RU2117821C1 - Способ работы привода компрессора и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ работы привода компрессора и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2117821C1
RU2117821C1 RU96115973A RU96115973A RU2117821C1 RU 2117821 C1 RU2117821 C1 RU 2117821C1 RU 96115973 A RU96115973 A RU 96115973A RU 96115973 A RU96115973 A RU 96115973A RU 2117821 C1 RU2117821 C1 RU 2117821C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
compressor
clutch
drive
engine
drive motor
Prior art date
Application number
RU96115973A
Other languages
English (en)
Other versions
RU96115973A (ru
Inventor
А.П. Болштянский
Original Assignee
Омский государственный технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Омский государственный технический университет filed Critical Омский государственный технический университет
Priority to RU96115973A priority Critical patent/RU2117821C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2117821C1 publication Critical patent/RU2117821C1/ru
Publication of RU96115973A publication Critical patent/RU96115973A/ru

Links

Landscapes

  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Abstract

Изобретение относится к компрессоростроению, в частности, используется при создании компрессоров, применяемых при строгих ограничениях к подводимой мощности. Способ работы привода компрессора заключается в периодическом размыкании муфты сцепления, соединяющей постоянно вращающийся приводной двигатель с механизмом привода рабочего органа при достижении в ресивере наперед заданного давления. Приводному двигателю совместно с маховиком при замкнутой муфте сцепления придают вращение с замедлением до минимально возможных устойчивых оборотов, после чего муфту сцепления размыкают и приводной двигатель разгоняют до оборотов холостого хода. Компрессор для осуществления способа содержит рабочий орган, ресивер, соединенный патрубком с реле давления, электрически связанного с исполнительным органом муфты сцепления, механизм привода, механически соединенный через муфту сцепления с приводным двигателем с валом и маховиком. На валу приводного двигателя установлен датчик скорости, а приведенная масса непрерывно вращающихся частей определяется из соотношений:
Figure 00000001

Figure 00000002

где m - приведенная к радиусу суммарная масса вращающихся частей; ωminmax - соответственно частота вращения приводного двигателя под максимальной нагрузкой и на холостом ходу; Nэдв- номинальная мощность двигателя; τ - отрезок времени, в течение которого двигатель вращается в присоединенном к механизму привода состоянии; η - полый изотермический КПД компрессора; lуд - удельная (на 1 кг газа) изотермическая работа теоретического компрессора, затраченная на получение сжатого газа за один рабочий цикл; Vh - рабочий объем камеры сжатия компрессора; ρ - плотность всасываемого газа; M - секундная массовая производительность компрессора. Между реле давления и исполнительным органом муфты сцепления может быть установлен коммутатор, подключенный к датчику скорости, а маховик может быть установлен либо между приводным двигателем и муфтой сцепления или являться частью последней либо по другую сторону двигателя позволяет без изменения конструкции непосредственно использовать компрессоры параметрического ряда. 2 с. и 3 з. п.ф-лы, 1 ил.

