RU2710108C1

RU2710108C1 - Hydraulic drive compressor

Info

Publication number: RU2710108C1
Application number: RU2019111936A
Authority: RU
Inventors: Антон Сергеевич Семыкин; Вадим Игоревич Чернобородов; Владимир Васильевич Кислицын
Original assignee: Владимир Васильевич Кислицын
Priority date: 2019-04-17
Filing date: 2019-04-17
Publication date: 2019-12-24

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to compressor equipment, namely to devices for creation of high gas pressures and can be used both as independent compressor, and as basic module for creation of installations with higher efficiency, such, for example, automotive gas-filled compressor station. Compressor comprises hydraulic cylinder connected with hydraulic control valve connected with pump via control hydraulic distributor with electromagnetic drive. Compressor comprises tank with working fluid. Cooling fans are arranged above the tank. Hydraulic cylinder, hydraulic control valve, pump and tank are mounted on common frame. Sensitive elements of temperature and working fluid level sensors connected to the controller are lowered into the tank. In the tank the working fluid cleaning filter is installed, it is connected to the pressure sensors installed at the compressor inlet and outlet. Protective valve is arranged at pump outlet.

EFFECT: simplified design, improved conditions for repair and operation, expanded control capabilities.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к компрессорной технике, а именно к устройствам для создания высоких давлений газа и может быть использовано, как в качестве самостоятельного компрессора, так и в качестве базового модуля для создания установок с более высокой производительностью, таких, например, как автомобильная газонаполнительная компрессорная станция.The invention relates to compressor technology, and in particular to devices for creating high gas pressures and can be used both as a stand-alone compressor and as a basic module for creating plants with higher performance, such as, for example, an automobile gas-filling compressor station.

Известен гидроприводной компрессор, содержащий гидроцилиндр с поршнем и штоком, на концах которого закреплены поршни оппозитно размещенных компрессорных цилиндров, выполненных равным внутренним диаметром цилиндра (RU 2215187, публ. 27.10.2003) [1]. Шток установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно поршня, жестко закрепленного в средней части цилиндра с образованием двух штоковых полостей. Компрессор содержит также гидрораспределитель, насос, линии нагнетания и слива, при этом по обе стороны поршня размещены механизмы переключения для взаимодействия компрессорных поршней с золотником гидрораспределителя, снабженные досылочными устройствами релейного типа, размещенными между компрессорными поршнями и золотником гидрораспределителя.Known hydraulic compressor containing a hydraulic cylinder with a piston and a rod, at the ends of which are fixed the pistons of opposed compressor cylinders, made equal to the inner diameter of the cylinder (RU 2215187, publ. 10.27.2003) [1]. The rod is mounted with the possibility of reciprocating movement relative to the piston, rigidly fixed in the middle part of the cylinder with the formation of two rod cavities. The compressor also contains a control valve, a pump, discharge and discharge lines, while on both sides of the piston there are switching mechanisms for the interaction of the compressor pistons with the control valve spool, equipped with relay-type couplings located between the compressor pistons and the control valve spool.

