RU2622729C2 - Поршневой компрессор с клапаном синхронизации и связанный с ним способ - Google Patents

Поршневой компрессор с клапаном синхронизации и связанный с ним способ Download PDF

Info

Publication number
RU2622729C2
RU2622729C2 RU2014123159A RU2014123159A RU2622729C2 RU 2622729 C2 RU2622729 C2 RU 2622729C2 RU 2014123159 A RU2014123159 A RU 2014123159A RU 2014123159 A RU2014123159 A RU 2014123159A RU 2622729 C2 RU2622729 C2 RU 2622729C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
valve
chamber
synchronization
pressure
suction
Prior art date
Application number
RU2014123159A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014123159A (ru
Inventor
Риккардо БАГАЛЬИ
Леонардо ТОНЬЯРЕЛЛИ
Original Assignee
Нуово Пиньоне С.п.А.
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 Нуово Пиньоне С.п.А. filed Critical Нуово Пиньоне С.п.А.
Publication of RU2014123159A publication Critical patent/RU2014123159A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2622729C2 publication Critical patent/RU2622729C2/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B7/00—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/02—Stopping, starting, unloading or idling control
    • F04B49/03—Stopping, starting, unloading or idling control by means of valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/10—Adaptations or arrangements of distribution members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/16—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by adjusting the capacity of dead spaces of working chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/22—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by means of valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/01—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being mechanical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/22—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by means of valves
    • F04B49/225—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by means of valves with throttling valves or valves varying the pump inlet opening or the outlet opening

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressor (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)

Abstract

Изобретение относится к поршневым компрессорам для использования в нефтяной и газовой промышленности с клапаном синхронизации. Поршневой компрессор 100 имеет камеру 110, клапан 150 синхронизации, исполнительный механизм 160 и контроллер 170. Текучая среда, поступающая в камеру 110 через всасывающий клапан 130, сжимается внутри камеры и удаляется из камеры через нагнетательный клапан 140. Клапан синхронизации расположен между камерой и объемом текучей среды при давлении разгрузки, которое ниже, чем давление в камере, когда клапан синхронизации открыт. Исполнительный механизм выполнен с возможностью приведения в действие клапана синхронизации. Контроллер выполнен с возможностью управления исполнительным механизмом таким образом, чтобы открывать клапан синхронизации во время фазы расширения цикла сжатия и чтобы закрывать клапан синхронизации, когда давление разгрузки становится равным давлению в камере или когда всасывающий клапан открыт. Повышается кпд компрессора. 3н. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

