RU2370670C1

RU2370670C1 - System to force gas into gap of compressor contactless cylinder-piston pair and double-action compressor with said system

Info

Publication number: RU2370670C1
Application number: RU2008119281/06A
Authority: RU
Inventors: Игорь Николаевич Федоренко (RU); Игорь Николаевич Федоренко; Владимир Игоревич Федоренко (RU); Владимир Игоревич Федоренко
Original assignee: Игорь Николаевич Федоренко; Владимир Игоревич Федоренко
Priority date: 2008-05-16
Filing date: 2008-05-16
Publication date: 2009-10-20

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: proposed system feed gas into sealed gap between compressor cylinder and piston from additional compression chamber arranged as close to the said gap as possible. Separate compression chamber is formed by additional cylinder-piston pair arranged inside the main one. Aforesaid separate chambers are located concentrically with respect to working compression chambers, inside or outside them, and connected also to the compressor suction system via, for example, contactless intake valve formed by mating elements of the piston and intake opening. Gas seal of valve clearance is ensured by aforesaid separate chamber with similar counter backflow. Aforesaid back flows seal the working compression chamber to prevent gas seals and effects gas transfer to consumers with no losses.

EFFECT: higher efficiency and quality, longer life, simple design.

2 cl, 8 dwg

Description

Группа изобретений относится к области компрессоростроения и может быть использована в различных отраслях для сжатия и подачи потребителю газообразного рабочего тела под давлением, в частности, в силовых установках автомобилей в качестве поршневых компрессоров.The group of inventions relates to the field of compressor engineering and can be used in various industries for compression and supply to the consumer a gaseous working fluid under pressure, in particular, in power plants of automobiles as reciprocating compressors.

Задача, реализуемая группой изобретений, направлена на создание компактных, экономичных в изготовлении и работе поршневых компрессоров с повышенной производительностью нагнетания чистых газов путем исключения непроизводительного расхода и потерь нагнетаемого рабочего тела и использования высокоэффективных с расширенными функциями систем газового уплотнения и/или подвеса их бесконтактных цилиндропоршневых пар.The task carried out by the group of inventions is aimed at creating compact, economical in the manufacture and operation of reciprocating compressors with increased productivity of pumping clean gases by eliminating unproductive consumption and losses of the injected working fluid and using highly efficient gas-seal systems and / or suspension of their non-contact cylinder-piston pairs .

Известны системы для нагнетания газа в зазор бесконтактной цилиндропоршневой пары компрессора, представляющие собой накопительную полость, расположенную в цилиндре (RU 2120062, 1998 г.) или в поршне (SU 947465, 1982 г.; RU 2098661, 1997 г.), куда из рабочей камеры сжатия отбирается часть нагнетаемого газа, и каналы для дальнейшего дросселирования этого газа из накопительной полости в зазор между цилиндром и поршнем с целью обеспечения уплотнения между ними и центрирования поршня.Known systems for pumping gas into the gap of a non-contact cylinder-piston pair of the compressor, representing a storage cavity located in the cylinder (RU 2120062, 1998) or in the piston (SU 947465, 1982; RU 2098661, 1997), where from the working a part of the injected gas is taken away from the compression chamber, and channels for further throttling of this gas from the storage cavity into the gap between the cylinder and the piston in order to provide a seal between them and center the piston.

Основной недостаток таких систем связан с использованием для подачи в зазор отбираемого из рабочей камеры сжатия нагнетаемого газа, т.к., во-первых, это приводит к необходимости непроизводительного расхода нагнетаемого тела, а во-вторых, усугубляет тепловой режим работы цилиндропоршневой пары, чем обуславливает усложнения как в самой системе, например в аналоге по SU 947465 - это дополнительные узлы и элементы для предварительного охлаждения газа; так и в конструкции компрессора в целом: в аналоге по RU 2098661 усложнена конструкция цилиндра, он выполнен в коническом корпусе из термостойкого материала. К тому же системы-аналоги не способны препятствовать утечкам нагнетаемого тела (газа), а из-за зависимости эффективности системы от давления нагнетания в период запуска компрессора, когда давление газа в системе недостаточно, может возникнуть пауза и/или неустойчивый режим в их работе.The main disadvantage of such systems is associated with the use of injection gas taken from the working chamber for feeding into the gap, because, firstly, this leads to the need for unproductive consumption of the injected body, and secondly, it aggravates the thermal operation of the cylinder-piston pair, which causes complications as in the system itself, for example, in the analogue according to SU 947465 - these are additional units and elements for preliminary cooling of the gas; and in the design of the compressor as a whole: in the analogue to RU 2098661, the design of the cylinder is complicated, it is made in a conical body made of heat-resistant material. In addition, analog systems are not able to prevent leaks of the injected body (gas), and due to the dependence of the system's efficiency on the discharge pressure during the compressor startup period, when the gas pressure in the system is insufficient, a pause and / or unstable mode of operation can occur.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемой является система для нагнетания газа в зазор бесконтактной цилиндропоршневой пары компрессора (RU 2154190, 2000г.), содержащая отдельно отстоящую, автономную от рабочей, камеру сжатия, сообщающуюся с источником питания, и радиальные дроссельные каналы, выполненные в поршне с выходом в зазор и эту камеру. В нем автономная камера сжатия образована дополнительной цилиндропоршневой парой, размещенной на значительном удалении от радиальных каналов в поршне, выходящих в требуемый зазор, и сообщается с ними через внутренний канал в поршне и штоке дополнительной цилиндропоршневой пары и накопительную полость, расположенную внутри основного поршня (RU 2154190C1, 10.08.2000). Такое выполнение системы снижает ее эффективность из-за путевых потерь давления при передачи его от автономной камеры сжатия в зазор. Эта система, так же как и предыдущие аналоги, не способна обеспечить встречный подпор газовым утечкам из рабочей камеры и в конструкции компрессора с такой системой приходится предусматривать дополнительные уплотнительные средства для предотвращения утечек нагнетаемого тела. Автономная камера сжатия системы в прототипе подключена к отдельному источнику питания или может быть подключена к рабочей камере сжатия компрессора. В последнем случае прототипу будут присущи еще и перечисленные выше недостатки предыдущих аналогов.The closest analogue (prototype) of the proposed is a system for pumping gas into the gap of a non-contact cylinder-piston pair of a compressor (RU 2154190, 2000), containing a separately-separated compression chamber communicating with the power source and radial throttle channels made in the piston with access to the gap and this camera. In it, an autonomous compression chamber is formed by an additional cylinder-piston pair located at a considerable distance from the radial channels in the piston that go into the required clearance, and communicates with them through the internal channel in the piston and the rod of the additional cylinder-piston pair and the storage cavity located inside the main piston (RU 2154190C1 , 08/10/2000). This embodiment of the system reduces its effectiveness due to traveling pressure losses when transferring it from an autonomous compression chamber to the gap. This system, as well as the previous analogues, is not able to provide oncoming back-up to gas leaks from the working chamber and in the design of the compressor with such a system it is necessary to provide additional sealing means to prevent leakage of the injected body. The stand-alone compression chamber of the system in the prototype is connected to a separate power source or can be connected to a working compressor compression chamber. In the latter case, the prototype will also have the above disadvantages of the previous analogues.