Description

Известен способ работы привода компрессора, заключающийся в периодическом отключении двигателя при достижении в ресивере компрессора заранее установленного давления, после чего двигатель вновь подключают к источнику энергии [1].
Недостатком известного способа является постоянно повторяющаяся перегрузка электродвигателя при его пуске, т.к. в этот момент в обмотках возникают большие токи. В связи с этим приходится использовать электродвигатели с заранее большей номинальной мощностью, чем необходимая для осуществления рабочего процесса компрессора, что снижает эффективность их использования и ведет к увеличению габаритов и стоимости компрессора. Использование двигателей внутреннего сгорания для привода автономного компрессора с таким способом работы привода вообще невозможно, т.к. его постоянно нужно перезапускать, чего не вынесет ни одно из известных аккумуляторных устройств, и, кроме того, в процессе запуска двигатель внутреннего сгорания потребляет значительно большее количество топлива, чем при номинальном режиме.
Известен также способ работы привода компрессора, заключающийся в периодическом размыкании муфты сцепления, соединяющей постоянно вращающийся приводной двигатель с механизмом привода рабочего органа, при достижении в ресивере наперед заданного давления [2].
Существенным недостатком данного способа является невозможность его применения в приводах компрессоров, работающих на автономных транспортных установках при строго лимитированной мощности привода.
Так, например, если необходима производительность компрессора в 1 м3 газа в минуту при давлении всасывания 1 бар и давлении нагнетания 6 бар, и на это вполне обоснованно выделена подводимая мощность в электрической сети 5 кВт, то невозможно использовать компрессор производительностью, например, 1,2 м3 в минуту с известным вышеописанным способом работы привода, т.к. при вращении приводного вала он будет требовать не менее 6 кВт электрической мощности. Это особенно важно при создании компрессоров с газостатическим подвесом поршня и других рабочих органов и элементов, экономичность которых существенно зависит от производительности - чем выше производительность, тем выше экономичность, т.к. последняя обратно пропорциональна удельному расходу сжатого газа на организацию бесконтактной работы взаимноперемещающихся элементов.
Так, например, в компрессоре с газостатическим подвесом поршня при одинаковых соотношениях хода поршня и его диаметра, при одном и том же квалитете точности изготовления цилиндропоршневой пары увеличение производительности в 2 раза приводит к увеличению КПД компрессора на 10 - 20%, причем данное обстоятельство особенно сильно сказывается при малой производительности, когда компрессор работает в составе холодильных и микрокриогенных систем (1 м3/4 и менее). А известные способы работы привода не могут быть использованы для применения более экономичного высокопроизводительного компрессора данного типа при строго ограниченной подводимой мощности.
Основной задачей изобретения является расширение области применения и повышение эффективности при использовании компрессоров в системах с ограниченной подводимой мощностью.
Поставленная задача может быть решена за счет того, что при осуществлении известного способа приводному двигателю компрессора совместно с маховиком при замкнутой муфте сцепления придают вращение с замедлением до минимально возможных устойчивых оборотов, после чего муфту сцепления размыкают и приводной двигатель разгоняют до оборотов холостого хода.
Компрессор для осуществления данного способа, содержащий рабочий орган, ресивер, соединенный патрубком с реле давления, электрически связанного с исполнительным органом муфты сцепления, механизм привода, механически соединенный через муфту сцепления с приводным двигателем с валом и маховиком, дополнительно содержит датчик скорости, установленный на валу приводного двигателя, а приведенная масса непрерывно вращающихся частей определяется из соотношений:
Figure 00000006

Figure 00000007

где
m - приведенная к радиусу r суммарная масса вращающихся частей;
ωminmax - соответственно минимальная частота вращения приводного двигателя под максимальной нагрузкой и на холостом ходу;
Nэдв - номинальная мощность двигателя;
τ - - отрезок времени, в течение которого двигатель вращается в присоединенном к механизму привода состояния (муфта сцепления замкнута);
η - - полный изотермический КПД компрессора;
lуд - удельная (на 1 кг газа) изотермическая работа теоретического компрессора, затраченная на получение сжатого газа за один рабочий цикл;
Vh - рабочий объем камеры сжатия компрессора;
ρ - плотность всасываемого газа;
M - секундная массовая производительность компрессора.
Маховик может быть установлен между приводным двигателем и муфтой сцепления или являться частью последней, приводной двигатель может быть установлен между маховиком и муфтой сцепления, между реле давления и исполнительным органом муфты сцепления может быть установлен коммутатор, соединенный с датчиком оборотов двигателя.
Вышеуказанные соотношения определены из тех соображений, что суммарной энергии вращающихся масс должно хватить при падении оборотов приводного двигателя от оборотов холостого хода до минимальных устойчивых оборотов под нагрузкой, которые для разных исполнений электродвигателей составляют от 90 до 50% от оборотов холостого хода, для совершения работы, необходимой для обеспечения заданной производительности компрессора
dEприв= Lизполн, (1)
где
dEприв - полное изменение энергии вращающихся масс;
Lиз - полная изотермическая индикаторная работа компрессора за время τ вращения двигателя:
Figure 00000008