ПРЕДПОСЫЛКИ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Варианты выполнения настоящего изобретения, раскрытые в настоящем описании, как правило, относятся к поршневым компрессорам, используемым в нефтяной и газовой промышленности, а более конкретно к увеличению объема всасывания и уменьшения влияния на объем мертвого пространства с использованием клапана синхронизации, который приводится в действие для открытия во время фазы расширения цикла сжатия.
ОБСУЖДЕНИЕ УРОВНЯ ТЕХНИКИ
Компрессоры, которые используются в нефтяной и газовой промышленности, должны отвечать конкретным отраслевым требованиям, которые учитывают, например, что сжатая текучая среда часто является коррозионно-активной и горючей. Американский Институт Нефти (API), организация, которая устанавливает признанные отраслевые стандарты для оборудования, используемого в нефтяной и газовой промышленности, опубликовала документ API618, в котором перечислен полный набор минимальных требований для поршневых компрессоров.
Компрессоры могут быть классифицированы как объемные компрессоры (например, поршневые, винтовые или лопастные компрессоры) или динамические компрессоры (например, центробежные компрессоры или осевые компрессоры). В объемных компрессорах сжатие достигается путем улавливания газа, а затем уменьшения объема, в который заключен этот газ. В динамических компрессорах сжатие достигается путем преобразования кинетической энергии (например, вращающегося элемента) в энергию давления в заданном месте внутри компрессора.
Фиг. 1 представляет собой иллюстрацию традиционного двухкамерного поршневого компрессора 10, используемого в нефтяной и газовой промышленности. Однокамерные поршневые компрессоры используются менее часто, но работают в соответствии с аналогичным циклом сжатия, что и двухкамерные поршневые компрессоры.
В компрессоре 10 сжатие текучей среды происходит в цилиндре 20. Предназначенная для сжатия текучая среда (например, природный газ) вводится в цилиндр 20 через впускное отверстие 30 и через клапаны 32 и 34 и после сжатия выводится через клапаны 42 и 44, а затем через выпускное отверстие 40. Сжатие представляет собой циклический процесс, в котором текучая среда сжимается за счет перемещения поршня 50 вдоль продольной оси цилиндра 20, между головным концом и концом 28 со стороны кривошипно-шатунного механизма. Поршень 50 делит цилиндр 20 на две камеры 22 и 24, работающие в различных фазах цикла сжатия, причем объем камеры 22 является наименьшим, когда объем камеры 24 наибольший, и наоборот.
Всасывающие клапаны 32 и 34 открываются в разное время, чтобы обеспечить возможность подачи предназначенной для сжатия текучей среды из впускного отверстия 30, соответственно, в камеры 22 и 24. Нагнетательные клапаны 42 и 44 открываются, чтобы обеспечить возможность выпуска сжатой текучей среды из камер, соответственно, 22 и 24, через выпускное отверстие 40. Поршень 50 перемещается за счет энергии, передаваемой от коленчатого вала 60 с помощью ползуна 70 и штока 80 поршня. Традиционно всасывающие и нагнетательные клапаны (например, 32, 34, 42 и 44), используемые в поршневом компрессоре, являются автоматическими клапанами, которые переключаются между закрытым состоянием и открытым состоянием благодаря перепаду давления на клапане.
Идеальный цикл сжатия (графически показанный на Фиг. 2, показывающей процесс изменения давления от объема) содержит по меньшей мере четыре фазы: расширение, всасывание, сжатие и нагнетание. Когда сжатая текучая среда удаляется из камеры в конце цикла сжатия, небольшое количество текучей среды при давлении Р1 нагнетания остается захваченной в объеме V1 мертвого пространства (т.е. минимальном объеме камеры). Во время фазы 1 расширения и фазы 2 всасывания цикла сжатия поршень перемещается, чтобы увеличить объем камеры. В начале фазы 1 расширения нагнетательный клапан закрыт (всасывающий клапан остается закрытым), а затем давление захваченной текучей среды падает, поскольку объем камеры, доступный для текучей среды, возрастает. Фаза всасывания цикла сжатия начинается, когда давление внутри камеры становится равным давлению Р2 всасывания, приводя к открытию всасывающего клапана при объеме V2. Во время фазы 2 всасывания объем камеры и количество подлежащей сжатию текучей среды (при давлении Р2) увеличивается до тех пор, пока не будет достигнут максимальный объем V3.
Во время фаз сжатия и нагнетания цикла сжатия поршень перемещается в направлении, противоположном направлению перемещения во время фаз расширения и всасывания, чтобы уменьшить объем камеры. Во время фазы 3 сжатия как всасывающий клапан, так и нагнетательный клапан закрыты (т.е. текучая среда не входит и не выходит из цилиндра), давление текучей среды в камере возрастает (от давления Р2 всасывания до давления P1 нагнетания), так как объем камеры уменьшается до V4. Фаза 4 подачи цикла сжатия начинается, когда давление внутри камеры сравнивается с давлением Р1 нагнетания, приводя к открытию нагнетательного клапана. Во время фазы 4 подачи текучая среда при давлении P1 нагнетания удаляется из камеры до тех пор, пока не будет достигнут минимальный объем V1 (мертвого пространства) камеры.
Одним из показателей эффективности компрессора является объемный коэффициент полезного действия, который представляет собой соотношение между объемом V3-V2 камеры, проходящим поршнем поршневого компрессора во время фазы всасывания, и общим объемом V3-V1, проходящим поршнем во время цикла сжатия. Можно считать, что целью компрессора является нагнетание настолько большого количества сжатой текучей среды, насколько это возможно. Чем больше объемный коэффициент полезного действия, тем больше текучей среды сжимается в каждом цикле сжатия. Один из важных источников неэффективности в поршневом компрессоре связан с объемом мертвого пространства, который представляет собой объем сжатого газа, который не выпускается из камеры во время фазы нагнетания.
