно формулы (1) и позволяет более интенсивно охлаждать сжимаемый газ и повысить производительность компрессора [Исаченко, В.П. Теплопередача: учеб. для вузов. / В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоиздат, 1981. - 416 с. - стр.28]:In the cylinder 2 of the reciprocating compressor, the piston 32 is moved, driven by the drive mechanism 4. The incoming gas from the suction cavity 5 through the suction valve 7 to the working volume 6 has a pressure close to atmospheric, which is detected by the pressure sensor 18. Information from the pressure sensor 18 is transmitted to the block control 15 and is compared with the pressure in the cooling jacket 10, the pressure in which the pressure sensor measures 19. The control unit 15 also receives data on the position of the piston 3 using the position sensor 14 mounted on the piston 3 and the position of the "annular" piston 11 using the position sensor 13 mounted on the "annular" piston 11. The control signals issued from the control unit 15 to the drive mechanism 4 and the movement mechanism 12 provide synchronous movement of the piston 3 and the annular piston 11, as well as equality pressures in the working volume 6 and the liquid cooling jacket 10. When the piston 3 moves from the bottom dead center to the top dead center, the gas pressure in the working volume 6 rises and the gas temperature rises accordingly. The fluid cools the cylinder 2 of the reciprocating compressor and cools the compressible gas through it in the working volume 6. The direction of fluid movement from the inlet pipe 16 to the outlet pipe 17 is due to the fact that the temperature of the compressed gas reaches its maximum value in the working volume 6 during the pumping process when the compressed gas enters to the consumer through the discharge valve 9 and the discharge cavity 8. The position sensors 13,14, as well as the pressure sensors 19 in the cooling jacket 10 and the pressure sensor 18 in the working volume 6 give signals to the control unit 15, which controls the operation of the drive mechanism 4 and the movement mechanism 12. The control unit 15 controls and equalizes the gas pressure Pg in the working volume 6 and the liquid pressure Pj in the liquid cooling jacket 10 Pg = Pv, so that the piston 3 and the annular movable piston 11 move synchronously relative to each other (see figure 2), thereby ensuring equal forces on the wall of the cylinder 2 from the liquid side in the cooling jacket 10 and gas in the working volume 6, in this case, the resulting force of the sum of the two forces on the cylinder wall is 0, which allows it is possible to make a cylinder of the minimum (technologically possible) thickness - 0.5 ... 1.5 mm, which reduces the thermal resistance of heat transfer according to formula (1) and allows more intensive cooling of the compressible gas and increases the productivity of the compressor [Isachenko, V.P. Heat transfer: textbook. for universities. / V.P. Isachenko, V.A. Osipova, A.S. Sukomel. - 4th ed., Revised. and add. - M.: Energoizdat, 1981. - 416 p. - p. 28]:

(1)

(one)

где δ - толщина стенки, м;where δ is the wall thickness, m;

R - термическое сопротивление теплопередачи, м²⋅К/Вт;R is the thermal resistance of heat transfer, m ² ⋅K / W;

λ - коэффициент теплопроводности материала. λ is the thermal conductivity of the material.

При движении поршня 3 от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке давление жидкости в жидкостной рубашке охлаждения 10 близко к атмосферному давлению всасываемого газа.When the piston 3 moves from top dead center to bottom dead center, the pressure of the liquid in the liquid cooling jacket 10 is close to the atmospheric pressure of the intake gas.

Таким образом, предложена конструкция поршневого компрессора, позволяющая повысить КПД компрессора за счет более эффективного охлаждения газа в рабочем объеме компрессора, а также уменьшить металлоемкость межступенчатых и концевых охладителей газа за счет уменьшения толщины стенки цилиндра.Thus, a piston compressor design is proposed that allows increasing compressor efficiency due to more efficient gas cooling in the compressor working volume, as well as reducing the metal consumption of interstage and end gas coolers by reducing the cylinder wall thickness.

Claims

A piston compressor, in which the cylinder is located, with a piston placed in it with a drive mechanism with the formation of the working volume, a suction cavity connected to the working volume through the suction valve, a discharge cavity connected to the working volume through the discharge valve, a liquid cooling jacket located around working volume, located and connected to a source of coolant, characterized in that the piston with the drive mechanism is sealed in relation to the cylinder with the possibility In order to move relative to the cylinder, in the cooling jacket, an annular piston is connected hermetically with respect to the cylinder and the compressor casing connected to the movement mechanism, moreover, in the piston with the drive, from the side of the working chamber and in the annular piston, from the side of the liquid cooling jacket, at the same level with their surfaces displacement sensors are located in the grooves, located in contact with each other to transmit a signal to each other in case of non-uniform movement of the pistons relative to each other and intended for transmission signal to the control unit, which is designed to align the piston with the drive and the annular piston for synchronous movement of them along the compressor housing, in addition, inlet and outlet pipes are designed for supplying and discharging liquid into and out of the liquid cooling jacket, and for monitoring pressure and transmission pressure signal to the control unit in the liquid cooling jacket and the working volume provides pressure sensors.