где
ωcp ср - средняя скорость вращения привода;
Gц - масса газа, вытесняемая компрессором за один рабочий цикл.
С другой стороны
dEприв=dEмах + dEэдв,
где
dEмах - изменение энергии вращающихся масс;
dEэдв - изменение энергии привода за счет энергии, подводимой от электродвигателя за время τ.
Figure 00000009

dEэдв= Nэдв•τ. (5)
Общую массовую секундную производительность компрессора определим как
M = Vh•ρ•0,5•(ωmaxmin)•τ/(τp+τ), (6)
где
τp р - время разгона вращающихся масс при отключенном механизме привода, для определения которого запишем очевидное равенство
dEмах=dEэдв.разг.
Очевидно, что dEэдв.разг= τp•Nэдв, и тогда
τp= dEmax/Nэдв. (8)
Подставляя (4) и (8) в (6) мы получим уравнение (1.2) для определения секундного массового расхода, а подставляя (2), (3), (4) и (5) в (1) мы получим уравнение (1.1) равенства энергий.
Уравнения (1.1) и (1.2) можно решить одним из оптимизационных методов с накладыванием ограничений или методом простого перебора, задавая желаемые конструктивные и режимные параметры.
Пример конструкции компрессора для осуществления предложенного способа приведен на рис. 1, где изображена схема поршневого одноступенчатого компрессора, хотя в соответствии с предложенными способом и вариантами конструкции в качестве примера может быть использован любой компрессор объемного действия с периодическим циклом изменения объема рабочей камеры.
Компрессор состоит из картера 1, на котором установлен цилиндр 2 с рабочей полостью 3, полостью всасывания 4 со всасывающим клапаном 5, полостью нагнетания 6 с нагнетательным клапаном 7, соединенной с ресивером 8, на котором установлено реле давления 9, электрически связанное с коммутатором 10, служащим для включения электромагнитной муфты сцепления 11, исполнительная массивная часть 12 которой установлена на приводном валу 13, жестко соединенном с электродвигателем 14, а пассивная облегченная часть 15 соединена с механизмом привода, состоящем из коленчатого вала 16 и шатуна 17, соединенного с поршнем 18 через палец 19. Датчик скорости 20 установлен на валу электродвигателя 14 и электрически соединен с коммутатором 10.
Компрессор работает следующим образом. При запуске избыточное давление газа в ресивере 8 отсутствует и мощности электродвигателя 14 хватает на полную раскрутку своего ротора, вала 13 и массивной части 12 муфты 11 в присоединенном к облегченной части 15 состоянии, поскольку реле 9 разомкнуто и коммутатор 10 поддерживает муфту 11 в замкнутом состоянии. При этом происходит постоянное вращение вала 16, в результате чего поршень 18 совершает возвратно-поступательное движение, изменяя объем полости 3, что приводит к попеременному всасыванию газа через клапан 5 и его нагнетанию через клапан 7 и полость 6 в ресивер 8. При приближении давления нагнетания в ресивере 8 к некоторой заранее установленной величине (несколько большей давления потребителя) обороты двигателя 14 начинают падать в связи с его ограниченной мощностью, возросшим сопротивлением со стороны газовых сил, возникающих в процессе сжатия в полости 3, и потерей запаса энергии вращающихся масс. При достижении в ресивере 8 этого наперед заданного давления контакты реле 9 замыкаются, что приводит к размыканию силовых контактов коммутатора 10 и размыканию частей 12 и 15 муфты 11, в результате чего движение поршня 8 останавливается. При этом потребляемая компрессором мощность резко падает и двигатель 14, будучи постоянно