Технический результат, получаемый при использовании данного изобретения, состоит в повышении эффективности работы системы и расширении ее функциональных возможностей за счет подачи в зазор газа без потери давления нагнетания путем максимально возможного приближения автономной камеры сжатия этой системы к зоне выхода газа в зазор и обеспечения встречного подпора вероятным утечкам рабочего тела в зоне зазора.The technical result obtained by using the present invention is to increase the efficiency of the system and expand its functionality by supplying gas to the gap without losing the discharge pressure by maximizing the autonomous compression chamber of this system as close to the gas exit zone into the gap and providing back pressure as possible leaks of the working fluid in the gap zone.

Для достижения технического результата в системе для нагнетания газа в зазор бесконтактной цилиндропоршневой пары компрессора, образующей его рабочую камеру сжатия, содержащей радиальные дроссельные каналы, выполненные в поршне с выходом в зазор, и образованную дополнительной цилиндропоршневой парой автономную камеру сжатия газа, сообщающуюся с этими каналами и источником питания, согласно изобретению автономная камера сжатия образована дополнительной цилиндропоршневой парой, которая расположена внутри основной цилиндропоршневой пары компрессора и цилиндром, в которой является замкнутая полость в торце поршня основной цилиндропоршневой пары, а поршнем - ответный выступ, предусмотренный в крышке цилиндра этой пары.To achieve a technical result in a system for injecting gas into the gap of a non-contact cylinder-piston pair of a compressor, forming its working compression chamber, containing radial throttle channels made in the piston with an exit to the gap, and an autonomous gas compression chamber formed by an additional cylinder-piston pair communicating with these channels and the power source, according to the invention, an autonomous compression chamber is formed by an additional cylinder-piston pair, which is located inside the main cylinder-piston a pair of compressor and the cylinder, in which a closed cavity in the end of the main cylinder-piston pairs, and the piston - a response protrusion provided in the cylinder cover of the pair.

Снабжение системы своей (автономной от рабочей) камерой сжатия, максимально приближенной к обслуживаемому зазору, снимает зависимость эффективности этой системы от работы рабочей камеры компрессора, позволяет свести к минимуму коммуникационную сеть каналов и потери в ней, создать встречный нагнетаемому рабочему телу газовый подпор его вероятным утечкам в зоне зазора, способствует созданию экономичных, компактных и производительных поршневых компрессоров.Supplying the system with its own (independent from the working) compression chamber, which is as close as possible to the serviced gap, removes the dependence of the efficiency of this system on the operation of the compressor working chamber, allows to minimize the communication network of channels and losses in it, and to create a gas backwater against the pumped working fluid that is likely to leak in the clearance zone, contributes to the creation of economical, compact and productive reciprocating compressors.

Известен компрессор двойного действия (RU 2098662, 1997 г.), содержащий подключенную к клапанным системам всасывания и нагнетания бесконтактную цилиндропоршневую пару, содержащую цилиндр и поршень, перемещающийся в нем с образованием двух попеременно действующих оппозитно расположенных рабочих камер сжатия, а также систему для нагнетания газа в зазор его цилиндропоршневой пары. В нем поршень выполнен в виде соединенных с помощью промежуточного штока пустотелых втулок и возвратно-поступательно перемещается внутри цилиндра под действием приводного кривошипно-ползунного механизма, а система нагнетания газа в зазор образована радиальными дроссельными каналами, выполненными в боковой стенке поршня с выходом в зазор, и двумя накопительными полостями в поршне, в которые из рабочих камер сжатия отбирается часть нагнетаемого тела. (RU 2098662, 10.12.1998).A double-acting compressor is known (RU 2098662, 1997), comprising a non-contact cylinder-piston pair connected to valve suction and discharge systems, comprising a cylinder and a piston moving in it with the formation of two alternately operating opposed working compression chambers, as well as a gas injection system into the gap of its cylinder-piston pair. In it, the piston is made in the form of hollow bushes connected by an intermediate rod and moves reciprocally inside the cylinder under the action of a crank-slide mechanism, and the gas injection system into the gap is formed by radial throttle channels made in the side wall of the piston with access to the gap, and two cumulative cavities in the piston, into which part of the injected body is taken from the working compression chambers. (RU 2098662, 10.12.1998).

