RU2220323C1

RU2220323C1 - Compressor with hydraulic drive

Info

Publication number: RU2220323C1
Application number: RU2002110751A
Authority: RU
Inventors: М.З. Валитов; А.С. Федоров; Е.В. Рунов; Е.А. Майданов; П.А. Никитин; В.А. Моисеев
Original assignee: Государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Баррикады"; Закрытое акционерное общество "КОМПОМАШ-ТЭК"
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2003-12-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: invention relates to compressing facilities designed for delivering gases under high pressure. Proposed compressor contains opposite rigidly connected cylinders with intake and outlet valves. Pistons are secured on common rod. Limit switches secured on end faces of cylinders are made in form of rods and are interconnected through actuating mechanism of distributing device. Pump is connected with cylinder spaces through distributing device. At reciprocating of pistons alternate changing over of distributing device from one position to other is provided, thus pumping gas from one main to the other at higher pressure. EFFECT: simplified design, improved reliability in operation. 7 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к компрессорной технике для нагнетания газа под высоким давлением.The invention relates to the field of engineering, namely to compressor technology for pumping gas under high pressure.

Известен компрессор с гидравлическим приводом, взятый за прототип, содержащий оппозитно установленные и жестко соединенные между собой цилиндры, включающие газовые и гидравлические полости с впускными и выпускными клапанами и поршни, закрепленные на концах общего штока, насос, соединенный через распределительное устройство с исполнительным механизмом с гидравлическими полостями, конечные выключатели, установленные с возможностью взаимодействия с поршнями в крайнем их положении (см. Автомобильные газонаполнительные компрессорные станции. Обзорная информация. Серия ХМ 5, ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, М., 1986).A known compressor with a hydraulic drive, taken as a prototype, containing opposite mounted and rigidly interconnected cylinders, including gas and hydraulic cavities with inlet and outlet valves and pistons, fixed at the ends of a common rod, a pump connected through a switchgear with an actuator with hydraulic cavities, limit switches installed with the possibility of interaction with the pistons in their extreme position (see Automotive gas-filling compressor Antium. Overview. XM Series 5, TSINTIHIMNEFTEMASH, M., 1986).

Недостатком известного устройства является сложность конструкции вследствие использования электрогидравлической системы управления распределителем и с подводом дополнительной энергии для управления, что снижает надежность работы устройства.A disadvantage of the known device is the design complexity due to the use of an electro-hydraulic control system for the distributor and with the supply of additional energy for control, which reduces the reliability of the device.

Известен компрессор с гидроприводом, содержащий оппозитно установленные и жестко соединенные между собой цилиндры, включающие газовые и гидравлические полости с впускными и выпускными клапанами и поршни, закрепленные на концах общего штока, насос, соединенный через распределительное устройство с исполнительным механизмом с гидравлическими полостями, конечные выключатели, выполненные в виде штоков и установленные в сквозных отверстиях торцов цилиндров с возможностью взаимодействия с поршнями в крайнем их положении (GB 1359821 A, 10.07.1974).A known compressor with a hydraulic actuator, containing opposite mounted and rigidly interconnected cylinders, including gas and hydraulic cavities with inlet and outlet valves and pistons, fixed at the ends of the common rod, a pump connected through a switchgear with an actuator with hydraulic cavities, limit switches, made in the form of rods and installed in the through holes of the cylinder ends with the possibility of interaction with the pistons in their extreme position (GB 1359821 A, 07/10/1974).

Предлагаемым изобретением решается задача упрощения конструкции и повышения надежности работы устройства.The present invention solves the problem of simplifying the design and improving the reliability of the device.

Для достижения этого технического результата компрессор с гидроприводом, содержащий оппозитно установленные и жестко соединенные между собой цилиндры, включающие газовые и гидравлические полости с впускными и выпускными клапанами и поршни, закрепленные на концах общего штока, насос, соединенный через распределительное устройство с исполнительным механизмом с гидравлическими полостями, конечные выключатели, установленные с возможностью взаимодействия с поршнями в крайнем их положении, согласно изобретению штоки выключателей жестко связаны между собой и исполнительным механизмом распределителя, расположенного отдельно от цилиндров.To achieve this technical result, a hydraulic compressor containing opposite mounted and rigidly interconnected cylinders, including gas and hydraulic cavities with inlet and outlet valves and pistons, fixed at the ends of the common rod, a pump connected through a switchgear with an actuator with hydraulic cavities , limit switches, installed with the possibility of interaction with the pistons in their extreme position, according to the invention, the switch rods are rigid interconnected and the actuator distributor arranged separately from the cylinder.