Если всасывающий клапан открывается рано, до того как из-за расширения газа давление в камере упадет до давления Р2 всасывания, то небольшое количество из оставшегося в камере сжатого воздуха будет выходить из камеры. Тем не менее сила, необходимая для открытия всасывающего клапана, является большой, пропорциональной площади проходного сечения потока клапана и перепаду давления через всасывающий клапан (то есть разности давлений между давлением внутри камеры и давлением всасывания). Такая большая сила требует наличия большого исполнительного механизма, который также будет иметь короткое время срабатывания. На практическом уровне раннее открытие всасывающего клапана в настоящее время не представляется возможным.
Соответственно, было бы желательно предусмотреть способы и устройства, пригодные для использования в поршневых компрессорах для нефтяной и газовой промышленности, которые дают эффект, похожий на раннее открытие всасывающего клапана.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Некоторые из вариантов выполнения относятся к клапану синхронизации, открываемому во время фазы расширения в камере поршневого компрессора, используемого в нефтяной и газовой промышленности. Наличие клапана синхронизации и его работа приводят к увеличению объема всасывания (и, следовательно, объемного коэффициента полезного действия) и несколько смягчает негативный эффект, связанный с объемом мертвого пространства.
В соответствии с одним иллюстративным вариантом выполнения, поршневой компрессор имеет камеру, клапан синхронизации, исполнительный механизм и контроллер. Текучая среда, поступающая в камеру через всасывающий клапан, сжимается внутри камеры, и сжатая текучая среда удаляется из камеры через нагнетательный клапан. Клапан синхронизации расположен между камерой и объемом текучей среды при давлении разгрузки, которое ниже, чем давление в камере, когда клапан синхронизации открыт. Исполнительный механизм выполнен с возможностью приведения в действие клапана синхронизации. Контроллер выполнен с возможностью управления исполнительным механизмом с обеспечением открытия клапана синхронизации во время фазы расширения цикла сжатия и закрытия клапана синхронизации, когда давление разгрузки становится равным давлению в камере или когда всасывающий клапан открыт.
В соответствии с еще одним иллюстративным вариантом выполнения, предложен способ увеличения объемного коэффициента полезного действия поршневого компрессора. Способ включает использование клапана синхронизации, расположенного между камерой поршневого компрессора и объемом текучей среды при давлении разгрузки, и управление открытием клапана синхронизации во время фазы расширения цикла сжатия, когда давление разгрузки меньше, чем давление внутри камеры. Площадь проходного сечения клапана синхронизации меньше, чем площадь проходного сечения всасывающего клапана поршневого компрессора.
В соответствии с другим иллюстративным вариантом выполнения, предложен способ модернизации компрессора для удаления текучей среды из камеры во время фазы расширения цикла сжатия. Способ включает (1) использование клапана синхронизации, расположенного между камерой и объемом текучей среды при давлении разгрузки, (2) установку исполнительного механизма, выполненного с возможностью приведения в действие клапана синхронизации, и (3) соединение контроллера с исполнительным механизмом. Контроллер выполнен с возможностью управления исполнительным механизмом с обеспечением открытия клапана синхронизации во время фазы расширения цикла сжатия, когда давление в камере больше, чем давление разгрузки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Прилагаемые чертежи, которые включены в описание и составляют его часть, иллюстрируют один или несколько вариантов выполнения и вместе с описанием объясняют эти варианты выполнения. На чертежах:
Фиг. 1 схематически изображает традиционный двухкамерный поршневой компрессор;
Фиг. 2 изображает график давления от объема, иллюстрирующий идеальный цикл сжатия;
Фиг. 3 схематически изображает поршневой компрессор в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения;
Фиг. 4 изображает график давления от объема, иллюстрирующий эффект от клапана синхронизации, в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения;
Фиг. 5 иллюстрирует расположение клапанов на головном конце поршневого компрессора в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения;
Фиг. 6 иллюстрирует расположение клапанов на головном конце двухкамерного поршневого компрессора в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения;
Фиг. 7 иллюстрирует расположение клапанов на конце со стороны кривошипно-шатунного механизма двухкамерного поршневого компрессора в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения;
Фиг.8 представляет собой блок-схему последовательности операций способа по увеличению объемного коэффициента полезного действия поршневого компрессора в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения и
Фиг. 9 представляет собой блок-схему последовательности операций способа модернизации поршневого компрессора для удаления текучей среды из камеры во время фазы расширения цикла сжатия в соответствии с другим иллюстративным вариантом выполнения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Нижеследующее описание иллюстративных вариантов выполнения приводится со ссылкой на прилагаемые чертежи. Одни и те же номера позиций на разных чертежах обозначают одинаковые или подобные элементы. Нижеследующее подробное описание не ограничивает изобретение. Вместо этого объем изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения. Последующие варианты выполнения для простоты описаны в отношении терминологии и конструкции поршневых компрессоров, используемых в нефтяной и газовой промышленности. Тем не менее, варианты выполнения, которые будут обсуждаться в последующем, не ограничиваются этим оборудованием, но могут быть применены к другому оборудованию.
Ссылка в настоящем описании на «один вариант выполнения» или «вариант выполнения» означает, что конкретный признак, конструкция или характеристика, описанные в связи с вариантом выполнения, включены по меньшей мере в один вариант выполнения раскрытого предмета изобретения. Таким образом, появление фразы «в одном варианте выполнения» или «в варианте выполнения» в различных местах по всему описанию не обязательно относится к одному и тому же варианту выполнения. Кроме того, конкретные признаки, конструкции или характеристики могут быть объединены любым подходящим образом в одном или нескольких вариантах выполнения.
