RU2683051C1 - Method of operating piston pump-compressor and device therefor - Google Patents
Method of operating piston pump-compressor and device therefor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2683051C1 RU2683051C1 RU2018118098A RU2018118098A RU2683051C1 RU 2683051 C1 RU2683051 C1 RU 2683051C1 RU 2018118098 A RU2018118098 A RU 2018118098A RU 2018118098 A RU2018118098 A RU 2018118098A RU 2683051 C1 RU2683051 C1 RU 2683051C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- cavity
- suction
- gas
- compressor
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 43
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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
- F04B19/00—Machines or pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B17/00
- F04B19/04—Pumps for special use
- F04B19/06—Pumps for delivery of both liquid and elastic fluids at the same time
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Compressor (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области насосо- и компрессоростроения и может быть использовано при создании гибридных поршневых машин объемного действия преимущественно малой и средней производительности, предназначенных для сжатия и подачи потребителю одновременно или попеременно жидкостей и газов.The invention relates to the field of pump and compressor engineering and can be used to create hybrid reciprocating volumetric machines with mainly small and medium capacity, designed to compress and supply to the consumer simultaneously or alternately liquids and gases.
Известна конструкция поршневого насоса-компрессора, содержащая цилиндр, поршень, клапана. Рабочие камеры конструктивно расположены над и под поршнем. Способ работы такой конструкции заключается в попеременном сжатии и подаче потребителю газа из надпоршневой полости, сжатии жидкости в подпоршневой полости и подаче ее потребителю (см. патент РФ №118371, МКИ F04B 19/06 от 20.07.2012).A known design of a piston pump compressor comprising a cylinder, piston, valve. The working chambers are structurally located above and below the piston. The method of operation of this design is to alternately compress and supply gas to the consumer from the supra-piston cavity, compress the fluid in the sub-piston cavity and supply it to the consumer (see RF patent No. 118371, MKI F04B 19/06 of 20.07.2012).
Известна также конструкция поршневого насоса-компрессора, состоящая из цилиндра, поршня и клапанов, в которой рабочие камеры так же располагаются над и под поршнем. Способ работы заключается в попеременном всасывании, сжатии и подаче потребителю газа из надпоршневой полости, и всасывании и сжатии жидкости в подпоршневой полости и подаче ее потребителю, причем подача сжатого газа потребителю осуществляется через самодействующий нагнетательный клапан и линию нагнетания газа, а подача жидкости потребителю осуществляется через линию нагнетания жидкости (см., например, Патент РФ №125635 на полезную модель «Поршневой насос-компрессор», МПК F04B 19/06, заявл. 24.09.2012, опубл. 10.03.2013).Also known is the design of a piston pump-compressor, consisting of a cylinder, a piston and valves, in which the working chambers are also located above and below the piston. The method of operation consists in alternately sucking, compressing and supplying gas to the consumer from the supra-piston cavity, and sucking and compressing the liquid in the subpiston cavity and supplying it to the consumer, the compressed gas being supplied to the consumer through a self-acting discharge valve and gas injection line, and the liquid is supplied to the consumer through fluid injection line (see, for example, RF Patent No. 125635 for the utility model “Piston Pump-Compressor”, IPC F04B 19/06, filed September 24, 2012, published March 10, 2013).
Недостатком известных конструкций и их способов работы является узкий диапазон производительности насосной и компрессорной полости, так как из-за большой инерционности жидкости нельзя увеличивать скорость движения поршня, что сказывается на производительности компрессорной полости.A disadvantage of the known structures and their methods of operation is a narrow range of pumping capacity and compressor cavity, since due to the large inertia of the fluid, the piston speed cannot be increased, which affects the performance of the compressor cavity.