подключенным к электрической сети, начинает раскручивать свой ротор, вал 13 и часть 12 муфты 11 до тех пор, пока его обороты не станут равны оборотам холостого хода. В этот момент или чуть позже давление в ресивере 8 падает до величины номинального давления потребителя в связи с постоянным истечением газа, контакты реле 9 размыкаются, а контакты коммутатора 10 замыкаются, подключая муфту 11 к источнику электроэнергии, в результате чего части 12 и 15 приходят в сцепленное состояние, передают вращение на вал 16, и поршень 18 начинает совершать возвратно-поступательное движение. Это движение происходит с постепенным замедлением в связи с ограниченной мощностью электродвигателя 14 и постепенным расходованием запаса энергии вращающихся масс. Запаса энергии вращающихся масс и энергии, подводимой от электрической сети через двигатель 14 хватает на совершение работы сжатия массы газа, необходимой для устойчивого питания потребителя. При падении давления газа в ресивере 8 контакты реле 9 размыкаются и цикл работы повторяется.
В том случае, если потребитель начинает расходовать больше газа, чем это предусмотрено (например, в связи с потерей герметичности), обороты двигателя 14 падают до критической величины раньше, чем давление в ресивере 8 поднимается до нормы. В этом случае срабатывает датчик скорости 20, передавая сигнал на размыкание коммутатору 10, который отключает часть 12 муфты 11 независимо от давления в ресивере 8, что предотвращает перегрузку двигателя 14 и потребление им из сети повышенного расхода энергии. При размыкании муфты 11 двигатель 14 снова раскручивает вращающиеся массы при остановленном поршне 18, и цикл работы повторяется.
Предложенные способ работы привода компрессора и устройство для его осуществления позволяют существенно расширить область применения компрессоров, особенно в транспортных автономных установках с ограниченной мощностью привода. Применение данного изобретения особенно важно в мало- и микрорасходных системах, т.к. дает возможность без изменения конструкции непосредственно использовать компрессоры из параметрического ряда. Это особенно ценно при необходимости пневмопитания микрорасходных систем с производительностью 1 м3/ч и менее.
Так, например, в микрокриогенной технике не редкость использование компрессоров с диаметром цилиндра 10-12 мм и менее. При этом не приходится говорить об экономичности, т.к., например, детали клапанной группы превращаются в ювелирные изделия и не могут быть достаточно точно выполнены, а технологические сложности не позволяют изготовить конструкцию с приемлемой величиной мертвого пространства. При таких геометрических размерах совершенно невозможно применение компрессоров с газостатическим подвесом рабочих органов, т.к. практически весь сжатый газ уходит на питание газостатических устройств. Попытка использовать известные методы регулирования к необходимости подвода большей мощности, что, как правило, невозможно.
Вышеприведенные рассуждения справедливы также и для любых типов компрессоров объемного действия (ротационных, винтовых, спиральных, мембранных).
Применение предложенного способа и устройства для его осуществления позволяют полностью решить задачу использования более высокопроизводительных и поэтому более экономичных компрессоров при кратном избытке их производительности и при одновременном выполнении жестких требования по ограничению установленной мощности.