В некоторых вариантах выполнения, описанных ниже, объемный коэффициент полезного действия поршневого компрессора увеличен благодаря использованию клапана синхронизации, открытого во время фазы расширения цикла сжатия, чтобы обеспечить возможность выхода текучей среды из камеры поршневого компрессора. Клапан синхронизации соединен с объемом текучей среды, имеющим давление разгрузки, которое ниже, чем давление текучей среды в камере.
На Фиг. 3 проиллюстрирован поршневой компрессор 100, выполненный в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения. Поршневой компрессор 100 имеет одну камеру 110. Тем не менее, настоящая концепция изобретения также применима к двухкамерным поршневым компрессорам.
Поршень 120 совершает возвратно-поступательное перемещение, чтобы сжимать текучую среду внутри камеры 110. Поршню 120 передается возвратно-поступательное движение от коленчатого вала 125. Поршень 120 перемещается в направлении к головному концу 115 камеры 110 и от него. Другими словами, головной конец 115 перпендикулярен направлению, вдоль которого перемещается поршень 120.
Предназначенная для сжатия текучая среда поступает в камеру 110 через всасывающий клапан 130 из всасывающего канала 135. После сжатия текучая среда удаляется из камеры 110 через нагнетательный клапан 140 по направлению к нагнетательному каналу 145. В показанном варианте выполнения всасывающий клапан 130 и нагнетательный клапан 145 расположены на головном конце 115 камеры 110.
Клапан 150 синхронизации выполнен с возможностью обеспечения выхода текучей среды из камеры во время фазы расширения цикла сжатия в камере 110. Клапан 150 синхронизации приводится в действие с помощью исполнительного механизма 160. Клапан 150 синхронизации расположен между камерой 110 и объемом текучей среды, имеющей давление разгрузки, которое меньше, чем давление в камере 110. На Фиг. 3 клапан 150 синхронизации показан соединенным со всасывающим клапаном 135, но в других вариантах выполнения клапаны синхронизации могут быть соединены по-разному с отдельным объемом текучей среды, имеющей давление разгрузки, которое ниже, чем давление в камере 110, когда клапан 150 синхронизации открыт.
Клапан 150 синхронизации представляет собой приводной клапан. Усилие, необходимое для открытия клапана синхронизации, пропорционально разности давлений между противоположными сторонами клапана 150 синхронизации и проходному сечению потока клапана 150 синхронизации. В целях создания большой силы необходим большой (в отношении объема) исполнительный механизм. Таким образом, площадь проходного сечения потока клапана 150 синхронизации меньше (даже существенно меньше), чем площадь проходного сечения потока всасывающего клапана 130, так чтобы было можно открыть клапан 150 синхронизации с помощью небольшого (в отношении объема) исполнительного механизма 160.
Контроллер 170 управляет исполнительным механизмом 160 для открытия клапана 170 синхронизации во время фазы расширения цикла сжатия. Чем меньше сила, которую должен обеспечить исполнительный механизм 160, чтобы открыть клапан 150, тем раньше может быть открыт клапан 150 синхронизации. Контроллер 170 управляет исполнительным механизмом 160 для закрытия клапана 150 синхронизации после того, как давление в камере 110 становится равным давлению разгрузки, или после того, как всасывающий клапан 130 откроется. Клапан 150 синхронизации должен быть закрыт до конца фазы всасывания цикла сжатия. Так как в варианте выполнения, показанном на Фиг. 3, клапан 150 синхронизации соединен со всасывающим каналом 135, давление разгрузки равно давлению Р2 всасывания.
Всасывающий клапан 130 может представлять собой автоматический клапан, открывающийся, когда давление в камере по существу равно давлению текучей среды во всасывающем канале, причем всасывающий клапан расположен между камерой и всасывающим каналом. Тем не менее всасывающий клапан может также представлять собой приводной клапан, при этом его исполнительный механизм (не показан) может управляться контроллером 170.
График давления от объема, показанный на Фиг. 4, иллюстрирует эффект от использования клапана 150 синхронизации. Если клапан синхронизации не используется, как показано на Фиг. 2, то фаза 1 расширения представляет собой политропный процесс, pVn=const (в идеале n=γ для адиабатического процесса), который заканчивается, когда давление в камере достигает давления Р2 всасывания, приводя к срабатыванию и открытию всасывающего клапана 130. Клапан 150 синхронизации открывается, когда давление в камере равно РА (точка А на графике) за счет силы, создаваемой исполнительным механизмом 160. Если площадь проходного сечения потока клапана 150 синхронизации большая, или же поршень 120 не продолжил перемещение после открытия клапана синхронизации (т.е., объем камеры 110 оставался постоянным), то вместо политропного процесса в камере 110 будет иметь место изохорный процесс А-А' (т.е. давление будет падать при постоянном объеме VA, что показано на графике в виде вертикальной линии).
Однако, в действительности, площадь проходного сечения потока клапана 150 синхронизации мала и поршень 120 продолжает перемещение после того, как клапан синхронизации открыт. Давление внутри камеры 110 падает за счет перемещения поршня 120, увеличивающего объем камеры 110, и потому, что текучая среда выходит из камеры 110 через клапан 150 синхронизации. Линия А-А'' на графике представляет зависимость давления от объема после открытия клапана 150 синхронизации. Линия А-А'' расположена между кривой A-(P2, V2), соответствующей расширению без открытия клапана синхронизации, а вертикальная линия А-А' соответствует изохорическому процессу. Это расширение, которое происходит во время открытия клапана 150 синхронизации, быстрее (по сравнению с тем, когда клапан синхронизации не открыт) приводит к достижению давления внутри камеры 110, равному давлению Р2 всасывания. Кроме того, объем
Figure 00000001
 в конце расширения при использовании клапана синхронизации меньше, чем объем V2 в конце фазы расширения без использования клапана синхронизации. Поскольку
Figure 00000002
, объемный коэффициент полезного действия (который представляет собой соотношение между объемом камеры, проходимым поршнем поршневого компрессора во время фазы всасывания, и общим объемом, проходимым поршнем во время цикла сжатия) возрастает.