При работе компрессора газ, подаваемый в зазор из рабочей камеры сжатия через промежуточную накопительную полость в поршне, предназначен для обеспечения подвеса поршня, однако не создает подпора, встречного утечкам нагнетаемого тела, а выполнение поршня и приводного механизма для его перемещения, принятое в этом аналоге, обуславливает громоздкость и конструктивную усложненность компрессора, ограничивающих его использование. Но к основному недостатку таких компрессоров следует отнести использование низкоэффективной системы для нагнетания газа в зазор бесконтактной цилиндропоршневой пары, что в результате приводит к снижению выходных рабочих параметров компрессоров.When the compressor is operating, the gas supplied to the gap from the compression chamber through the intermediate storage cavity in the piston is designed to provide a suspension of the piston, however, it does not create a backwater counter to leakages of the injected body, and the implementation of the piston and the drive mechanism for moving it, adopted in this analogue, causes the bulkiness and design complexity of the compressor, limiting its use. But the main disadvantage of such compressors is the use of a low-efficiency system for pumping gas into the gap of a non-contact cylinder-piston pair, which as a result leads to a decrease in the output operating parameters of the compressors.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого компрессора по числу совпадающих существенных признаков является компрессор двойного действия (RU 2154190, 2000 г.), содержащий клапанные системы всасывания и нагнетания газа, основную бесконтактную цилиндропоршневую пару, имеющую цилиндр с торцевыми крышками и поршень, перемещающийся в нем под действием приводного механизма с образованием двух оппозитных попеременно действующих рабочих камер сжатия, подключенных к системам всасывания и нагнетания, а также систему для нагнетания газа в упомянутый зазор между этими цилиндром и поршнем от автономной камеры сжатия через радиальные дроссельные каналы в поршне.The closest analogue (prototype) of the proposed compressor by the number of matching essential features is a double-acting compressor (RU 2154190, 2000), containing valve systems for suction and discharge of gas, the main non-contact cylinder-piston pair having a cylinder with end caps and a piston moving in it under the action of the drive mechanism with the formation of two opposing alternately operating working compression chambers connected to suction and discharge systems, as well as a system for pumping gas into omyanuty gap between the cylinder and the piston of the battery through the radial compression chamber throttle channels in the piston.

В прототипе цилиндрической формы поршень имеет внутреннюю полость, сообщающуюся с автономной камерой сжатия, которая образована дополнительной цилиндропоршневой парой. Цилиндр этой дополнительной пары закреплен неподвижно на торцевой крышке основного цилиндра снаружи, а поршень посредством штока закреплен также снаружи, на торце основного поршня и перемещается внутри своего цилиндра под действием перемещения основного поршня. Газ в автономную камеру сжатия может подаваться от отдельного источника и в фазе нагнетания по сквозному осевому каналу, выполненному в поршне этой пары и его штоке, поступает во внутреннюю накопительную полость основного поршня, а затем через радиальные каналы в стенке поршня - в требуемый зазор для обеспечения подвеса поршня.In the prototype of a cylindrical shape, the piston has an internal cavity in communication with an autonomous compression chamber, which is formed by an additional cylinder-piston pair. The cylinder of this additional pair is fixedly mounted on the end cover of the main cylinder from the outside, and the piston is also fixed by means of the rod from the outside, at the end of the main piston and moves inside its cylinder under the action of the movement of the main piston. Gas can be supplied to a stand-alone compression chamber from a separate source and in the injection phase through a through axial channel made in the piston of this pair and its rod, enters the internal storage cavity of the main piston, and then through the radial channels in the piston wall to the required clearance to ensure suspension of the piston.

К недостаткам прототипа следует отнести громоздкость и конструктивную усложненность компрессора, обусловленные громоздкостью приводного механизма, системой для нагнетания сжатого газа в зазор с накопительной полостью в поршне, значительно отдаленной от зазора автономной камерой сжатия и вызванной этим протяженной сетью коммуникационных каналов.The disadvantages of the prototype include the bulkiness and design complexity of the compressor, due to the bulkiness of the drive mechanism, a system for injecting compressed gas into the gap with an accumulation cavity in the piston, a self-contained compression chamber far removed from the gap and caused by the extended network of communication channels.

Другим его недостатком является недостаточная эффективность и функциональность системы для нагнетания газа в зазор: она не обеспечивает встречного подпора вероятным утечкам нагнетаемого тела компрессора в зоне зазора, поэтому в нем приходится использовать дополнительные уплотнительные средства, размещение которых в цилиндропоршневой паре усложняет и утяжеляет ее, может явиться причиной снижения ресурса работы компрессора. Выполнение системы нагнетания газа в зазор с одной односторонне расположенной автономной камерой сжатия, накопительной полостью в поршне, протяженной сетью коммуникационных каналов и потерей давления на входе накопительной полости требует работы этой камеры с повышенной мощностью. В результате в прототипе снижены экономичность и КПД, качество и ресурс работы компрессора, ограничена область его использования.Another drawback is the lack of efficiency and functionality of the system for pumping gas into the gap: it does not provide counter pressure to possible leaks of the compressor compressor body in the gap zone, therefore, it is necessary to use additional sealing means in it, the placement of which in the cylinder-piston pair complicates and complicates it, may cause a decrease in compressor service life. The implementation of the gas injection system into the gap with one single-sided autonomous compression chamber, a storage cavity in the piston, an extended network of communication channels and pressure loss at the inlet of the storage cavity requires the operation of this chamber with increased power. As a result, the prototype reduced efficiency and efficiency, the quality and life of the compressor, limited scope of its use.