Claims (5)

1. Способ работы привода компрессора, заключающийся в периодическом размыкании муфты сцепления, соединяющей постоянно вращающийся приводной двигатель с механизмом привода рабочего органа по достижении в ресивере наперед заданного давления, отличающийся тем, что приводному двигателю совместно с маховиком при замкнутой муфте сцепления придают вращение с замедлением до минимально возможных устойчивых оборотов, после чего муфту сцепления размыкают и приводной двигатель разгоняют до оборотов холостого хода.
2. Компрессор для осуществления способа по п.1, содержащий рабочий орган, ресивер, соединенный патрубком с реле давления, электрически связанного с исполнительным органом муфты сцепления, механизм привода, механически соединенный через муфту сцепления с приводным двигателем с валом и маховиком, отличающийся тем, что на валу приводного двигателя установлен датчик скорости, а приведенная масса непрерывно вращающихся частей определяется из соотношений
Figure 00000010

Figure 00000011

где m - приведенная к радиусу r суммарная масса вращающихся частей;
ωmin, ωmax - соответственно частота вращения приводного двигателя под максимальной нагрузкой и на холостом ходу;
Nэдв - номинальная мощность двигателя;
τ - отрезок времени, в течение которого двигатель вращается в присоединенном к механизму привода состоянии;
η - полный изотермический КПД компрессора;
lуд - удельная (на 1 кг газа) изотермическая работа теоретического компрессора, затраченная на получение сжатого газа за один рабочий цикл;
Vh - рабочий объем камеры сжатия компрессора;
ρ - - плотность всасываемого газа;
M - секундная массовая производительность компрессора.
3. Компрессор по п.2, отличающийся тем, что между реле давления и исполнительным органом муфты сцепления установлен коммутатор, подключенный к датчику скорости.
4. Компрессор по п. 2, отличающийся тем, что маховик установлен между приводным двигателем и муфтой сцепления или является частью последней.
5. Компрессор по п.2, отличающийся тем, что приводной двигатель установлен между маховиком и муфтой сцепления.
RU96115973A 1996-07-31 1996-07-31 Способ работы привода компрессора и устройство для его осуществления RU2117821C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96115973A RU2117821C1 (ru) 1996-07-31 1996-07-31 Способ работы привода компрессора и устройство для его осуществления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96115973A RU2117821C1 (ru) 1996-07-31 1996-07-31 Способ работы привода компрессора и устройство для его осуществления

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2117821C1 true RU2117821C1 (ru) 1998-08-20
RU96115973A RU96115973A (ru) 1998-10-20

Family

ID=20184160

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96115973A RU2117821C1 (ru) 1996-07-31 1996-07-31 Способ работы привода компрессора и устройство для его осуществления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2117821C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1083334A2 (en) * 1999-09-09 2001-03-14 Sanyo Electric Co. Ltd Multistage high pressure compressor
RU2681199C1 (ru) * 2018-03-12 2019-03-05 Акционерное общество "Научно-технический комплекс "Криогенная техника" Способ регулирования и работы двигателя судового спирального компрессора с частотным регулированием оборотов

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Якобсон Б.Я. Малые холодильные машины. - М.: Пищевая промышленность, 1977, с.290. 2. Френкель М.И. Поршневые компрессоры. - Л.: Машиностроение, 1969, с.532 - 534. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1083334A2 (en) * 1999-09-09 2001-03-14 Sanyo Electric Co. Ltd Multistage high pressure compressor
EP1083334A3 (en) * 1999-09-09 2003-01-08 Sanyo Electric Co. Ltd Multistage high pressure compressor
RU2681199C1 (ru) * 2018-03-12 2019-03-05 Акционерное общество "Научно-технический комплекс "Криогенная техника" Способ регулирования и работы двигателя судового спирального компрессора с частотным регулированием оборотов

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3204859A (en) Gas compressor system
US7442017B2 (en) Displacement type compressor having a self-start synchronous motor and start load reducing means
US4750871A (en) Stabilizing means for free piston-type linear resonant reciprocating machines
EP1952028B1 (en) Fluid compressor with aerostatic bearing, control system of a compressor with aerostatic bearing and method of controlling a compressor with aerostatic bearing
EP2122170B1 (en) Reciprocating compressor
JP2008255799A (ja) ロータリコンプレッサ及びその運転制御方法
US5152254A (en) Internal combustion engine for vehicles
JPH06221264A (ja) 往復動型圧縮機
RU2117821C1 (ru) Способ работы привода компрессора и устройство для его осуществления
KR100635441B1 (ko) 2행정 디젤 엔진의 기동, 제동, 및 역전 방법, 및 그 장치
US4492540A (en) Variable-displacement vane compressor with one or more ferromagnetic vanes
US4900237A (en) Rolling rotor motor balancing means
US4892467A (en) Balanced rolling rotor motor compressor
CN101737300B (zh) 具有永磁缓冲储能装置的直线压缩机
JP2001059475A (ja) コンプレッサ
CN2193431Y (zh) 无曲轴连杆发动机
CN112746961A (zh) 旋转式压缩机及具有其的冷冻循环装置
GB2067023A (en) Motor compressor
CN1004505B (zh) 电机功率与活塞行程无关的压缩机
CN215890206U (zh) 一种四冲程自由活塞发动机
SU1740782A1 (ru) Роторный компрессор
KR20020064838A (ko) 리니어 압축기
CN210087581U (zh) 计量泵蓄能装置
GB796226A (en) Internal combustion free-piston engine
RU2027897C1 (ru) Пневмомагнитный двигатель