RU2520793C1 - Method of mutual conversion of mechanical energy and potential energy of compressed gas - Google Patents
Method of mutual conversion of mechanical energy and potential energy of compressed gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2520793C1 RU2520793C1 RU2013126211/06A RU2013126211A RU2520793C1 RU 2520793 C1 RU2520793 C1 RU 2520793C1 RU 2013126211/06 A RU2013126211/06 A RU 2013126211/06A RU 2013126211 A RU2013126211 A RU 2013126211A RU 2520793 C1 RU2520793 C1 RU 2520793C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- cylinder
- gas
- difference
- liquid
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Compressor (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам преобразования механической энергии в потенциальную энергию сжатого газа и наоборот, и может быть использовано для организации рабочего цикла в компрессорах, детандерах и других поршневых машинах.The invention relates to the field of mechanical engineering, and in particular to methods of converting mechanical energy into potential energy of compressed gas and vice versa, and can be used to organize the working cycle in compressors, expanders and other reciprocating machines.
Из уровня техники известен способ взаимного преобразования механической энергии и потенциальной энергии сжатого газа, заключающийся в циклическом изменении объема газа в надпоршневой полости, заключенной между цилиндром и помещенным внутрь него поршнем, при возвратно-поступательном перемещении поршня внутри цилиндра и периодическом обновлении газа в указанной полости через каналы подвода и отвода газа (см. патент CN 101294561, кл. F04B 53/02, опубл. 29.10.2008). Недостатками известного способа являются низкий коэффициент преобразования энергии из-за высоких механических потерь на трение в паре поршень-цилиндр, необходимость применения смазки и, как следствие, загрязнение сжимаемого газа маслом, а также невозможность получения степени сжатия газа в одной ступени более 10 атм, т.к. при большем сжатии газ нагревается до температуры более 250°С, что приводит к быстрому выгоранию смазочного масла.The prior art method for the mutual conversion of mechanical energy and the potential energy of compressed gas, which consists in cyclically changing the volume of gas in the supra-piston cavity, enclosed between the cylinder and the piston placed inside it, with reciprocating movement of the piston inside the cylinder and periodically updating the gas in the cavity through gas supply and exhaust channels (see patent CN 101294561, class F04B 53/02, published on October 29, 2008). The disadvantages of this method are the low energy conversion coefficient due to high mechanical friction losses in the piston-cylinder pair, the need for lubrication and, as a consequence, the contamination of the compressible gas with oil, and the inability to obtain a gas compression ratio in one stage of more than 10 atm, t .to. with greater compression, the gas is heated to a temperature of more than 250 ° C, which leads to a rapid burnout of the lubricating oil.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в повышении КПД процесса за счет уменьшения потерь на трение и приближения процесса сжатия к изотермическому процессу. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что согласно способу взаимного преобразования механической энергии и потенциальной энергии сжатого газа, заключающемуся в циклическом изменении объема газа в надпоршневой и/или подпоршневой полости, заключенной между цилиндром и помещенным внутрь него поршнем, при возвратно-поступательном перемещении поршня внутри цилиндра и периодическом обновлении газа в указанной полости через каналы подвода и отвода газа, цилиндр и/или поршень вращают вокруг оси, параллельной направлению возвратно-поступательного движения поршня, поршень размещают в цилиндре с гарантированным радиальным зазором, а цилиндр частично заполняют жидкостью так, что разница статических давлений жидкости в надпоршневой и подпоршневой полостях, обусловленная разницей радиусов свободной поверхности жидкости, образующейся под действием центробежных сил, в указанных полостях, компенсирует разницу давления газа в надпоршневой и в подпоршневой полостях. В качестве жидкости целесообразно использовать воду. Жидкость предпочтительно постоянно или периодически добавляют или обновляют.The objective of the invention is to remedy these disadvantages. The technical result consists in increasing the efficiency of the process by reducing friction losses and bringing the compression process closer to the isothermal process. The problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that according to the method of mutual conversion of mechanical energy and potential energy of compressed gas, which consists in cyclically changing the volume of gas in the supra-piston and / or sub-piston cavity enclosed between the cylinder and the piston placed inside it, with a reciprocating moving the piston inside the cylinder and periodically updating the gas in the specified cavity through the gas supply and exhaust channels, the cylinder and / or piston are rotated around the axis, in parallel direction of the reciprocating movement of the piston, the piston is placed in the cylinder with a guaranteed radial clearance, and the cylinder is partially filled with liquid so that the difference in the static pressure of the liquid in the above-piston and under-piston cavities, due to the difference in the radii of the free surface of the liquid formed under the action of centrifugal forces, in the indicated cavities, compensates for the difference in gas pressure in the over-piston and under-piston cavities. It is advisable to use water as a liquid. The liquid is preferably continuously or periodically added or updated.