Технический результат, получаемый от реализации этого изобретения, состоит в повышении производительности, качества и ресурса работы поршневого компрессора непрерывного действия путем предотвращения утечек нагнетаемого рабочего тела и непроизводительного его расхода; в конструктивном упрощении и обеспечении компактности компрессора.The technical result obtained from the implementation of this invention is to increase the productivity, quality and service life of a continuous piston compressor by preventing leakage of the pumped working fluid and its unproductive flow rate; in structural simplification and compactness of the compressor.

Заявленный технический результат достигается тем, что компрессор двойного действия, содержащий клапанные системы всасывания и нагнетания газа, основную бесконтактную цилиндропоршневую пару, имеющую цилиндр с торцевыми крышками и поршень, перемещающийся в нем под действием приводного механизма с образованием двух оппозитных попеременно действующих рабочих камер сжатия, подключенных к системам всасывания и нагнетания, а также систему для нагнетания газа в зазор между этими цилиндром и поршнем от автономной камеры сжатия через радиальные дроссельные каналы в поршне, согласно изобретению снабжен второй системой для нагнетания газа в упомянутый зазор, размещенной оппозитно первой, и обе системы выполнены обеспечивающими встречный газовый подпор нагнетаемому рабочему телу в зоне этого зазора, причем автономная камера сжатия каждой из систем образована дополнительной цилиндропоршневой парой, размещенной внутри основной цилиндропоршневой пары, расположена концентрично рабочей камере сжатия, внутри ее или снаружи, и подключена к системе всасывания, и при этом концентричные друг другу рабочая и автономная камеры сжатия подключены своими входами к впускному окну системы всасывания, например, через бесконтактный впускной клапан таким образом, что в фазе нагнетания на входе рабочей камеры потоком сжатого газа из автономной камеры в зазор клапана обеспечивается встречный подпор нагнетаемому рабочему телу в этой зоне.The claimed technical result is achieved in that a double-acting compressor containing valve systems for suction and discharge of gas, the main non-contact cylinder-piston pair having a cylinder with end caps and a piston moving in it under the action of a drive mechanism with the formation of two opposing alternately operating compression chambers connected to suction and discharge systems, as well as a system for pumping gas into the gap between these cylinders and pistons from an autonomous compression chamber through a radial According to the invention, the throttle channels in the piston are equipped with a second system for injecting gas into the said gap, placed opposite the first, and both systems are designed to provide oncoming gas support to the pumped working fluid in the zone of this gap, and the autonomous compression chamber of each of the systems is formed by an additional cylinder-piston pair, located inside the main cylinder-piston pair, is located concentrically to the working compression chamber, inside or outside, and is connected to the suction system, and the concentrator The working and autonomous compression chambers, which are opposite each other, are connected by their inputs to the inlet window of the suction system, for example, through a non-contacting inlet valve in such a way that, in the pumping phase, at the inlet of the working chamber, compressed gas flows from the autonomous chamber into the valve clearance and provides back pressure to the pumped working fluid this zone.

В частных случаях исполнения дополнительные отличия заключаются в том, что:In special cases of execution, additional differences are that:

- поршень основной цилиндропоршневой пары выполнен в виде диска со ступицей, которой он установлен на вращающемся приводном валу с возможностью вращения вместе с ним, и механизмом линейного перемещения поршня служит неподвижно закрепленный на крышке цилиндра шип с роликом, взаимодействующий с криволинейным пазом на ступице;- the piston of the main piston-cylinder pair is made in the form of a disk with a hub, with which it is mounted on a rotating drive shaft with the possibility of rotation with it, and a piston with a roller fixed to the cylinder cover interacting with a curved groove on the hub serves as a linear piston movement mechanism;

- цилиндр дополнительной цилиндропоршневой пары образован наружной поверхностью ступицы и кольцевым выступом на основном поршне;- the cylinder of the additional cylinder-piston pair is formed by the outer surface of the hub and an annular protrusion on the main piston;

- бесконтактный впускной клапан системы всасывания образован взаимодействующими внутренними стенками впускного окна системы, расположенного при этом в торцевой крышке основного цилиндра параллельно дополнительной цилиндропоршневой паре, и наружной стенки цилиндра этой пары, снабженной рядом сквозных отверстий, при этом для обеспечения встречного подпора в зоне зазора клапана на стенке цилиндра имеется поднутрение;- the non-contact intake valve of the suction system is formed by the interacting internal walls of the intake window of the system, which is located in this case in the end cover of the main cylinder parallel to the additional cylinder-piston pair, and the outer wall of the cylinder of this pair, equipped with a number of through holes, in order to provide counter pressure in the valve clearance zone by the cylinder wall has an undercut;

- на боковой поверхности основного поршня по месту выхода радиальных дроссельных каналов выполнены кольцевые выемки;- on the side surface of the main piston at the place of exit of the radial throttle channels, annular recesses are made;

- торцевые крышки цилиндра основной цилиндропоршневой пары выполнены в виде клапанных плит.- end caps of the cylinder of the main cylinder-piston pair are made in the form of valve plates.