Так же значимым недостатком является невозможность работы с жидкостями под высоким давлением, т.к. это давление находится в картере машины, что чрезвычайно затрудняет уплотнение приводного коленчатого вала, а также плоских стыков конструкции (например - стыка между цилиндром и картером). Кроме того, при высоком давлении жидкости (выше 5 МПа) к материалу картера (а это обычно - литье) предъявляются большие требования по прочности, что усложняет технологию отливки, либо его стенки приходится делать большой толщины, что ухудшает такой показатель, как материалоемкость конструкции. Следует также отметить сравнительно большие утечки газа через зазор между поршнем и цилиндром в процессе сжатия-нагнетания в компрессорной полости, т.к. в это время в насосной полости, отделенной от компрессорной полости зазором, происходит процесс всасывания, т.е. давление жидкости низкое, и она не может препятствовать утечкам газа. В то же время в процессе сжатия-нагнетания жидкости, когда в компрессорной полости происходит всасывание, жидкость может проникать через зазор между поршнем и цилиндром в больших количествах и загрязнять сжимаемый газ, и даже приводить к гидроудару.Another significant drawback is the inability to work with liquids under high pressure, because this pressure is located in the crankcase, which makes it extremely difficult to seal the drive crankshaft, as well as flat joints of the structure (for example, the joint between the cylinder and the crankcase). In addition, at high fluid pressure (above 5 MPa), the crankcase material (and this is usually casting) has great strength requirements, which complicates the casting technology, or its walls have to be made thick, which worsens an indicator such as the material consumption of the structure. It should also be noted relatively large gas leaks through the gap between the piston and the cylinder during compression-injection in the compressor cavity, because at this time, a suction process takes place in the pump cavity, separated by a gap from the compressor cavity, i.e. fluid pressure is low and cannot prevent gas leaks. At the same time, in the process of compression-injection of the liquid, when suction occurs in the compressor cavity, the liquid can penetrate through the gap between the piston and the cylinder in large quantities and contaminate the compressible gas, and even lead to water hammer.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей в сторону увеличения удельной производительности, снижение массы конструкции, повышение КПД компрессорной полости, а также снижение затрат на работу системы охлаждения.The objective of the invention is to expand the functionality in the direction of increasing specific productivity, reducing the mass of the structure, increasing the efficiency of the compressor cavity, as well as reducing the cost of operating the cooling system.
Указанная задача изобретения достигается тем, что в известном способе работы насоса-компрессора согласно изобретению, всасывание и нагнетание жидкости происходит путем изменения давления в компрессорной полости.This objective of the invention is achieved by the fact that in the known method of operation of the pump-compressor according to the invention, the absorption and injection of liquid occurs by changing the pressure in the compressor cavity.
Для осуществления указанного способа в поршневом насос-компрессоре, содержащем цилиндр с установленным в нем поршнем, компрессорной и насосной полостями, соединенными с линиями всасывания газа через всасывающие самодействующие клапаны, и с линиями нагнетания газа через нагнетательные самодействующие клапаны, а с линиями всасывания и нагнетания жидкости через соответствующие гидродиоды. Поршень делит компрессорную полость на две части, насосная и одна из компрессорных полостей расположены под поршнем, привод поршня может находиться вверху или внизу. Компрессорная полость в данной конструкции работает по принципу работы компрессора двухстороннего действия.To implement this method in a piston pump compressor containing a cylinder with a piston installed in it, compressor and pump cavities connected to gas suction lines through self-acting self-acting valves, and with gas injection lines through self-acting pressure valves, and with liquid suction and discharge lines through the corresponding hydrodiodes. The piston divides the compressor cavity into two parts, the pump and one of the compressor cavities are located under the piston, the piston drive can be located at the top or bottom. The compressor cavity in this design works according to the principle of operation of a double-acting compressor.
В результате данных конструкционных изменений, насос-компрессор может работать с частотой вращения поршневого компрессора и сократить, таким образом, его габариты, повысить удельную производительность. Благодаря отсутствию клапанов в насосной полости, решена проблема инерционности клапанов при высоких частотах работы насос-компрессора. Непосредственный контакт жидкости со сжимаемым газом позволяет эффективно охлаждать насос-компрессор.As a result of these structural changes, the pump-compressor can work with the rotational speed of the reciprocating compressor and, thus, reduce its dimensions and increase the specific productivity. Due to the lack of valves in the pump cavity, the problem of the inertia of the valves at high frequencies of the pump-compressor is solved. Direct contact of the liquid with the compressible gas allows efficient cooling of the pump-compressor.