Кроме того, штоки выключателей жестко связаны между собой и снабжены упором для взаимодействия с исполнительным механизмом распределителя.In addition, the rods of the switches are rigidly interconnected and provided with a stop for interaction with the actuator of the distributor.

Выключатели могут быть снабжены гидроцилиндрами, причем поршни гидроцилиндров соединены со штоками выключателей, а поршневые полости - с исполнительным механизмом распределителя.The switches can be equipped with hydraulic cylinders, and the pistons of the hydraulic cylinders are connected to the rods of the switches, and the piston cavities are connected to the actuator of the distributor.

Штоковые полости гидроцилиндров выключателей соединены с противоположными гидравлическими полостями компрессора, причем площадь сечения штока выключателя равна половине площади поршня.The rod cavities of the hydraulic cylinders of the switches are connected to opposite hydraulic cavities of the compressor, and the cross-sectional area of the switch rod is equal to half the area of the piston.

Исполнительный механизм распределителя выполнен в виде двуполостного гидроцилиндра, соединенного полостями со смежными поршневыми полостями гидроцилиндров выключателей.The actuator of the distributor is made in the form of a two-sheeted hydraulic cylinder connected by cavities to adjacent piston cavities of the hydraulic cylinders of the circuit breakers.

Штоки выключателей выполнены двухступенчатыми с образованием дополнительной штоковой полости, смежной с поршневой и сообщенной с атмосферой.The rods of the switches are made in two stages with the formation of an additional rod cavity adjacent to the piston and in communication with the atmosphere.

Насос соединен непосредственно с входом и выходом распределителя, а на входе и выходе насоса установлены газогидравлические демпферы.The pump is connected directly to the inlet and outlet of the distributor, and gas-hydraulic dampers are installed at the inlet and outlet of the pump.

В предлагаемом устройстве отсутствует электрическая схема. Для управления распределительным устройством используют усилие, создаваемое в газовой полости при ее заполнении. Конечные выключатели выполнены разгруженными, усилие управления ими - минимальное.In the proposed device there is no electrical circuit. To control the switchgear, the force created in the gas cavity when it is filled is used. Limit switches are unloaded, the control effort is minimal.

На фиг. 1 представлена схема общего вида устройства с конечными выключателями в виде жестко соединенных штоков;In FIG. 1 is a diagram of a general view of a device with limit switches in the form of rigidly connected rods;

на фиг.2 представлена схема соединения полостей гидроцилиндров конечных выключателей с исполнительным механизмом распределителя;figure 2 presents the connection diagram of the cavities of the hydraulic cylinders of the limit switches with the actuator of the distributor;

на фиг.3 - схема соединения полостей гидроцилиндров конечных выключателей с гидравлическими полостями компрессора;figure 3 - connection diagram of the cavities of the hydraulic cylinders of the limit switches with the hydraulic cavities of the compressor;

на фиг.4 - выносной элемент на фиг.2;figure 4 - remote element in figure 2;

на фиг.5. - выполнение выключателя с двухступенчатым штоком;figure 5. - implementation of the switch with a two-stage rod;

на фиг.6 - вариант выполнения компрессора без бака с газовыми демпферами.6 is an embodiment of a compressor without a tank with gas dampers.

Компрессор содержит оппозитно установленные и жестко соединенные между собой цилиндры 1 и 2 (фиг.1), включающие газовые полости 3 и 4 и гидравлические полости 5 и 6 соответственно. Поршни 7 и 8 закреплены на концах общего штока 9. Гидравлические полости 5 и 6 соединены через распределительное устройство 10 с исполнительным механизмом 11 с насосом 12 и с баком 13. Конечные выключатели выполнены в виде штоков 14 и 15 и установлены в сквозных отверстиях смежных торцов 16 и 17 полостей 5 и 6 соответственно, с возможностью взаимодействия с поршнями 7 и 8 в их крайнем положении.The compressor contains the opposite mounted and rigidly interconnected cylinders 1 and 2 (figure 1), including gas cavities 3 and 4 and hydraulic cavities 5 and 6, respectively. Pistons 7 and 8 are fixed at the ends of the common rod 9. The hydraulic cavities 5 and 6 are connected through a switchgear 10 with an actuator 11 with a pump 12 and a tank 13. The limit switches are made in the form of rods 14 and 15 and are installed in through holes of adjacent ends 16 and 17 cavities 5 and 6, respectively, with the possibility of interaction with the pistons 7 and 8 in their extreme position.