На фиг.1 и 2 дана схема предлагаемой системы нагнетания газа в зазор (пример) в фазе всасывания и нагнетания соответственно; на фиг.3 - общий вид предлагаемого компрессора двойного действия в разрезе, пример; на фиг.4,5,6 - вариант исполнения компрессора (пример), в двух крайних и промежуточном положениях поршня; на фиг.7 - поршень в изометрии; на фиг.8 - пример взаимного размещения камер сжатия.Figure 1 and 2 shows a diagram of the proposed system for pumping gas into the gap (example) in the suction and discharge phases, respectively; figure 3 is a General view of the proposed double-acting compressor in section, an example; in Fig.4,5,6 - embodiment of the compressor (example), in two extreme and intermediate positions of the piston; Fig.7 - isometric piston; on Fig - an example of the mutual placement of the compression chambers.

Система (фиг.1) для нагнетания сжатого газа в зазор бесконтактной цилиндропоршневой пары 1, состоящей из цилиндра 2 и поршня 3, подвижного в нем с образованием рабочей камеры сжатия 4 компрессора, содержит автономную камеру сжатия 5, образуемую при взаимодействии дополнительной цилиндропоршневой пары, цилиндр 6 которой выполнен, например, в виде полости в торце поршня 3, а поршнем 7 служит ответный выступ на крышке цилиндра 2. Камера 5 сообщается с радиальными каналами 8, выполненными в поршне 3 с выходом в зазор 9, и подключена к отдельному источнику питания (не показан) или, например, как в конкретном примере исполнения, к той же системе всасывания компрессора, что и его рабочая камера 4 (фиг.4).The system (Fig. 1) for injecting compressed gas into the gap of a non-contact cylinder-piston pair 1, consisting of a cylinder 2 and a piston 3, movable in it with the formation of a working compression chamber 4 of the compressor, contains an autonomous compression chamber 5 formed when the additional cylinder-piston pair interacts, a cylinder 6 which is made, for example, in the form of a cavity in the end face of the piston 3, and the piston 7 is the counter-protrusion on the cylinder cover 2. The chamber 5 communicates with radial channels 8 made in the piston 3 with access to the gap 9, and is connected to a separate source power supply (not shown) or, for example, as in a specific example of execution, to the same compressor suction system as its working chamber 4 (Fig. 4).

Подача сжатого газа в зазор 9 осуществляется следующим образом. От источника питания, например системы всасывания компрессора, в автономную камеру сжатия 5 поступает газ одновременно с наполнением рабочей камеры 4. При перемещении основного поршня 3 в сторону нагнетания газ в рабочей камере перед поршнем 3 сжимается и направляется в систему нагнетания. При этом часть нагнетаемого газа стремится через зазор 9 в зону низкого давления, расположенную за поршнем 3, но встречно направленный ему подпор сжатым газом, создаваемый потоком, нагнетаемым в зазор из камеры 5 одновременно с началом нагнетания в рабочей камере и на всем его протяжении, предотвращает утечки рабочего тела через зазор 9. Это обеспечивается тем, что с началом перемещения поршня 3 в сторону нагнетания одновременно поршнем 7 газ в цилиндре 6 сжимается и по каналам 8 моментально и без потерь давления нагнетания благодаря максимально возможному приближению камеры сжатия 5 к зазору 9 (практически на высоту каналов 8) поступает в этот зазор, исключая снижение нагнетательного давления в рабочей камере, при этом обеспечивая попутно требуемое уплотнение зазора 9 и при необходимости центрирование / подвес поршня 3. Известные аналоги функцию эффективного встречного подпора не обеспечивают по причинам, указанным выше, т.к. в них для подачи в зазор используется газ, нагнетаемый рабочей камерой или автономной камерой сжатия газ, поступающий сначала в накопительную полость в поршне и только из нее в зазор 9, т.е. с потерей давления нагнетания.The supply of compressed gas to the gap 9 is as follows. From a power source, for example, a compressor suction system, gas enters the autonomous compression chamber 5 at the same time as the working chamber 4 is filled. When the main piston 3 is moved to the discharge side, the gas in the working chamber in front of the piston 3 is compressed and sent to the discharge system. At the same time, part of the injected gas tends through the gap 9 to the low-pressure zone located behind the piston 3, but the counterpressure directed against it by the compressed gas created by the flow injected into the gap from the chamber 5 simultaneously with the beginning of the injection in the working chamber and throughout its length prevents leakage of the working fluid through the gap 9. This is ensured by the fact that with the beginning of the movement of the piston 3 towards the injection side simultaneously with the piston 7, the gas in the cylinder 6 is compressed and channels 8 instantly and without loss of pressure due to the maximum but a possible approximation of the compression chamber 5 to the gap 9 (almost to the height of the channels 8) enters this gap, eliminating the reduction of the discharge pressure in the working chamber, while providing the required seal of the gap 9 along with the centering / suspension of the piston, if necessary 3. Known analogues have an effective function counter backwater is not provided for the reasons indicated above, because they use gas injected into the gap by the working chamber or an autonomous compression chamber, the gas entering first into the storage cavity in the piston and only from it into the gap 9, i.e. with loss of discharge pressure.

Соотношением объемов камер 4 и 5, а также камеры 5 и каналов 8 между собой и с зазором 9 в предлагаемой системе можно регулировать выходные параметры компрессоров в целях формирования типоразмерного ряда этих устройств.The ratio of the volumes of the chambers 4 and 5, as well as the chambers 5 and the channels 8 between themselves and with a gap of 9 in the proposed system, you can adjust the output parameters of the compressors in order to form a standard size range of these devices.

Система универсальна и может применяться в поршневых компрессорах, как одинарного, так и двойного действия, с любым эксплуатационным расположением оси основной цилиндропоршневой пары.The system is universal and can be used in reciprocating compressors, both single and double acting, with any operational arrangement of the axis of the main piston-cylinder pair.