На фиг.1 представлен компрессор, работающий согласно предлагаемому способу (цикл всасывания);Figure 1 shows the compressor operating according to the proposed method (suction cycle);
на фиг.2 - то же, что на фиг.1 (цикл нагнетания).figure 2 - the same as in figure 1 (injection cycle).
Ниже предлагаемый способ рассмотрен на примере компрессора с вращающимся цилиндром, однако возможно также выполнение вращающегося поршня или изменение типа преобразователя энергии без изменения сущности предлагаемого способа.Below, the proposed method is considered as an example of a compressor with a rotating cylinder, however, it is also possible to perform a rotating piston or change the type of energy converter without changing the essence of the proposed method.
Простейший компрессор для сжатия атмосферного воздуха, в котором может быть реализован предлагаемый способ, представлен на фиг.1-2 и состоит из вращающегося в подшипниках 1 цилиндра 2 в виде стакана с буртиком на открытом торце, ограничивающим подпоршневую полость. Цилиндр 2 снабжен уплотнительным устройством 3 для отвода сжатого воздуха и связан с самодействующими выпускными клапанами 4. Внутри цилиндра размещен поршень 5, связанный через ползун 6 и шатун 7 с вращающимся кривошипом 8. Поршень 5 размещен в цилиндре 2 с гарантированным радиальным зазором 9. Цилиндр 2 частично заполнен жидкостью 10 (например, водой). Поршень 5 выполнен с возможностью вращения в подшипниках 11 и снабжен впускными клапанами 12. Поршень 5, дно цилиндра 2 и свободная поверхность жидкости 10, находящейся между ними, образуют замкнутую надпоршневую полость 13 воздуха, объем которой циклически изменяется при возвратно-поступательном движении поршня 5 в цилиндре 2. Подпоршневая полость 14 сообщается с атмосферой. Внутри буртика в нижней части цилиндра 2 образовано центральное отверстие 15 для перелива излишков жидкости 10. Для восполнения объема жидкости 10, неизбежно уменьшающейся за счет испарения и уноса с потоком сжатого воздуха, а также для замещения нагревающейся от сжатия воздуха жидкости 10 предусмотрен насос, постоянно подкачивающий жидкость 10 в цилиндр 2 (не показан).The simplest compressor for compressing atmospheric air, in which the proposed method can be implemented, is shown in FIGS. 1-2 and consists of a
Компрессор, изображенный на фиг.1-2, работает следующим образом. Перед началом работы цилиндр 2 с находящейся в нем жидкостью 10 раскручивается до высоких оборотов от какого-либо двигателя (не показан). Вращающийся кривошип 8 через шатун 7 и ползун 6 придает возвратно-поступательное движение поршню 5. При начале движения поршня 5 вниз (см. фиг.1) в надпоршневой полости 13 создается некоторое разрежение воздуха, обусловленное разницей давлений атмосферного воздуха и давления воздуха в полости 13. Впускные клапаны 12 открывают, и при дальнейшем ходе поршня 5 вниз увеличивающаяся в объеме полость 13 наполняется атмосферным воздухом из подпоршневого пространства 14. Выпускные клапаны 4 при этом закрыты. Разница давлений атмосферного воздуха и воздуха в полости 13 во время такта всасывания перемещает жидкость 10 через радиальный зазор 9 таким образом, что разница статических давлений жидкости 10, находящейся в поле центробежных сил, обусловленная разницей «Н» радиусов свободной поверхности жидкости 10 в надпоршневой 13 и подпоршневой 14 полостях, компенсирует разницу давлений воздуха в атмосфере и в полости 13.The compressor depicted in Fig.1-2, operates as follows. Before starting work, the