В некоторых вариантах выполнения в поршневом компрессоре используется несколько клапанов синхронизации. Например, на Фиг. 5 показано расположение клапанов синхронизации на головном конце 215 однокамерного или двухкамерного поршневого компрессора. В этом устройстве два клапана 250 и 255 синхронизации расположены по существу симметрично относительно средней линии «О» головного конца 215. Всасывающий клапан 230 и нагнетательный клапан 240 также расположены по существу симметрично относительно средней линии «О» головного конца 215.
Поршневой компрессор 100, показанный на Фиг. 3, представляет собой поршневой компрессор, имеющий одну камеру. Тем не менее, та же изобретательская идея может быть применена к двухкамерному поршневому компрессору, имеющему цилиндр, разделенный поршнем на две камеры. Клапан синхронизации может быть предусмотрен для одной или обеих камер двухкамерного поршневого компрессора. Два всасывающих клапана 330 и 332, два нагнетательных клапана 340 и 342 и клапан 350 синхронизации могут быть расположены на головном конце 315 двухкамерного поршневого компрессора, как показано на Фиг. 6.
Клапаны могут быть расположены на головном конце и/или на конце со стороны кривошипно-шатунного механизма двухкамерного поршневого компрессора. Два всасывающих клапана 430 и 432, два нагнетательных клапана 440 и 442 и два клапана 450 и 452 синхронизации могут быть расположены на конце 416 со стороны кривошипно-шатунного механизма двухкамерного поршневого компрессора, как показано на Фиг. 7. Головной конец и конец со стороны кривошипно-шатунного механизма двухкамерного поршневого компрессора по существу перпендикулярны направлению, вдоль которого перемещается поршень. Конец 416 имеет дополнительное отверстие 418, через которое поршню передается возвратно-поступательное перемещение (например, от коленчатого вала через штанги и траверсы).
Тем не менее, в еще одном варианте выполнения (1) всасывающий клапан, нагнетательный клапан и клапан синхронизации одной камеры могут быть расположены на головном конце цилиндра двухкамерного поршневого компрессора, а (2) всасывающий клапан, нагнетательный клапан и клапан синхронизации другой камеры могут быть расположены на конце со стороны кривошипно-шатунного механизма цилиндра.
Блок-схема последовательности операций способа 500 повышения объемного коэффициента полезного действия поршневого компрессора показана на Фиг. 8. Способ 500 включает, на этапе S510, установку клапана синхронизации, расположенного между камерой поршневого компрессора и объемом текучей среды при давлении разгрузки. Кроме того, способ 500 включает, на этапе S520, управление открытием клапана синхронизации во время фазы расширения цикла сжатия, выполняемого внутри камеры, когда давление разгрузки меньше, чем давление внутри камеры. Клапан синхронизации имеет площадь проходного сечения потока, которая меньше, чем площадь проходного сечения потока всасывающего клапана поршневого компрессора.
Существующие поршневые компрессоры могут быть модернизированы для увеличения их объемного коэффициента полезного действия. Блок-схема последовательности операций способа 600 модернизации поршневого компрессора для удаления текучей среды из камеры во время фазы расширения цикла сжатия проиллюстрирована на Фиг. 9. Способ 600 включает, на этапе S610, установку клапана синхронизации в камеру, причем клапан синхронизации размещают между камерой и объемом текучей среды при давлении разгрузки. Способ 600 дополнительно включает, на этапе S620, установку исполнительного механизма, выполненного с возможностью приведения в действие клапана синхронизации, и, на этапе S630, соединение контроллера с исполнительным механизмом. Контроллер выполнен с возможностью управления исполнительным механизмом таким образом, что клапан синхронизации должен открываться во время фазы расширения цикла сжатия, когда давление в камере больше, чем давление разгрузки. Клапан синхронизации может быть соединен с всасывающим каналом, к которому также подсоединен всасывающий клапан поршневого компрессора. Площадь проходного сечения потока клапана синхронизации может быть значительно меньше, чем площадь проходного сечения потока всасывающего клапана камеры.
Раскрытые иллюстративные варианты выполнения обеспечивают способы и устройства, используемые в поршневых компрессорах, чтобы увеличить объем всасывания (и, таким образом, объемный коэффициент полезного действия), и для снижения эффекта, связанного с объемом мертвого пространства, путем использования клапана синхронизации, который приводится в действие, чтобы открываться во время фазы расширения цикла сжатия. Следует иметь в виду, что это описание не предназначено для ограничения изобретения. Напротив, иллюстративные варианты выполнения предназначены для охвата альтернатив, модификаций и эквивалентов, которые включены в рамки сущности и объема изобретения, как определено прилагаемой формулой изобретения. Кроме того, в подробном описании иллюстративных вариантов выполнения изложены многочисленные конкретные детали, для того чтобы обеспечить полное понимание заявленного изобретения. Тем не менее, специалисту в данной области техники должно быть понятно, что различные варианты выполнения могут применяться на практике и без этих конкретных деталей.
Хотя признаки и элементы настоящих иллюстративных вариантов выполнения описаны в вариантах выполнения в конкретных комбинациях, каждый признак или элемент может быть использован отдельно без других признаков и элементов вариантов выполнения, или в различных комбинациях с другими раскрытыми здесь признаками и элементами, или без них.
Это описание использует примеры предмета изобретения, раскрытого здесь, чтобы обеспечить любому специалисту в данной области техники возможность использовать изобретение на практике, в том числе изготавливать и использовать любые устройства или системы, и осуществлять любые включенные способы. Патентоспособный объем предмета изобретения определяется формулой изобретения и может включать другие примеры, которые будут очевидны специалистам в данной области техники. Такие другие примеры предназначены находиться в пределах объема формулы изобретения.