Гидроцилиндр данного компрессора представляет собой сложную в изготовлении конструкцию, т.к. поршень его цилиндра требует точной механической обработки и большое количество операций, которые нужно совершить за "один проход" для обеспечения точности и выдержки всех допусков. Три поршня оппозитно размещенных компрессорных цилиндров утяжеляют и удорожают всю конструкцию. Кроме того, известный компрессор требует изготовления своего уникального распределителя, что увеличивает сроки и сложность его ремонта или замены. Рабочая камера гидроцилиндра содержит подвижные части, на которые в условиях высоких давлений и скоростей, характерных для работы данного компрессора, будут оказываться большие нагрузки, что может пагубно сказаться на состоянии этих частей. Система управления работы данного компрессора является механической и помимо гидрораспределителя включает механизмы переключения для взаимодействия компрессорных поршней с золотником гидрораспределителя, снабженные досылочными устройствами релейного типа, размещенными между компрессорными поршнями и золотником гидрораспределителя. Это система сложных механизмов, требующих точного изготовления и тонкой настройки. Более того, поскольку система управления является неотъемлимой частью конструкции данного компрессора, при выходе из строя одного из ее элементов, потребуется разборка всего компрессора. Поскольку каждый компрессор данной конструкции потребует индивидуальной настройки, он не может быть базовым модулем для создания установок с более высокой производительностью. Кроме того, механическая система управления, являющаяся системой управления работой собственно компрессора, не предусматривает возможности контроля за такими важными параметрами, как температура, уровень рабочей жидкости и др.The hydraulic cylinder of this compressor is a complex construction to manufacture, because the piston of its cylinder requires precise machining and a large number of operations that must be completed in a “one pass” to ensure accuracy and endurance of all tolerances. Three pistons of opposed compressor cylinders make the whole structure heavier and more expensive. In addition, the well-known compressor requires the manufacture of its own unique distributor, which increases the time and complexity of its repair or replacement. The working chamber of the hydraulic cylinder contains moving parts, which, under conditions of high pressures and speeds characteristic of the operation of this compressor, will be subjected to heavy loads, which can adversely affect the condition of these parts. The control system for the operation of this compressor is mechanical and, in addition to the control valve, includes switching mechanisms for the interaction of the compressor pistons with the control valve spool, equipped with relay-type couplings located between the compressor pistons and the control valve spool. This is a system of complex mechanisms requiring precise manufacturing and fine tuning. Moreover, since the control system is an integral part of the design of this compressor, if one of its elements fails, it will take to disassemble the entire compressor. Since each compressor of this design will require individual adjustment, it cannot be the basic module for creating plants with higher performance. In addition, the mechanical control system, which is the control system for the operation of the compressor itself, does not provide the ability to control such important parameters as temperature, fluid level, etc.

Гидроприводной компрессор, содержащий гидроцилиндр более простой конструкции известен из (RU 2321770, опубл. 10.04.2008) [2]. Гидроцилиндр этого компрессора содержит соосно размещенные компрессорный цилиндр и два гидроцилиндра с жестко соединенными между собой поршнями и две основные масляные магистрали, соединяющие насос компрессора с гидроцилиндрами. Система управления данным компрессором содержит челночный переключатель, двухступенчатый золотниковый гидрораспределитель, состоящий из золотников первой и второй ступени, при этом серьга челночного переключателя соединена с плунжером золотника первой ступени, штуцера в днище одного из цилиндров челночного переключателя и в боковой стенке того же цилиндра соединены трубопроводами с одной из основных масляных магистралей в зоне гидроцилиндра, соответственно штуцера в днище и боковой стенке другого цилиндра челночного переключателя соединены со второй масляной магистралью, причем между точками соединения на магистралях размещены сужающие устройства.A hydraulic drive compressor containing a simpler hydraulic cylinder is known from (RU 2321770, publ. 10.04.2008) [2]. The hydraulic cylinder of this compressor contains a coaxially arranged compressor cylinder and two hydraulic cylinders with pistons rigidly connected to each other and two main oil lines connecting the compressor pump to the hydraulic cylinders. The control system for this compressor contains a shuttle switch, a two-stage spool valve, consisting of spools of the first and second stage, while the shuttle switch earring is connected to the first-stage spool plunger, the nipple in the bottom of one of the shuttle switch cylinders and in the side wall of the same cylinder are connected by pipelines with one of the main oil lines in the area of the hydraulic cylinder, respectively the fitting in the bottom and side wall of another cylinder of the shuttle switch connected to the second oil manifold, and between the connection points on highways has orifice plates.

Челночный переключатель содержит большое количество деталей, требующих точности их изготовления. Более того, при сборке этого переключателя потребуется доработка и подгонка деталей по месту, что и усложняет сборку и увеличивает стоимость его производства. Дорогостоящий переключатель увеличивает стоимость компрессора, что является препятствием для использования его многомодульных установок. Система управления работой данного компрессора, не предусматривает возможности контроля за такими важными параметрами, как температура, уровень рабочей жидкости и пр.The shuttle switch contains a large number of parts requiring precision manufacturing. Moreover, when assembling this switch, it will be necessary to refine and fit parts in place, which complicates the assembly and increases the cost of its production. An expensive switch increases the cost of the compressor, which is an obstacle to the use of its multi-module installations. The control system for the operation of this compressor does not provide the ability to control such important parameters as temperature, fluid level, etc.