Сущность изобретения поясняется на примере работы конструктивного варианта насос-компрессора, схематично изображенного на чертежах.The invention is illustrated by the example of a constructive version of the pump compressor, schematically shown in the drawings.
На фиг. 1 изображена конструктивная схема поршневого насос-компрессора. Поршень находится в верхней мертвой точке (ВМТ) в самом начале хода вниз.In FIG. 1 shows a structural diagram of a piston pump compressor. The piston is at top dead center (TDC) at the very beginning of the down stroke.
На фиг. 2 изображена схема насос-компрессора в процессе движения поршня от ВМТ к нижней мертвой точке (НМТ).In FIG. 2 shows a diagram of a pump-compressor in the process of moving a piston from TDC to bottom dead center (BDC).
На фиг. 3 изображена схема насос-компрессора при достижении поршнем НМТ.In FIG. 3 shows a diagram of the pump compressor when the piston reaches the BDC.
На фиг. 4 изображена схема насос-компрессора при движении поршня от НМТ к ВМТ.In FIG. 4 shows a diagram of a pump compressor when the piston moves from BDC to TDC.
Насос-компрессор (фиг. 1) содержит цилиндр 1 с всасывающим 2 и нагнетательным 3 газовыми клапанами, соединенными соответственно с всасывающей 4 и нагнетательной 5 полостями. Всасывающий и нагнетательный жидкостные клапаны выполнены в виде пакетов гидродиодов соответственно 6 и 7, расположены в нижней части цилиндра 1 и соединены соответственно с всасывающей 8 и нагнетательной 9 полостями. Их минимальное гидравлическое сопротивление направлено от полости 8 всасывания жидкости в сторону полости 9 нагнетания жидкости.The compressor pump (Fig. 1) contains a
Поршень 10 со штоком 11 соединен с механизмом привода (на чертежах не показан) и размещен в цилиндре 1 с образованием надпоршневой 12 и подпоршневой 13 полости.The
Подпоршневая полость 13 соединена с газовой нагнетательной полостью 5 через дополнительный нагнетательный газовый клапан 14, размещенный между положением днища поршня 10 в нижней мертвой точке и нагнетательным газовым клапаном 3 надпоршневой полости 12, и частично заполнена жидкостью 15.The under-
Всасывающий и нагнетательный газовые клапаны 2 и 3 расположены ниже днища поршня 10 при его положении в ВМТ.Suction and
Способ работы поршневого насоса-компрессора осуществляется следующим образом (фиг. 1). При положении поршня 10 в ВМТ, газ и жидкость 15 в полости 13 находятся под давлением всасывания, газовые клапаны (2, 3, 14) закрыты, в «запертой» полости 12 газ находится в сжатом до некоторого, определяемого давлением нагнетания и объемом полости 12, давлении, которое выше давления нагнетания газа. В полости 9 жидкость находится под давлением нагнетания жидкости, в полости 8 жидкость находится под давлением всасывания жидкости, в полости 5 газ находится под давлением нагнетания газа.The method of operation of the piston pump compressor is as follows (Fig. 1). When the
Под действием перепада давления между полостями 9 и 8 жидкость течет через гидродиоды 7 из полости 9 в полость 13, и оттуда через гидродиоды 6 в полость 8. В связи с тем, что гидродиоды в этом направлении имеют большое гидравлическое сопротивление, этот расход жидкости очень мал, примерно половина его идет на пополнение количества жидкости 15 и увеличение ее уровня в полости 13, а половина - истекает в полость 8.Under the influence of the pressure difference between the
При движении поршня 10 вниз (фиг. 2) газ сжимается под поршнем в полости 13, а полость 12 увеличивается в объеме и давление в ней падает. Когда поршень 10 пересекает уровень клапана 2, давление в ней падает до давления всасывания, после чего при продолжающемся увеличении объема полости 12 в ней создается разрежение (этот момент и изображен на фиг. 2), открывается всасывающий газовый клапан 2, и газ начинает всасываться в полость 12.When the
При повышении давления газа в полости 13 повышается и давление жидкости 15 (оба давления одинаковы, т.к. между жидкостью и газом нет разделительного элемента), в результате чего жидкость 15 вытесняется одновременно через гидродиоды 6 и 7 в полости 8 и 9.With increasing gas pressure in the