Claims (30)

1. Поршневой компрессор, содержащий:
камеру, внутри которой сжимается текучая среда, поступающая в камеру через всасывающий клапан, при этом сжатая текучая среда удаляется из камеры через нагнетательный клапан,
клапан синхронизации, расположенный между камерой и объемом текучей среды при давлении разгрузки, которое ниже, чем давление в камере, когда клапан синхронизации открыт,
исполнительный механизм, выполненный с возможностью приведения в действие клапана синхронизации,
контроллер, выполненный с возможностью управления исполнительным механизмом с обеспечением открытия клапана синхронизации во время фазы расширения цикла сжатия и закрытия клапана синхронизации, когда давление разгрузки становится равным давлению в камере или когда всасывающий клапан открыт.
2. Поршневой компрессор по п. 1, в котором площадь проходного сечения клапана синхронизации меньше, чем площадь проходного сечения всасывающего клапана.
3. Поршневой компрессор по п. 1, в котором клапан синхронизации расположен на головном конце камеры, причем головной конец, по существу, перпендикулярен направлению, вдоль которого перемещается поршень.
4. Поршневой компрессор по п. 1, дополнительно содержащий:
второй клапан синхронизации, выполненный с обеспечением возможности выхода текучей среды из камеры во время фазы расширения цикла сжатия, причем площади проходного сечения указанного клапана синхронизации и указанного второго клапана синхронизации, по существу, меньше, чем площадь проходного сечения потока всасывающего клапана, и
второй исполнительный механизм, выполненный с возможностью открытия указанного второго клапана синхронизации, причем контроллер дополнительно выполнен с возможностью управления указанным вторым исполнительным механизмом (1) с обеспечением открытия указанного второго клапана синхронизации во время фазы расширения цикла сжатия во второй камере с обеспечением, тем самым, возможности выхода из нее текучей среды и (2) с обеспечением закрытия указанного второго клапана синхронизации, когда давление разгрузки становится равным давлению во второй камере или когда указанный второй всасывающий клапан открыт.
5. Поршневой компрессор по п. 4, в котором выполнено по меньшей мере одно из следующих условий:
указанный клапан синхронизации и указанный второй клапан синхронизации имеют, по существу, равные площади проходного сечения,
контроллер выполнен с возможностью управления указанным исполнительным механизмом и указанным вторым исполнительным механизмом с обеспечением открытия указанного клапана синхронизации и указанного второго клапана синхронизации, по существу, в один и тот же момент, и
указанные всасывающий клапан, нагнетательный клапан, клапан синхронизации и второй клапан синхронизации расположены на головном конце камеры, который, по существу, перпендикулярен направлению, вдоль которого перемещается поршень.
6. Поршневой компрессор по п. 1, в котором клапан синхронизации и всасывающий клапан присоединены между камерой и всасывающим каналом, через который предназначенная для сжатия текучая среда подается в камеру.
7. Поршневой компрессор по п. 1, в котором:
поршневой компрессор представляет собой двухкамерный поршневой компрессор, имеющий цилиндр, разделенный поршнем на две камеры, причем указанная камера и вторая камера выполнены с возможностью увеличения давления текучей среды, поступающей во вторую камеру через второй всасывающий клапан и удаляемой из указанной второй камеры через второй нагнетательный клапан, и
указанные всасывающий клапан, второй всасывающий клапан, нагнетательный клапан, второй нагнетательный клапан и клапан синхронизации расположены на головном конце цилиндра, причем головной конец, по существу, перпендикулярен направлению, вдоль которого перемещается поршень.
8. Поршневой компрессор по п. 1, который:
представляет собой двухкамерный поршневой компрессор, имеющий цилиндр, разделенный поршнем на две камеры, причем указанная камера и вторая камера выполнены с возможностью увеличения давления текучей среды, поступающей в указанную вторую камеру через второй всасывающий клапан и удаляемой из указанной второй камеры через второй нагнетательный клапан,
причем компрессор дополнительно содержит второй клапан синхронизации, выполненный с обеспечением возможности выхода текучей среды из указанной второй камеры во время фазы расширения цикла сжатия в указанной второй камере, и
(A) указанные всасывающий клапан, второй всасывающий клапан, нагнетательный клапан, второй нагнетательный клапан, клапан синхронизации и второй клапан синхронизации расположены на головном конце или на конце со стороны кривошипно-шатунного механизма цилиндра, или
(B) указанные всасывающий клапан, нагнетательный клапан и клапан синхронизации расположены на головном конце цилиндра, а указанные второй всасывающий клапан, второй нагнетательный клапан и второй клапан синхронизации расположены на конце со стороны кривошипно-шатунного механизма цилиндра.
9. Способ увеличения объемного коэффициента полезного действия поршневого компрессора, включающий:
обеспечение клапана синхронизации, расположенного между камерой поршневого компрессора и объемом текучей среды при давлении разгрузки,
управление открытием клапана синхронизации во время фазы расширения цикла сжатия, выполняемого внутри камеры, когда давление разгрузки меньше, чем давление внутри камеры, причем проходное сечение клапана синхронизации меньше, чем проходное сечение всасывающего клапана поршневого компрессора.
10. Способ модернизации компрессора для удаления текучей среды из камеры во время фазы расширения цикла сжатия, включающий:
обеспечение клапана синхронизации, расположенного между камерой и объемом текучей среды при давлении разгрузки,
установку исполнительного механизма, выполненного с возможностью приведения в действие клапана синхронизации, и
присоединение контроллера к исполнительному механизму, причем контроллер выполнен с возможностью управления исполнительным механизмом с обеспечением открытия клапана синхронизации во время фазы расширения цикла сжатия, когда давление в камере больше, чем давление разгрузки.
RU2014123159A 2011-12-22 2012-12-13 Поршневой компрессор с клапаном синхронизации и связанный с ним способ RU2622729C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ITCO2011A000071 2011-12-22
IT000071A ITCO20110071A1 (it) 2011-12-22 2011-12-22 Compressori alternativi aventi valvole temporizzate e relativi metodi
PCT/EP2012/075438 WO2013092390A1 (en) 2011-12-22 2012-12-13 Reciprocating compressors having timing valves and related methods