Штоки 14 и 15 жестко соединены между собой и снабжены упором 18, выполненным, например, в виде рукоятки, для взаимодействия с исполнительным механизмом 11 распределительного устройства 10.The rods 14 and 15 are rigidly interconnected and provided with a stop 18, made, for example, in the form of a handle, for interaction with the actuator 11 of the switchgear 10.

Газовые полости 3 и 4 соединены через всасывающие клапаны 19 и 20 и нагнетательные клапаны 21 и 22 со всасывающей и нагнетательной магистралями 23 и 24 соответственно.Gas cavities 3 and 4 are connected through suction valves 19 and 20 and discharge valves 21 and 22 with suction and discharge lines 23 and 24, respectively.

Для обеспечения возможности расположения распределительного устройства 10 (фиг.2) отдельно от цилиндров 1 и 2 конечные выключатели снабжены гидроцилиндрами 25 и 26, поршни 27 и 28 которых кинематически связаны со штоками 14 и 15. Поршневые полости 29 и 30 гидроцилиндров 25 и 26 соединены со смежными полостями 31 и 32 соответственно исполнительного механизма распределителя 10, выполненного, например, в виде двуполостного гидроцилиндра 33 с поршнем 34.To ensure the possibility of arranging the switchgear 10 (Fig. 2) separately from the cylinders 1 and 2, the limit switches are equipped with hydraulic cylinders 25 and 26, the pistons 27 and 28 of which are kinematically connected with the rods 14 and 15. The piston cavities 29 and 30 of the hydraulic cylinders 25 and 26 are connected to adjacent cavities 31 and 32, respectively, of the actuator of the distributor 10, made, for example, in the form of a two-cavity hydraulic cylinder 33 with a piston 34.

Для снижения усилия перемещения штоков 14 и 15 (фиг. 3 и 4) штоковая полость 35 гидроцилиндра 25 соединена с гидравлической полостью 6, а штоковая полость 36 гидроцилиндра 26 соединена с гидравлической полостью 5 компрессора.To reduce the effort of moving the rods 14 and 15 (FIGS. 3 and 4), the rod cavity 35 of the hydraulic cylinder 25 is connected to the hydraulic cavity 6, and the rod cavity 36 of the hydraulic cylinder 26 is connected to the hydraulic cavity 5 of the compressor.

Для снижения давления в полостях исполнительного механизма 33 (фиг. 5) при одновременном увеличении объема поршневых полостей 29 и 30 гидроцилиндров 25 и 26 штоки 14 и 15 выполнены двухступенчатые с образованием дополнительных штоковых полостей 37 и 38 соответственно, соединенных с атмосферой.To reduce the pressure in the cavities of the actuator 33 (Fig. 5) while increasing the volume of the piston cavities 29 and 30 of the hydraulic cylinders 25 and 26, the rods 14 and 15 are made two-stage with the formation of additional rod cavities 37 and 38, respectively, connected to the atmosphere.

Для предотвращения возникновения пульсаций давления на выходе насоса 12 (фиг. 6) и вакуума на его входе при реверсе поршней 7 и 8 насос 12 непосредственно связан со входом и выходом распределителя 10 (на фиг.6 не указаны), а всасывающая и нагнетательная линии (на фиг.6 не указаны) насоса 12 снабжены газожидкостными демпферами (компенсаторами) 38 и 39 соответственно, газовые полости 40 и 41 которых предварительно заполняют рабочим газом, например природным.To prevent pressure pulsations at the outlet of the pump 12 (Fig. 6) and vacuum at its inlet when the pistons 7 and 8 are reversed, the pump 12 is directly connected to the inlet and outlet of the distributor 10 (not shown in Fig. 6), and the suction and discharge lines ( 6 are not indicated) the pump 12 is equipped with gas-liquid dampers (compensators) 38 and 39, respectively, whose gas cavities 40 and 41 are pre-filled with working gas, for example natural.

Компрессор с гидроприводом работает следующим образом.A hydraulic compressor operates as follows.