Предлагаемый компрессор двойного действия (фиг.3) содержит основную бесконтактную цилиндропоршневую пару 1, состоящую из цилиндра 2 и поршня 3, возвратно-поступательно перемещающегося внутри цилиндра 2 с образованием двух оппозитных рабочих камер сжатия 4 и 4¹. Каждая из двух автономных камер сжатия 5 и 5¹ образуется при взаимодействии дополнительной цилиндропоршневой пары, содержащей цилиндр 6 в виде замкнутой полости, например кольцевой, выполненной в торце поршня 3, и поршень 7, и в комплексе с сообщающимися с ней радиальными каналами 8 в поршне 3, имеющими выход в зазор 9, образует систему для нагнетания сжатого газа в этот зазор. Цилиндр 2 имеет торцевые крышки 10 и 11 и выступ в каждой из них, обращенный в сторону цилиндра 6 и соосный ему, является поршнем 7. Выполнение дополнительной цилиндропоршневой пары может иметь и другой конструктивный вид, а размещена она таким образом, что обеспечивает расположение камер сжатия 5,5¹ внутри поршня концентрично рабочим камерам сжатия 4,4¹. Это обеспечивает конструктивную компактность компрессора и максимально возможное приближение автономных камер сжатия к зазорам 9, необходимое для улучшения эксплуатационных показателей компрессоров. В вариантах исполнения камеры 5,5¹ располагаются внутри камер 4, 4¹ (фиг 3-6) или снаружи их (фиг 8).The proposed double-acting compressor (figure 3) contains the main non-contact cylinder-piston pair 1, consisting of a cylinder 2 and a piston 3, reciprocatingly moving inside the cylinder 2 with the formation of two opposed working compression chambers 4 and 4 ¹ . Each of the two autonomous compression chambers 5 and 5 ^{1 is} formed by the interaction of an additional cylinder-piston pair containing a cylinder 6 in the form of a closed cavity, for example, an annular one, made at the end face of the piston 3, and the piston 7, and in combination with the radial channels 8 connected to it in the piston 3, having an exit to the gap 9, forms a system for pumping compressed gas into this gap. The cylinder 2 has end caps 10 and 11 and the protrusion in each of them, facing the cylinder 6 and coaxial with it, is the piston 7. The additional cylinder-piston pair can also have a different design, and it is placed in such a way that provides the location of the compression chambers 5.5 ¹ inside the piston concentric to the working chambers of compression 4.4 ¹ . This provides constructive compactness of the compressor and the closest possible approach of the stand-alone compression chambers to the gaps 9, necessary to improve the performance of compressors. In embodiments of the camera 5.5 ¹ are located inside the chambers 4, 4 ¹ (Fig 3-6) or outside them (Fig 8).

Конструктивное выполнение системы всасывания 12 с впускными окнами 13 и системы нагнетания 14 с клапанами 15 и их размещение на узлах компрессора вариантно выбирается в зависимости от конкретного конструктивного исполнения компрессора, например они могут размещаться в торцевых крышках 10 и 11 или в боковых стенках цилиндра 2, вместе или по отдельности.The design of the suction system 12 with the inlet windows 13 and the discharge system 14 with the valves 15 and their placement on the compressor nodes is optionally selected depending on the specific design of the compressor, for example, they can be placed in the end caps 10 and 11 or in the side walls of the cylinder 2, together or individually.

Камеры сжатия 4, 4¹ и камеры сжатия 5, 5¹ своими входами посредством клапанов 16 подсоединены к впускным окнам 13 системы всасывания 12. Рабочие камеры сжатия подключены к системе нагнетания 14 через клапаны 15.The compression chambers 4, 4 ¹ and the compression chambers 5, 5 ^{1 are} connected via valves 16 to the inlet windows 13 of the suction system 12. The working compression chambers are connected to the discharge system 14 through the valves 15.

Клапаны 16 могут быть выполнены бесконтактными, например образованы входящим в окно 13 выступающим элементом, расположенным на торце поршня 3. В этом случае предусмотрена подача сжатого газа в зазор между взаимодействующими элементами клапана 16 из камеры 5 (5¹) на всем протяжении фазы нагнетания в рабочей камере для обеспечения встречного подпора нагнетаемому рабочему телу во избежание его утечек и в зоне этого зазора. Выполнение системы всасывания с бесконтактным впускным клапаном повышает уровень работоспособности системы и компрессора в целом.Valves 16 can be made non-contact, for example, formed by a protruding element entering the window 13, located at the end of the piston 3. In this case, compressed gas is provided into the gap between the interacting elements of the valve 16 from the chamber 5 (5 ¹ ) throughout the entire pumping phase in the working chamber to provide oncoming back pressure to the injected working fluid in order to avoid leakage in the zone of this gap. The implementation of the suction system with a contactless intake valve increases the level of operability of the system and the compressor as a whole.

Для обеспечения возвратно-поступательных перемещений поршня 3 имеется приводной механизм 17, который выполняется любым целесообразным образом, определяемым назначением и параметрами конкретного компрессора.To ensure reciprocating movements of the piston 3 there is a drive mechanism 17, which is performed in any appropriate way, determined by the purpose and parameters of a particular compressor.