Задача изобретения заключается в упрощении конструкции компрессора, его удешевления, улучшении условий для его ремонта и эксплуатации, расширении возможностей управления, а также возможности использования в качестве базового модуля для создания установок с более высокой производительностью.The objective of the invention is to simplify the design of the compressor, reduce its cost, improve the conditions for its repair and operation, expand the control capabilities, as well as the possibility of using it as a basic module for creating plants with higher performance.

Для этого предложен гидроприводной компрессор, который, как и прототип, содержит гидроцилиндр, соединенный с гидрораспределителем, который соединен с насосом. Компрессор отличается тем, что гидрораспределитель соединен с насосом через управляющий гидрораспределитель с электромагнитным приводом, компрессор содержит бак с рабочей жидкостью, над баком размещены охлаждающие вентиляторы, при этом гидроцилиндр, гидрораспределитель, насос и бак смонтированы на общей раме, в бак опущены чувствительные элементы датчиков температуры и уровня рабочей жидкости, соединенных с контроллером, в баке установлен фильтр очистки рабочей жидкости, соединенный с датчиками давления, установленными на входе в компрессор и на выходе из него, а на выходе из насоса установлен предохранительный клапан.For this, a hydraulic drive compressor is proposed, which, like the prototype, contains a hydraulic cylinder connected to a control valve that is connected to a pump. The compressor is characterized in that the valve is connected to the pump through a control valve with an electromagnetic drive, the compressor contains a tank with a working fluid, cooling fans are placed above the tank, while the hydraulic cylinder, valve, pump and tank are mounted on a common frame, temperature sensors are lowered into the tank and the level of the working fluid connected to the controller, a filter for cleaning the working fluid is connected in the tank, connected to pressure sensors installed at the inlet to the the compressor and at the outlet of it, and at the outlet of the pump, a safety valve is installed.

Заявленная конструкция не требует уникального гидрораспределителя, как в компрессоре [1], так и уникального переключателя, как в компрессоре [2], к ней подойдет покупной стандартный гидрораспределитель, что удешевляет компрессор, упрощает его ремонт и эксплуатацию. В конструкции компрессора отсутствуют сложные в изготовлении детали. Управление работой заявленного компрессора происходит при помощи контроллера. Система управления закладывается при проектировании модуля и включает гидрораспределитель, дополненный управляющим гидрораспределителем с электромагнитным приводом, а также чувствительные элементы датчиков температуры и уровня рабочей жидкости, соединенных с контроллером, датчики давления, установленные на входе в гидрокомпрессор и на выходе из него, соединенные с фильтром очистки рабочей жидкости, предохранительный клапан, установленный на выходе из насоса. При выходе из строя одного из элементов этой системы, не потребуется разборка всего компрессора. Более того, эта система управления является одинаковой для каждого модуля, позволяющей на одной и той же компонентной базе изменять температуру, уровень рабочей жидкости, а также степень очистки рабочей жидкости. Поэтому заявленный гидрокомпрессор может быть базовым модулем для создания установок с более высокой производительностью. Для этого бак для рабочей жидкости имеет каждый модуль, при этом гидроцилиндр, гидрораспределитель, насос и бак смонтированы на общей раме, в отличие от вышеприведенных аналогов, которые могут использоваться в установках, имеющих один бак на несколько модулей.The claimed design does not require a unique valve, both in the compressor [1], and a unique switch, as in the compressor [2], a standard valve is suitable for it, which reduces the cost of the compressor and simplifies its repair and maintenance. The compressor design lacks parts that are difficult to manufacture. The operation of the claimed compressor is controlled by a controller. The control system is laid down during the design of the module and includes a control valve, supplemented by a control valve with an electromagnetic drive, as well as sensitive elements of temperature and fluid level sensors connected to the controller, pressure sensors installed at the inlet and outlet of the compressor connected to the cleaning filter working fluid, a safety valve installed at the outlet of the pump. If one of the elements of this system fails, no disassembly of the entire compressor will be required. Moreover, this control system is the same for each module, allowing on the same component base to change the temperature, level of the working fluid, as well as the degree of purification of the working fluid. Therefore, the inventive hydraulic compressor can be a basic module for creating plants with higher performance. To do this, the tank for the working fluid has each module, while the hydraulic cylinder, valve, pump and tank are mounted on a common frame, in contrast to the above analogues, which can be used in installations that have one tank for several modules.