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014123159A RU2014123159A (ru) 2016-02-10
RU2622729C2 true RU2622729C2 (ru) 2017-06-19

Family

ID=45614902

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014123159A RU2622729C2 (ru) 2011-12-22 2012-12-13 Поршневой компрессор с клапаном синхронизации и связанный с ним способ

Country Status (12)

Country Link
US (1) US10711776B2 (ru)
EP (1) EP2795125A1 (ru)
JP (1) JP6179006B2 (ru)
KR (1) KR101996628B1 (ru)
CN (1) CN104066985A (ru)
BR (1) BR112014015560A8 (ru)
CA (1) CA2859277C (ru)
IN (1) IN2014CN04463A (ru)
IT (1) ITCO20110071A1 (ru)
MX (1) MX2014007679A (ru)
RU (1) RU2622729C2 (ru)
WO (1) WO2013092390A1 (ru)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105889050B (zh) * 2015-04-14 2019-02-19 康茨（上海）压缩机技术服务有限公司 一种用于活塞压缩机气阀智能启闭控制方法
ITUB20150797A1 (it) 2015-05-22 2016-11-22 Nuovo Pignone Tecnologie Srl Valvola per un compressore alternativo
US11339778B2 (en) 2016-11-14 2022-05-24 I-Jack Technologies Incorporated Gas compressor and system and method for gas compressing
NO20181659A1 (en) * 2018-12-20 2020-06-22 Diinef As Hydraulic machine with controllable valves and method for idling such a hydraulic machine
CN111075682A (zh) * 2019-12-26 2020-04-28 龚明瀚 一种使用曲柄传动的压缩机结构
CA3074365A1 (en) 2020-02-28 2021-08-28 I-Jack Technologies Incorporated Multi-phase fluid pump system
AT525119B1 (de) * 2021-05-10 2023-04-15 Hoerbiger Wien Gmbh Kolbenkompressor mit variabler Kapazitätsregelung
US20230041180A1 (en) * 2021-08-04 2023-02-09 Carrier Corporation Economizer injection in a reciprocating compressor
US20230127613A1 (en) * 2021-09-23 2023-04-27 I-Jack Technologies Incorporated Compresser for pumping fluid having check valves aligned with fluid ports
US11519403B1 (en) * 2021-09-23 2022-12-06 I-Jack Technologies Incorporated Compressor for pumping fluid having check valves aligned with fluid ports

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4480965A (en) * 1981-10-09 1984-11-06 Diesel Kiki Co., Ltd. Capacity modulation device for compressor
CN201953605U (zh) * 2010-12-17 2011-08-31 靳北彪 放出式高效气体压缩机
RU2435065C2 (ru) * 2006-04-20 2011-11-27 СТЕРМАН ДИДЖИТАЛ СИСТЕМЗ, ЭлЭлСи Двигатели с высокими эксплуатационными характеристиками и малыми выбросами, многоцилиндровые двигатели и способы их эксплуатации

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1938472A (en) * 1931-01-19 1933-12-05 Wainwright Charles Compressor
FR1030602A (fr) * 1950-08-09 1953-06-16 Dujardin & Cie Sa Des Ets Dispositif de réglage progressif du débit des compresseurs d'air
US2655306A (en) * 1951-04-19 1953-10-13 Power Brake Parts Mfg Company Air compressor system
DK113166B (da) 1965-03-11 1969-02-24 Gram Brdr As Totrinskompressor.
US3366062A (en) * 1966-04-25 1968-01-30 Cooper Ind Inc Pump unloading device
US3523745A (en) * 1968-05-20 1970-08-11 Air Reduction Vent valve
JPS5441724B2 (ru) * 1971-10-11 1979-12-10
US3998570A (en) * 1975-04-23 1976-12-21 General Motors Corporation Air conditioning compressor
US3972652A (en) * 1975-05-14 1976-08-03 Dresser Industries, Inc. Variable volume clearance chamber for compressors
US4373870A (en) * 1980-07-17 1983-02-15 General Motors Corporation Variable capacity positive displacement type compressor
FR2507798B1 (fr) 1981-06-11 1985-05-31 Robatel Slpi Dispositif limiteur de couple pour machine a cuve tournante et a vis transporteuse interieure
JPS5848993U (ja) 1981-09-29 1983-04-02 日野自動車株式会社 エアコンプレツサ
JPS58102787U (ja) 1981-12-29 1983-07-13 日野自動車株式会社 エアコンプレツサ
US4737080A (en) * 1986-11-17 1988-04-12 Ball Valve Company Valve assembly
US5056036A (en) * 1989-10-20 1991-10-08 Pulsafeeder, Inc. Computer controlled metering pump
JPH08105387A (ja) 1994-10-04 1996-04-23 Mitsubishi Motors Corp エアコンプレッサ装置
JPH08310371A (ja) * 1995-05-19 1996-11-26 Toyota Motor Corp ブレーキ液圧制御装置
US6289932B1 (en) * 1999-06-28 2001-09-18 Nor-Cal Products, Inc. Dual port soft start valve
US6607366B2 (en) * 2000-01-12 2003-08-19 Gas And Air Specialty Products, Inc. Variable clearance system for reciprocating compressors
KR100491602B1 (ko) * 2002-05-11 2005-05-27 삼성광주전자 주식회사 왕복동식 압축기의 이중 실린더장치
EP1616098A4 (en) * 2003-04-22 2011-04-27 Conrader R Co AIR COMPRESSORS WITH INTAKE MANAGEMENT MECHANISM AND AUTOMATIC INTAKE MANAGEMENT MECHANISM
US8826680B2 (en) * 2005-12-28 2014-09-09 Johnson Controls Technology Company Pressure ratio unload logic for a compressor
US20090041588A1 (en) * 2007-08-08 2009-02-12 Halliburton Energy Services, Inc. Active valve system for positive displacement pump
DE102007051940A1 (de) * 2007-10-29 2009-04-30 Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Aufgeladener Kompressor und Verfahren zur Steuerung eines aufgeladenen Kompressors
GB0811385D0 (en) * 2008-06-20 2008-07-30 Artemis Intelligent Power Ltd Fluid working machines and method
US20100256927A1 (en) * 2009-04-06 2010-10-07 General Electric Company Methods of Detecting Valve Closure in Reciprocating Compressors
US20130091835A1 (en) * 2011-10-14 2013-04-18 Sustainx, Inc. Dead-volume management in compressed-gas energy storage and recovery systems