При начале движения поршня 5 вверх (см. фиг.2) впускные клапаны 12 закрывают, выпускные клапаны 4 тоже пока закрыты, происходит уменьшение объема полости 13 и сжатие в ней воздуха. После сжатия воздуха в полости 13 до требуемого давления открываются выпускные клапаны 4 и при продолжающемся движении поршня 5 вверх сжатый воздух из полости 13 через уплотнительное устройство 3 отводится потребителю. Далее поршень 5 начинает движение вниз и цикл работы компрессора повторяется. Разница давлений атмосферного воздуха и воздуха в полости 13 во время такта сжатия и нагнетания перемещает жидкость 10 через радиальный зазор 9 таким образом, что разница статических давлений жидкости 10, находящейся в поле центробежных сил, обусловленная разницей «H» радиусов свободной поверхности жидкости 10 в надпоршневой 13 и подпоршневой 14 полостях, компенсирует разницу давлений воздуха в атмосфере и в полости 13.At the beginning of the upward movement of the piston 5 (see FIG. 2), the
Поршень 5 выполнен с возможностью вращения в подшипниках 11 для уменьшения гидравлических потерь при трении вращающейся жидкости 10 о поверхность поршня 5.The
При сжатии воздуха в полости 13 его температура повышается, что за счет теплоотдачи приводит к нагреванию жидкости 10. Подкачивающий насос (не показан) постоянно добавляет новую холодную жидкость 10 в цилиндр 2. При этом радиус отверстия 15 выбран с таким расчетом, чтобы при каждом цикле сжатия излишки жидкости 10 переливались через кромку отверстия 15, после чего эти излишки нагретой жидкости 10 утилизируются или зацикливаются через охлаждающий радиатор.When the air is compressed in the
Максимальная степень сжатия воздуха в данной конструкции компрессора прямо пропорциональна центростремительному ускорению, плотности жидкости 10 и разнице радиусов свободной поверхности жидкости в полостях 13 и 14. Поэтому для повышения степени сжатия воздуха целесообразно раскручивать цилиндр 2 до высоких оборотов. В вышеописанной конструкции компрессора по сравнению с общеизвестными конструкциями поршневого компрессора отсутствует непосредственный контакт боковых поверхностей поршня и цилиндра, что значительно уменьшает потери на трение. Максимальная степень сжатия ограничена температурой испарения применяемой жидкости, но при условии постоянного обновления жидкости температура сжимаемого газа может значительно превышать температуру испарения жидкости. Кроме того, охлаждение сжимаемого газа постоянно обновляющейся холодной жидкостью приближает процесс сжатия газа к изотермическому сжатию, что также повышает КПД работы компрессора. Использование в качестве рабочей жидкости воды позволяет получать абсолютно чистый безмасляный воздух.The maximum degree of air compression in this compressor design is directly proportional to centripetal acceleration, the density of the
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013126211/06A RU2520793C1 (en) | 2013-06-07 | 2013-06-07 | Method of mutual conversion of mechanical energy and potential energy of compressed gas |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013126211/06A RU2520793C1 (en) | 2013-06-07 | 2013-06-07 | Method of mutual conversion of mechanical energy and potential energy of compressed gas |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2520793C1 true RU2520793C1 (en) | 2014-06-27 |
Family
ID=51218004