Таким образом, новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в отсутствии уникальных механизмов, сложных в изготовлении деталей, в универсальности системы управления работой компрессора, позволяющей использовать его в качестве самостоятельного компрессора, так и в качестве базового модуля для создания установок с более высокой производительностью, а также в расширении ее технических возможностей.Thus, the new technical result achieved by the claimed invention lies in the absence of unique mechanisms that are difficult to manufacture parts, in the versatility of the compressor operation control system, which allows using it as a stand-alone compressor, and as a basic module for creating plants with higher performance , as well as expanding its technical capabilities.

Компрессор с гидроприводом иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема гидрокомпрессора; на фиг. 2 - система управления гидрокомпрессором.The hydraulic compressor is illustrated in the drawings, where in FIG. 1 shows a diagram of a hydraulic compressor; in FIG. 2 - hydraulic compressor control system.

Гидроприводной компрессор содержит гидропневмоцилиндр 1 со штоком 2, поршнем 3, масляной полостью 4 и газовой полостью 5. На входе и выходе газовой магистрали компрессора установлены обратные клапаны 6, 7, 8, 9 для исключения перетечки газа. Гидроцилиндр 1 соединен с гидрораспределителем 10, дополненным управляющим гидрораспределителем 11 с электромагнитным приводом, который соединен с насосом 12, оснащенным электродвигателем 13. На выходе из насоса 12 установлен предохранительный клапан 14 механического действия. Компрессор содержит также бак 15 с рабочей жидкостью и контроллер 16 для управления работой компрессора. Контроллер считывает давление масла, температуру масла, которая не должна превышать 80 градусов, давление газа на входе и давление газа на выходе из компрессора. При помощи блока положения штока контроллер 16 отслеживает само положение штока, а также его скорость и ускорение, выбирая наиболее оптимальный режим работы, в соответствии с заданными параметрами: давление газа на выходе и производительность.The hydraulic compressor includes a hydraulic cylinder 1 with a rod 2, a piston 3, an oil cavity 4 and a gas cavity 5. At the inlet and outlet of the compressor gas line, check valves 6, 7, 8, 9 are installed to prevent gas overflow. The hydraulic cylinder 1 is connected to the control valve 10, supplemented by a control valve 11 with an electromagnetic drive, which is connected to a pump 12 equipped with an electric motor 13. At the outlet of the pump 12 a safety valve 14 of mechanical action is installed. The compressor also includes a tank 15 with a working fluid and a controller 16 for controlling the operation of the compressor. The controller reads the oil pressure, the oil temperature, which should not exceed 80 degrees, the gas pressure at the inlet and the gas pressure at the outlet of the compressor. Using the rod position block, the controller 16 monitors the rod position itself, as well as its speed and acceleration, choosing the most optimal mode of operation, in accordance with the specified parameters: gas pressure at the outlet and productivity.