Сущность изобретений поясняется на конкретном примере выполнения компрессора двойного действия (фиг.4 - 6), особенности которого в сравнении с описанными выше заключаются в следующем. В нем:The invention is illustrated by a specific example of a double-acting compressor (Figs. 4-6), the features of which in comparison with those described above are as follows. In him:

-поршень 3 выполнен в виде диска со ступицей 18, которой он установлен на приводном валу 19 с возможностью вращения вместе с ним;- the piston 3 is made in the form of a disk with a hub 18, with which it is mounted on the drive shaft 19 with the possibility of rotation with it;

-механизм 17 представляет собой шип 20 с роликом, взаимодействующий при вращении вала 19 с криволинейным пазом 21 на ступице 18, связанной с валом 19 шлицевым или каким-либо другим аналогичным соединением;-mechanism 17 is a spike 20 with a roller, interacting with the rotation of the shaft 19 with a curved groove 21 on the hub 18, connected to the shaft 19 by a spline or some other similar connection;

-торцевые крышки 10 и 11 выполнены в виде клапанных плит, и системы 12 и 14 размещены в этих крышках: система 12 с впускными окнами 13 - с выходом в торцевой плоскости крышек, а система 14 с клапанами 15 - с выходом на боковую поверхность;- end caps 10 and 11 are made in the form of valve plates, and systems 12 and 14 are placed in these covers: system 12 with inlet windows 13 - with an exit in the end plane of the covers, and system 14 with valves 15 - with an exit to the side surface;

-цилиндр 6 образован обращенными друг к другу наружной поверхностью 22 ступицы 18 и внутренней поверхностью кольцевого выступа 23 на торце диска;the cylinder 6 is formed facing each other by the outer surface 22 of the hub 18 and the inner surface of the annular protrusion 23 at the end of the disk;

-клапан 16 выполнен бесконтактным и образован взаимодействующим с впускным окном 13 кольцевым выступом 23, имеющим при этом поднутрение 24, круговую канавку 25 и ряд выходящих в нее сквозных отверстий 26;-the valve 16 is made non-contact and is formed by interacting with the inlet window 13 of the annular protrusion 23, having an undercut 24, a circular groove 25 and a number of through holes 26 extending into it;

-на наружной цилиндрической поверхности диска поршня 3 имеются кольцевые выемки 27, выполнение которых необходимо для обеспечения равномерно распределенного по диаметру поршня подпора;-on the outer cylindrical surface of the piston disk 3 there are annular recesses 27, the implementation of which is necessary to ensure uniformly distributed across the diameter of the piston backwater;

- на кольцевом выступе 23 предусмотрены направляющие элементы 28 для поддержания постоянным его взаимодействия с впускным окном 13.- on the annular protrusion 23 provided guide elements 28 to maintain constant interaction with the inlet window 13.

При использовании этого компрессора, например, в качестве нагнетателя ДВС его работа осуществляется следующим образом.When using this compressor, for example, as an ICE supercharger, its operation is as follows.

При крайнем правом (фиг.4) положении поршня 3 впускной клапан 16 в крышке 10 открыт и всасываемый воздух из впускного окна 13 через зазор 29 заполняет камеры 4 и 5. От вращения вала 19 поршень 3 получает вращение и от взаимодействия шипа 20 с криволинейным пазом 21 - линейное перемещение вдоль оси вала 19 в направлении к крышке 10. При таком перемещении поршня 3 объем камеры 4 будет уменьшаться (фаза нагнетания рабочего тела) и воздух из нее будет выдавливаться через клапан 15 в систему 14 и оттуда с рабочим давлением нагнетания потребителю. Одновременно с этим нагнетаемый воздух из камеры 4 поступит в зазор 9 (будет стремиться в сторону низкого давления за поршнем 3). Дальнейшее его продвижение в сторону низкого давления будет остановлено встречным подпором газа, нагнетаемого из камеры 5 в зазор 9 через каналы 8, который обеспечивается тем, что одновременно с линейным перемещением поршня 3 поршень входит в цилиндр 6 и уменьшение объема камеры 5 (фаза нагнетания) происходит встречно фазе нагнетания камеры 4. При этом газ из камеры 5 через поднутрения 24, канавку 25 и отверстия 26 поступает в зазор бесконтактного клапана 16, создавая аналогичный встречный подпор в зоне этого зазора и тем самым замыкая рабочую камеру 4, что способствует повышению КПД компрессора.With the extreme right (Fig. 4) position of the piston 3, the intake valve 16 in the cover 10 is open and the intake air from the intake window 13 fills the chambers 4 and 5 through the gap 29. From the rotation of the shaft 19, the piston 3 receives rotation and from the interaction of the spike 20 with a curved groove 21 - linear movement along the axis of the shaft 19 in the direction of the cover 10. With this movement of the piston 3, the volume of the chamber 4 will decrease (the phase of pumping the working fluid) and air will be squeezed out through valve 15 into the system 14 and from there with the working pressure of the consumer. At the same time, the injected air from the chamber 4 will enter the gap 9 (will tend to the side of low pressure behind the piston 3). Further advancement to the low pressure side will be stopped by the oncoming back-up of gas injected from the chamber 5 into the gap 9 through the channels 8, which is ensured by the fact that simultaneously with the linear movement of the piston 3, the piston enters the cylinder 6 and a decrease in the volume of the chamber 5 (injection phase) occurs counter to the injection phase of the chamber 4. In this case, the gas from the chamber 5 through the undercuts 24, the groove 25 and the holes 26 enters the gap of the non-contact valve 16, creating a similar counter-pressure in the zone of this gap and thereby closing the working chamber py 4, thereby increasing the compressor efficiency.