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4480965A (en) * 1981-10-09 1984-11-06 Diesel Kiki Co., Ltd. Capacity modulation device for compressor
RU2435065C2 (ru) * 2006-04-20 2011-11-27 СТЕРМАН ДИДЖИТАЛ СИСТЕМЗ, ЭлЭлСи Двигатели с высокими эксплуатационными характеристиками и малыми выбросами, многоцилиндровые двигатели и способы их эксплуатации
CN201953605U (zh) * 2010-12-17 2011-08-31 靳北彪 放出式高效气体压缩机

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013092390A1 (en) 2013-06-27
KR20140107286A (ko) 2014-09-04
RU2014123159A (ru) 2016-02-10
KR101996628B1 (ko) 2019-07-04
US20140377081A1 (en) 2014-12-25
CA2859277C (en) 2019-09-24
CA2859277A1 (en) 2013-06-27
JP6179006B2 (ja) 2017-08-16
BR112014015560A2 (pt) 2017-06-13
JP2015505001A (ja) 2015-02-16
ITCO20110071A1 (it) 2013-06-23
MX2014007679A (es) 2014-11-14
EP2795125A1 (en) 2014-10-29
US10711776B2 (en) 2020-07-14
IN2014CN04463A (ru) 2015-09-04
BR112014015560A8 (pt) 2017-07-04
CN104066985A (zh) 2014-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2622729C2 (ru) Поршневой компрессор с клапаном синхронизации и связанный с ним способ
US20110116957A2 (en) Reciprocating pump
RU2601397C2 (ru) Дифференциальный клапан, тарельчатый клапан, поршневой компрессор, способ уменьшения или подавления резонансного распространения ударной волны в пружине в дифференциальном клапане и способ работы поршневого компрессора
KR101390770B1 (ko) 스플릿-사이클 엔진을 위한 터보차지되고 소형화된 압축 실린더
EA007478B1 (ru) Поршневая машина
ITCO20110072A1 (it) Valvole con elemento di chiusura valvolare collegato alla contro-sede attuata e relativi metodi
RU2616144C2 (ru) Поворотные клапаны с уплотнительными профилями между статором и ротором и связанные с ними способы
RU2566858C1 (ru) Способ привода клапанов трёхклапанного газораспределителя двигателя внутреннего сгорания гидравлической системой привода с зарядкой гидроаккумулятора системы привода жидкостью из компенсационного гидроаккумулятора
CN102661237B (zh) 一种半主动配流式液压自由活塞发动机
RU2618362C2 (ru) Сильфонный насос
RU2560649C1 (ru) Поршневой насос-компрессор
CN102691487A (zh) 复波管
RU2607442C2 (ru) Способ использования эффекта импульсного наддува, устройство для осуществления этого способа и способ модификации установки с поршневым компрессором
CN114934890B (zh) 一种液压驱动压缩机
RU2566855C1 (ru) Способ привода клапанов трёхклапанного газораспределителя двигателя внутреннего сгорания пневматической системой привода с зарядкой пневмоаккумулятора системы привода газом из компенсационного пневмоаккумулятора
RU2770341C2 (ru) Поршневой одноступенчатый компрессор высокого давления
EP2407651A1 (en) Method for increasing sucked air-fuel fluid amount in two-stroke engines to obtain a higher power and engine using said method
RU2576772C1 (ru) Способ управления рециркуляцией выхлопных газов в двигателе внутреннего сгорания системой пневматического привода двухклапанного газораспределителя с зарядкой пневмоаккумулятора системы газом из компенсационного пневмоаккумулятора
RU2560650C1 (ru) Пневмогидравлический агрегат
RU131817U1 (ru) Поршневой компрессор
KR101331285B1 (ko) 가변 용량 압축기의 용량제어밸브
RU2472033C2 (ru) Устройство для запуска глубинного насоса в работу
RU2031242C1 (ru) Пневмонасос
IT201600103652A1 (it) Motore a combustione interna

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201214