Над баком 15 размещены охлаждающие вентиляторы 17. Гидропневмоцилиндр 1, гидрораспределитель 10, насос 12 и бак 15 смонтированы на общей раме 18. В бак 15 опущены чувствительные элементы датчиков, соединенных с контроллером 16, а именно: датчика температуры 19 и датчика уровня рабочей жидкости 20. В баке 15 установлен фильтр очистки рабочей жидкости 21, соединенный с датчиками давления 22, установленными на входе в гидрокомпрессор и на выходе из него. Датчики 22 предназначены для измерения разности давлений рабочей жидкости в баке. Вместо двух датчиков 22 можно использовать один дифференцированный датчик. Перед работой компрессора предохранительный клапан 14 вручную настраивают на заданное давление рабочей жидкости. Номинально насос выдает давление 40 МПа, при помощи клапана 14 давление масла в гидросистеме можно изменять, регулируя таким образом выходное давление газа. С помощью насоса 12 рабочая жидкость через гидрораспределитель 10, управляемый гидрораспределителем 11, попадает в масляную полость 4 компрессора, вследствие чего масло выталкивает шток 2, на котором закреплен поршень 3. При движении поршня 3 вверх или вниз газ нагнетается в газовую полость 5, а с другой стороны поршня всасывается. После переключения гидрораспределителя 10 поршень двигается в противоположном направлении. Считав все параметры, контроллер 16 передает сигнал на управляющий гидрораспределитель 11, который переключается с выбранной контроллером скоростью, направляя по управляющим линиям рабочую жидкость (масло), которая в свою очередь перемещает золотник в гидрораспределителе 10, распределяя рабочую жидкость по масляным камерам гидроприводного компрессора. В процессе работы датчик 19 считывает температуру рабочей жидкости, и в случае ее превышения, контроллер 16 подает сигнал на включение охлаждающих вентиляторов 17. Датчик 20 контролирует уровень рабочей жидкости и в случае превышения его минимальной отметки, контроллер 16 подает сигнал на остановку компрессора. Датчики 22 считывают разность давлений на входе и выходе компрессора, подавая сигналы на контроллер, который определяет степень загрязнения фильтра 21 очистки рабочей жидкости и в зависимости от ее размера подает сигнал на очистку фильтра 21 или его замену. Работа системы управления учитывает такие параметры, как давление входного газа, давление газа на выходе, давление гидропривода и число двойных ходов.Cooling fans 17 are located above the tank 15. The hydraulic cylinder 1, the control valve 10, the pump 12 and the tank 15 are mounted on a common frame 18. Sensitive elements of the sensors connected to the controller 16 are omitted into the tank 15, namely, the temperature sensor 19 and the working fluid level sensor 20 . In the tank 15, a filter for cleaning the working fluid 21 is installed, connected to pressure sensors 22 installed at the inlet and outlet of the hydraulic compressor. The sensors 22 are designed to measure the pressure difference of the working fluid in the tank. Instead of two sensors 22, one differentiated sensor can be used. Before the compressor is operated, the safety valve 14 is manually adjusted to a predetermined working fluid pressure. Nominally, the pump produces a pressure of 40 MPa, with the help of valve 14, the oil pressure in the hydraulic system can be changed, thus controlling the gas outlet pressure. Using pump 12, the working fluid through the valve 10, controlled by the valve 11, enters the oil cavity 4 of the compressor, as a result of which the oil pushes the rod 2, on which the piston 3 is mounted. When the piston 3 moves up or down, the gas is pumped into the gas cavity 5, and with the other side of the piston is sucked in. After switching the valve 10, the piston moves in the opposite direction. Having read all the parameters, the controller 16 transmits a signal to the control valve 11, which switches at the speed selected by the controller, directing the working fluid (oil) along the control lines, which in turn moves the spool in the valve 10, distributing the working fluid through the oil chambers of the hydraulic compressor. In the process, the sensor 19 reads the temperature of the working fluid, and if it is exceeded, the controller 16 gives a signal to turn on the cooling fans 17. The sensor 20 monitors the level of the working fluid and, if its minimum mark is exceeded, the controller 16 sends a signal to stop the compressor. The sensors 22 read the pressure difference at the inlet and outlet of the compressor, giving signals to the controller, which determines the degree of contamination of the filter 21 for cleaning the working fluid and, depending on its size, sends a signal to clean the filter 21 or replace it. The operation of the control system takes into account parameters such as inlet gas pressure, outlet gas pressure, hydraulic actuator pressure and the number of double strokes.

Давление масла регулируется предохранительным клапаном 14 и пломбируется перед отправкой. Работа системы управления включает число двойных ходов гидроприводного компрессора, точнее, количество переключений гидрораспределителя, которое определяет производительность компрессора.The oil pressure is regulated by a safety valve 14 and sealed before dispatch. The operation of the control system includes the number of double strokes of the hydraulic drive compressor, more precisely, the number of valve changes, which determines the performance of the compressor.

Заявленный компрессор упрощенной конструкции, улучшает условия для его ремонта и эксплуатации, а также дает возможность использовать его в качестве базового модуля для создания установок с более высокой производительностью.The claimed compressor of a simplified design improves the conditions for its repair and operation, and also makes it possible to use it as a base module for creating plants with higher performance.

Claims

A hydraulic drive compressor comprising a hydraulic cylinder connected to a control valve that is connected to a pump, characterized in that the control valve is connected to the pump through a control valve with an electromagnetic drive, the compressor contains a tank with a working fluid, cooling fans are placed above the tank, while the hydraulic cylinder, valve, pump and the tank are mounted on a common frame, sensitive elements of temperature and level sensors of the working fluid connected to the controller are lowered into the tank, into the tank the filter for cleaning the working fluid is connected, connected to pressure sensors installed at the compressor inlet and outlet, and a safety valve is installed at the pump outlet.