При включении насоса 12 жидкость подают, например, в полость 5. При этом поршень 7 перемещается в крайнее левое положение, увлекая поршень 8 на штоке 9. В это время газ под давлением 15-20 МПа из магистрали 23 через обратный клапан 19 поступает в газовую полость 3. При занятии поршнем 7 своего крайнего левого положения поршень 8 утапливает шток 15, переключая упором 18 исполнительный механизм 11 распределительного устройства 10. Затем жидкость насосом 12 подается в полость 6. При заполнении жидкостью полости 6 поршень 8 перемещается вправо, увлекая за собой шток 9 и поршень 7. В это время происходит всасывание газа под давлением 15-20 МПа из магистрали 23 через обратный клапан 20. Одновременно происходит сжатие газа в полости 3, в результате чего газ, закрывая клапан 19, из полости 3 через клапан 21 поступает под давлением 25-32 МПа в магистраль 24. При достижении поршнем 8 крайнего правого положения поршень 7 утапливает шток 14, взаимодействуя упором 18 с исполнительным механизмом 11 и переключая распределительное устройство 10.When the pump 12 is turned on, the liquid is supplied, for example, into the cavity 5. At the same time, the piston 7 moves to the extreme left position, entraining the piston 8 on the stem 9. At this time, gas under pressure of 15-20 MPa from the line 23 enters the gas through the check valve 19 cavity 3. When the piston 7 occupies its extreme left position, the piston 8 sinks the rod 15, switching the actuator 11 of the switchgear 10 with a stop 18. Then, the liquid 12 is pumped into the cavity 6. With the liquid 6 filling the piston 6, the piston 8 moves to the right, entraining rod 9 and piston 7. At this time, gas is sucked in under pressure of 15-20 MPa from line 23 through a non-return valve 20. At the same time, gas is compressed in cavity 3, as a result of which gas, closing valve 19, flows from cavity 3 through valve 21 under a pressure of 25-32 MPa to the line 24. When the piston 8 reaches the extreme right position, the piston 7 sinks the rod 14, interacting with the stop 18 with the actuator 11 and switching the switchgear 10.

Далее цикл повторяется.Next, the cycle repeats.

Таким образом, при возвратно-поступательном движении поршней 7 и 8 меняется положение исполнительного механизма 11 и осуществляется поочередное переключение распределительного устройства 10 из одного положения в другое, обеспечивая перекачку газа из магистрали 23 в магистраль 24 под более высоким давлением.Thus, with the reciprocating movement of the pistons 7 and 8, the position of the actuator 11 changes and the switchgear 10 is alternately switched from one position to another, providing gas transfer from the line 23 to the line 24 under higher pressure.

При снабжении выключателей гидроцилиндрами 25 и 26 поршень 7, перемещаясь вправо, в своем крайнем правом положении он взаимодействует со штоком 14, перемещая одновременно и поршень 27 гидроцилиндра 25, при этом жидкость полости 29 перетекает в полость 31 исполнительного механизма 33, перемещая поршень 34 вправо и переключая распределительное устройство 10. При перемещении поршня 8 влево он в своем крайнем левом положении взаимодействует со штоком 15, перемещая одновременно поршень 28 гидроцилиндра 26, при этом жидкость из полости 30 перетекает в полость 32 исполнительного механизма 33. При этом жидкость из полости 31 исполнительного механизма 33 поступает в поршневую полость 29 гидроцилиндра 25, перемещая поршень 27 со штоком 14 в исходное положение и переключая распределительное устройство 10.When supplying the circuit breakers with hydraulic cylinders 25 and 26, the piston 7, moving to the right, in its extreme right position, interacts with the rod 14, simultaneously moving the piston 27 of the hydraulic cylinder 25, while the fluid of the cavity 29 flows into the cavity 31 of the actuator 33, moving the piston 34 to the right and switching the switchgear 10. When moving the piston 8 to the left, it interacts with the rod 15 in its extreme left position, while simultaneously moving the piston 28 of the hydraulic cylinder 26, while the fluid from the cavity 30 flows into the cavity l 32 actuator 33. In this case, the fluid from the cavity 31 of the actuator 33 enters the piston cavity 29 of the hydraulic cylinder 25, moving the piston 27 with the rod 14 to its original position and switching the switchgear 10.

Таким образом, при возвратно-поступательном движении поршней 7 и 8 меняется положение поршня 34 исполнительного механизма 33, в результате чего происходит переключение распределителя 10 из одного положения в другое, обеспечивая перекачку газа из магистрали 24 в магистраль 23 под более высоким давлением.Thus, with the reciprocating movement of the pistons 7 and 8, the position of the piston 34 of the actuator 33 changes, as a result of which the distributor 10 switches from one position to another, allowing gas to be pumped from line 24 to line 23 under higher pressure.

Рассмотрим работу компрессора с разгруженными гидроцилиндрами 25 и 26 (фиг.3 и 4).Consider the operation of the compressor with the unloaded hydraulic cylinders 25 and 26 (figure 3 and 4).