В связи с тем, что в данном случае сопротивление гидродиодов 6 встречному потоку значительно больше, чем гидродиодов 7 попутному потоку, расход жидкости в основном направлен через гидродиоды 7 в сторону полости 9, т.е. в сторону нагнетания жидкости потребителю.Due to the fact that in this case the resistance of the
При достижении в полости 13 давления нагнетания газа, клапан 14 открывается, и сжатый газ из полости 13 поступает в полость 5 и далее -потребителю.When the gas injection pressure in the
При дальнейшем движении поршня к НМТ (фиг. 3) поршень 10 пересекает клапан 14, соединяя его с полостью 12, а т.к. давление в ней равно давлению всасывания, нагнетательный клапан 14 закрывается.With further movement of the piston to the BDC (Fig. 3), the
Остаток сжатого газа в полости 13 продолжает вытеснять жидкость 15 из полости 13.The remainder of the compressed gas in the
При достижении поршнем 10 положения НМТ все вышеописанные процессы оканчиваются.When the
При движении поршня 10 от НМТ к ВМТ (фиг. 4) сначала происходит полное расширение остатков сжатого в полости 13 газа, а затем, в связи с продолжающимся увеличением полости 13, в ней возникает разрежение, за счет которого, жидкость начинает всасываться в полость 13 из полости всасывания 8 и из полости нагнетания 9.When the
В связи с тем, что гидродиоды 6 оказывают попутному потоку малое сопротивление, а гидродиоды 7 встречному потоку - большое сопротивление, пополнение жидкости 14 происходит в основном за счет потока через гидродиоды 6 из полости всасывания 8. При этом уровень жидкости 15 растет, а в полости 13 поддерживается разрежение.Due to the fact that the
В это же время объем полости 12 уменьшается, давление газа в ней увеличивается, клапан 2 закрывается, и при достижении давления газа, равному давлению нагнетания, открывается нагнетательный клапан 3, и газ поступает в полость 5 и оттуда - потребителю.At the same time, the volume of the
При подходе поршня 10 к положению ВМТ он открывает доступ газу из полости всасывания 4 к полости 13, в которой давление намного ниже давления всасывания, в результате чего клапан 2 открывается, и газ заполняет свободное пространство полости 13.When the
Затем цикл работы насос-компрессора повторяется.Then the cycle of the pump-compressor is repeated.
Очевидно, что суммарный расход жидкости 14 при возвратно-поступательном движении поршня 10 направлен в сторону полости нагнетания 9 и далее - потребителю.Obviously, the total flow rate of the
Отсутствие клапанов с подвижными массивными элементами на линиях всасывания-нагнетания жидкости 15 позволяет довести частоту возвратно-поступательного движения поршня 10 до частоты, характерной для поршневых компрессоров, что примерно в 2 раза выше, чем применяемые частоты для поршневых насосов. Это дает возможность существенно сократить размеры и массу насос-компрессора, т.е. увеличить его удельную производительность.The absence of valves with movable massive elements on the suction-discharge lines of the
Постоянный непосредственный контакт жидкости 15 со сжимаемым газом позволяет существенно приблизить процесс сжатия газа в полости 13 к изотермическому, и повысить за счет этого КПД машины без каких-либо затрат на систему охлаждения.The constant direct contact of the
Таким образом, техническая задача изобретения - расширение функциональных возможностей в сторону увеличения удельной производительности, снижение массы конструкции, повышение КПД процесса сжатия-нагнетания газа, а также снижение затрат на работу системы охлаждения, полностью выполнена.Thus, the technical task of the invention is the expansion of functionality in the direction of increasing specific productivity, reducing the mass of the structure, increasing the efficiency of the gas compression-injection process, as well as reducing the cost of operating the cooling system, is fully implemented.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018118098A RU2683051C1 (en) | 2018-05-16 | 2018-05-16 | Method of operating piston pump-compressor and device therefor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018118098A RU2683051C1 (en) | 2018-05-16 | 2018-05-16 | Method of operating piston pump-compressor and device therefor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2683051C1 true RU2683051C1 (en) | 2019-03-26 |