После прихода поршня 3 в крайнее левое положение (фиг.6) работа камеры 4 завершена и начинается всасывание воздуха через впускное окно в торцевой крышке 11 в камеры 4¹ и 5¹. Противоположным первоначальному вращением приводного вала 19 поршень 3 получает линейное перемещение в сторону крышки 11 (вправо на фиг.6) и работа компрессора осуществляется в аналогичном описанному выше режиме, с той лишь разницей, что передача нагнетаемого тела потребителю будет осуществляться через систему 14 с клапаном 15, размещенную в крышке 11.After the piston 3 has come to its leftmost position (Fig. 6), the operation of the chamber 4 is completed and air intake through the inlet window in the end cap 11 into the chambers 4 ¹ and 5 ¹ begins. Opposite to the initial rotation of the drive shaft 19, the piston 3 receives linear movement towards the cover 11 (to the right in FIG. 6) and the compressor operates in the same mode as described above, with the only difference being that the pumped body will be transferred to the consumer through system 14 with valve 15 placed in the lid 11.

Предлагаемый компрессор двойного действия в сравнении с известными отличается компактностью и экономичностью как в изготовлении, так и в эксплуатации, высоким КПД и продолжительным ресурсом работы при любом расположении оси его основной цилиндропоршневой пары. В компрессоре, представленном на фиг.4-6, нет необходимости в подвесе или центрировании поршня, т.к. цилиндропоршневая пара 1 в нем выполнена с жестко сбалансированным по оси компрессора устойчивым положением благодаря размещению поршня 3 на валу 19, установленном по оси компрессора в двух подшипниках, базирующихся в осевых выемках торцевых крышек 10 и 11, а цилиндр 2 и его торцевые крышки жестко связаны между собой (т.е. ось внутренней расточки цилиндра 2, оси расточек под подшипники, ось вала 19 и оси камер сжатия и систем нагнетания являются одной осью). Однако используемая в нем система для нагнетания рабочего тела в зазор пары 1 в других частных случаях исполнения компрессоров при необходимости позволяет обеспечить и функции подвеса.The proposed double-acting compressor, in comparison with the known ones, is compact and economical in both manufacturing and operation, high efficiency and a long service life for any location of the axis of its main piston-cylinder pair. In the compressor shown in figures 4-6, there is no need for suspension or centering of the piston, because the cylinder-piston pair 1 therein is made with a stable position rigidly balanced along the compressor axis due to the placement of the piston 3 on the shaft 19 mounted along the compressor axis in two bearings based in the axial recesses of the end caps 10 and 11, and the cylinder 2 and its end caps are rigidly connected between themselves (i.e., the axis of the inner bore of the cylinder 2, the axis of the bore under the bearings, the axis of the shaft 19 and the axis of the compression chambers and discharge systems are one axis). However, the system used in it for pumping the working fluid into the gap of pair 1 in other special cases of compressor design, if necessary, can also provide suspension functions.

Claims

1. A system for injecting gas into the gap of a non-contact cylinder-piston pair of a compressor, forming its working compression chamber, containing radial throttle channels made in the piston with an exit to the gap and an autonomous gas compression chamber formed by an additional cylinder-piston pair communicating with these channels and a power source, characterized in that the autonomous compression chamber in it is formed by an additional cylinder-piston pair, which is located inside the main cylinder-piston pair of the compressor, and in which The core is an annular closed cavity at the piston end of the main cylinder-piston pair, and the piston is the reciprocal protrusion provided in the cylinder cover of this pair.

2. A double-acting compressor containing valve systems for suction and discharge of gas, the main non-contact cylinder-piston pair having a cylinder with end caps and a piston movable inside the cylinder under the action of a drive mechanism with the formation of two opposing alternately working compression chambers connected to the suction and discharge systems , as well as a system for pumping gas into the gap between these cylinders and pistons from an autonomous compression chamber through radial throttle channels in the piston, characterized by m, that it is equipped with a second system for pumping gas into the said gap, placed opposite the first, and both systems are designed to provide oncoming gas support to the pumped working fluid in the zone of this gap, and the autonomous compression chamber of each of the systems is formed by an additional cylinder-piston pair located inside the main cylinder-piston vapor, located concentrically to the working compression chamber, inside or outside, and is connected to the suction system, while the working and autonomous chambers are concentric to each other the compressions are connected by their inputs to the inlet window of the suction system, for example, through a non-contacting inlet valve, so that in the pumping phase at the inlet of the working chamber, the compressed gas flows from the stand-alone chamber into the valve clearance and provides back pressure to the pumped working fluid in this zone.

3. The compressor according to claim 2, characterized in that the piston of the main cylinder-piston pair is made in the form of a disk with a hub, which it is mounted on a rotating drive shaft with the possibility of rotation with it, and a thorn fixed to the cylinder cover serves as a drive mechanism for linear piston movement with a roller interacting with a curved groove on the hub.

4. The compressor according to claim 3, characterized in that the cylinder of the additional cylinder-piston pair is formed by the outer surface of the hub and an annular protrusion on the main piston.

5. The compressor according to claim 2, characterized in that the non-contacting inlet valve of the suction system is formed by the interacting inner walls of the inlet window of the system, which is located in this case in the end cover of the main cylinder parallel to the additional piston-cylinder pair, and the outer cylinder wall of this pair, equipped with a number of through holes.

6. The compressor according to claim 5, characterized in that to ensure oncoming backwater in the zone of valve clearance, the cylinder wall is made with undercut.

7. The compressor according to claim 2, characterized in that annular recesses are made on the side surface of the main piston at the exit point of the radial throttle channels to provide the said support evenly distributed over the diameter of the piston.

8. The compressor according to claim 2, characterized in that the end caps of the cylinder of the main cylinder-piston pair are made in the form of valve plates.