При выполнении площади сечения штока 14 и 15 равной половине площади поршня 27 и 28 соответственно усилие на поршни 27 и 28 одинаково и складывается из усилия на штоки 14, 15 и на поверхность поршней 27, 28 со стороны штоковых полостей 35 и 36, поэтому для перемещения штоков 14 и 15 со стороны поршней 7 и 8 соответственно оно определяется лишь силой трения в уплотнительных элементах гидроцилиндров 25, 26 и 33.When the cross-sectional area of the rod 14 and 15 is equal to half the area of the piston 27 and 28, respectively, the force on the pistons 27 and 28 is the same and consists of the force on the rods 14, 15 and on the surface of the pistons 27, 28 from the side of the rod cavities 35 and 36, therefore, to move rods 14 and 15 from the side of the pistons 7 and 8, respectively, it is determined only by the friction force in the sealing elements of the hydraulic cylinders 25, 26 and 33.

Выполняя штоки 14 и 15 (фиг.5) двухступенчатыми, с образованием дополнительных штоковых полостей 37 и 38, сообщенных с атмосферой, уменьшают давление в поршневых полостях 29 и 30 с одновременным увеличением объема полостей 29, 30 и 31 и 32. Это снижает утечки жидкости и позволяет сохранять работоспособность конструкции при незначительных утечках.Performing the rods 14 and 15 (figure 5) two-stage, with the formation of additional rod cavities 37 and 38, connected with the atmosphere, reduce the pressure in the piston cavities 29 and 30 with a simultaneous increase in the volume of the cavities 29, 30 and 31 and 32. This reduces fluid leakage and allows you to maintain the design with minor leaks.

При установке на всасывающей и нагнетательной линиях насоса 12 (фиг.6) газогидравлических демпферов 39 и 40 гидропривод компрессора может быть выполнен замкнутым без бака 13. Кроме того, при реверсе поршней 7 и 8, когда скорость штока 9 равна нулю, исключаются пульсации давления на выходе и кавитация на входе насоса 12. Газовые полости 41 и 42 демпферов 39 и 40 предварительно заполняются рабочей средой, например природным газом, что позволяет повысить надежность и безопасность работы компрессора.When gas-hydraulic dampers 39 and 40 are installed on the suction and discharge lines of pump 12 (Fig. 6), the compressor hydraulic drive can be closed without tank 13. In addition, when the pistons 7 and 8 are reversed, when the rod 9 speed is zero, pressure pulsations on the outlet and cavitation at the inlet of the pump 12. The gas cavities 41 and 42 of the dampers 39 and 40 are pre-filled with a working medium, for example natural gas, which improves the reliability and safety of the compressor.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет существенно упростить конструкцию и повысить надежность работы компрессора с гидроприводом.Thus, the proposed technical solution can significantly simplify the design and increase the reliability of the compressor with hydraulic drive.

Claims

1. Hydraulic-driven compressor cylinder containing opposed and rigidly interconnected cylinders, including gas and hydraulic cavities with inlet and outlet valves and pistons, fixed at the ends of a common rod, a pump connected through a switchgear to an actuator with hydraulic cavities, limit switches made in the form of rods installed in the through holes of the ends of the cylinders, with the possibility of interaction with the pistons in their extreme position, characterized in that the rods in breakers are rigidly interconnected and the actuator distributor arranged separately from the cylinder.

2. The hydraulic compressor according to claim 1, characterized in that the switch rods are provided with a stop for interaction with the actuator of the distributor.

3. The hydraulic compressor according to claim 1, characterized in that the switches are equipped with hydraulic cylinders, the pistons of the hydraulic cylinders connected to the rods of the switches and the piston cavities to the actuator of the distributor.

4. The hydraulic compressor according to claim 3, characterized in that the rod cavities of the hydraulic cylinders of the switches are connected to opposite hydraulic cavities of the compressor, and the cross-sectional area of the switch rod is equal to half the area of the piston.

5. A hydraulic compressor according to claim 4, characterized in that the actuator of the distributor is made in the form of a two-cavity hydraulic cylinder connected by cavities to adjacent piston cavities of the circuit breakers.

6. The hydraulic compressor according to claim 4, characterized in that the switch rods are made in two stages with the formation of an additional rod cavity adjacent to the piston and in communication with the atmosphere.

7. The hydraulic compressor according to claim 1, characterized in that the pump is connected directly to the inlet and outlet of the distributor, and gas-hydraulic dampers are installed at the inlet and outlet of the pump.