Family
ID=65858810
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018118098A RU2683051C1 (en) | 2018-05-16 | 2018-05-16 | Method of operating piston pump-compressor and device therefor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2683051C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU192060U1 (en) * | 2019-05-22 | 2019-09-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) | Cooling system for heat-stressed components of heating devices |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU703675A1 (en) * | 1976-02-06 | 1979-12-15 | Предприятие П/Я В-2994 | Method of operating a pneumatic pump of the squeezing type |
SU1423814A1 (en) * | 1985-10-02 | 1988-09-15 | Предприятие П/Я А-3423 | Pneumatic replacement pump |
SU1585545A1 (en) * | 1986-07-28 | 1990-08-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Буровой Техники | Installation for injecting gas-liquid mixture |
RU12563U1 (en) * | 1999-11-02 | 2000-01-20 | Танов Михаил Харлампьевич | BOTTLE |
RU2538371C1 (en) * | 2013-08-20 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Operation of pump-compressor and device to this end |
-
2018
- 2018-05-16 RU RU2018118098A patent/RU2683051C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU703675A1 (en) * | 1976-02-06 | 1979-12-15 | Предприятие П/Я В-2994 | Method of operating a pneumatic pump of the squeezing type |
SU1423814A1 (en) * | 1985-10-02 | 1988-09-15 | Предприятие П/Я А-3423 | Pneumatic replacement pump |
SU1585545A1 (en) * | 1986-07-28 | 1990-08-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Буровой Техники | Installation for injecting gas-liquid mixture |
RU12563U1 (en) * | 1999-11-02 | 2000-01-20 | Танов Михаил Харлампьевич | BOTTLE |
RU2538371C1 (en) * | 2013-08-20 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Operation of pump-compressor and device to this end |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU192060U1 (en) * | 2019-05-22 | 2019-09-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) | Cooling system for heat-stressed components of heating devices |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU125635U1 (en) | PISTON PUMP COMPRESSOR | |
RU118371U1 (en) | PISTON PUMP COMPRESSOR | |
CN101408168A (en) | Double-operation diaphragm compressor | |
CN102678507A (en) | Double-acting hydraulic ejecting type vacuumizing and compressing device of double cylinders | |
RU2683051C1 (en) | Method of operating piston pump-compressor and device therefor | |
RU2578748C1 (en) | Piston compressor with independent liquid cooling | |
RU2578758C1 (en) | Piston pump-compressor | |
RU2644424C1 (en) | Hybrid machine with trunk piston | |
CN112983780A (en) | Oil supplementing pump oil supplementing liquid piston type compressor with high-speed switch valve | |
RU177393U1 (en) | Outboard compressor driven by rocking machine balancer | |
RU2538371C1 (en) | Operation of pump-compressor and device to this end | |
RU2518796C1 (en) | Machine of positive displacement action | |
CN202718822U (en) | Fourth-level gas booster compressor | |
CN201963527U (en) | Diaphragm pump and underlying water-bottle machine provided with same | |
US3619087A (en) | Free piston-type pump | |
RU2755967C1 (en) | Two-cylinder reciprocating compressor with autonomous liquid cooling | |
CN202732268U (en) | Vacuumizing and compressing device of double-acting hydraulic injection type double air cylinder | |
RU2220323C1 (en) | Compressor with hydraulic drive | |
RU2158379C1 (en) | Gas-liquid mixture charging device | |
RU124333U1 (en) | PISTON ROTARY COMPRESSOR WITH SEALING LIQUID | |
RU2565951C1 (en) | Operation of gas-fluid plant and device to this end | |
RU2565932C1 (en) | Method of operation of piston hydropneumatic unit and device for its implementation | |
KR20120102904A (en) | Gas compressor | |
RU2565943C1 (en) | Machine of positive displacement action | |
RU2614317C1 (en) | Operation method of piston vertical hybrid machine of dimensional action and method for its implementation |