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013126211/06A RU2520793C1 (en) | 2013-06-07 | 2013-06-07 | Method of mutual conversion of mechanical energy and potential energy of compressed gas |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2520793C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB525983A (en) * | 1938-03-05 | 1940-09-09 | Mawen Motor Corp | Improvements in or relating to engines having radially or tangentially arranged cylinders |
CN101294561A (en) * | 2007-04-26 | 2008-10-29 | 阿耐思特岩田株式会社 | Piston ring and a fluid sucking/discharge device with the piston ring |
RU90144U1 (en) * | 2008-11-19 | 2009-12-27 | Открытое Акционерное Общество "Ордена Ленина Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Энерготехники Имени Н.А. Доллежаля" | HIGH PRESSURE MULTI-STAGE PISTON COMPRESSOR |
CN201496216U (en) * | 2009-08-27 | 2010-06-02 | 潘建民 | Eccentrically pushed and peripherically distributed type plunger pump |
-
2013
- 2013-06-07 RU RU2013126211/06A patent/RU2520793C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB525983A (en) * | 1938-03-05 | 1940-09-09 | Mawen Motor Corp | Improvements in or relating to engines having radially or tangentially arranged cylinders |
CN101294561A (en) * | 2007-04-26 | 2008-10-29 | 阿耐思特岩田株式会社 | Piston ring and a fluid sucking/discharge device with the piston ring |
RU90144U1 (en) * | 2008-11-19 | 2009-12-27 | Открытое Акционерное Общество "Ордена Ленина Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Энерготехники Имени Н.А. Доллежаля" | HIGH PRESSURE MULTI-STAGE PISTON COMPRESSOR |
CN201496216U (en) * | 2009-08-27 | 2010-06-02 | 潘建民 | Eccentrically pushed and peripherically distributed type plunger pump |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU125635U1 (en) | PISTON PUMP COMPRESSOR | |
US2575394A (en) | Reciprocating piston and cylinder mechanism | |
CN201650663U (en) | Efficient oil-free piston compression device | |
RU2578748C1 (en) | Piston compressor with independent liquid cooling | |
RU2520793C1 (en) | Method of mutual conversion of mechanical energy and potential energy of compressed gas | |
CN101782056A (en) | Double-cylinder sliding block type air compressor | |
US4270351A (en) | Heat engine and thermodynamic cycle | |
RU2538371C1 (en) | Operation of pump-compressor and device to this end | |
RU2511810C1 (en) | Method for mutual conversion of mechanical energy and potential energy of compressed gas | |
CN105351197A (en) | Rotary piston type compressor | |
CN201330690Y (en) | Multicylinder translational compression device | |
RU2683051C1 (en) | Method of operating piston pump-compressor and device therefor | |
RU130007U1 (en) | ROTATIVE COMPRESSOR | |
CN201650658U (en) | Vacuum pump | |
CN101782057A (en) | Single cylinder slide block type air compressor | |
RU2513056C1 (en) | Rotary compressor | |
JP2021526192A (en) | Horizontal gas compressor with free lift piston | |
RU125267U1 (en) | EQUALIZED COMPRESSOR WITH NONCONTACT SEAL | |
CN215409165U (en) | High-pressure plunger pump with oil groove | |
RU2722116C1 (en) | Method of piston two-stage compressor operation and device for implementation thereof | |
CN101539132B (en) | Linear transmission mechanism of reciprocating dynamic machinery | |
RU191806U1 (en) | High pressure piston compressor | |
Shcherba et al. | The Operation Analysis of a Reciprocating Hybrid Power Machine with a Gas Volume on Suction Using Various Cooling Liquids | |
RU188232U1 (en) | PUMP COMPRESSOR | |
RU2511906C1 (en) | Compressor with combined driving mechanism |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180608 |