RU2725349C1

RU2725349C1 - Device for gas compression in double-acting cylinders with hydraulic control

Info

Publication number: RU2725349C1
Application number: RU2019142036A
Authority: RU
Inventors: Валерий Иванович Посметьев; Вадим Олегович Никонов; Виктор Валерьевич Посметьев
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2020-07-02

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: invention relates to machine building and can be used in compressor equipment for high pressure gas injection. Device for gas compression in double-acting cylinders with hydraulic control comprises mechanism for conversion of energy of working fluid pressure into energy of compressed gas, which includes two or more pairs of double-acting cylinders with spring-loaded rods, in which rod chambers can perform as a function of hydraulic cylinders, and piston-type cylinders are pneumatic cylinders, and vice versa, reverse pneumatic valves connected to both low-pressure inlet port and high-pressure outlet port, hydraulic device to control mechanism of working fluid pressure energy conversion into compressed gas energy, including working fluid supply inlet port, hydraulically controlled two normally open and three normally closed two-position two-way hydraulic control valves, hydraulic reducing adjustable and check valves, connecting and drain pipelines, hydraulic tank.EFFECT: such design of the device allows simplifying its design and reducing metal consumption.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в компрессорном оборудовании для нагнетания газа под высоким давлением.The invention relates to mechanical engineering and can be used in compressor equipment for injection of gas under high pressure.

Известно устройство компрессора (А.с. №1687855 СССР; МПК F04B 35/02; опубл. 30.10.1989), содержащее две рабочие камеры, снабженные эластичными перегородками с газовыми и гидравлическими полостями, гидролинию, соединяющую гидравлические полости, включенный в гидролинию реверсирующий гидрораспределитель и установленные на камерах контакторы, электрически соединенные с гидрораспределителем.A compressor device is known (AS No. 1687855 USSR; IPC F04B 35/02; publ. 10/30/1989) containing two working chambers equipped with elastic partitions with gas and hydraulic cavities, a hydraulic line connecting the hydraulic cavities, a reversing directional valve included in the hydraulic line and contactors mounted on the cameras, electrically connected to the valve.

Недостатком известного устройства компрессора является сложная и недостаточно надежная конструкция электромеханической системы управления попеременной работой рабочих камер.A disadvantage of the known compressor device is the complex and insufficiently reliable design of the electromechanical control system for alternating operation of the working chambers.

Известно устройство газокомпрессорной системы (Патент №4585039 США; МПК В65В 31/00; опубл. 25.04.1986), содержащее механизм преобразования энергии давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа и гидравлическое устройство управления этим механизмом.A device for a gas compressor system is known (US Patent No. 4585039; IPC B65B 31/00; publ. 04/25/1986) containing a mechanism for converting the pressure energy of the working fluid into energy of compressed gas and a hydraulic control device for this mechanism.

Недостатком известного устройства газокомпрессорной системы является наличие в системе управления попеременной работой цилиндров электрических приборов управления в виде электронных реле и электромагнитных клапанов переменного положения, требующих дополнительного электроснабжения устройства.A disadvantage of the known device of the gas compressor system is the presence in the control system of alternating operation of the cylinders of electrical control devices in the form of electronic relays and electromagnetic valves of variable position, requiring additional power supply to the device.

Известно устройство для преобразования энергии давления жидкости в энергию сжатого газа (Патент №2695169 РФ; МПК F04B 35/008; опубл. 22.07.2019), содержащее механизм преобразования энергии давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа, включающий в себя обратные пневматические клапаны, соединенные как с входным портом низкого давления, так и с выходным портом высокого давления, гидравлическое устройство управления механизмом преобразования энергии давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа, включающее входной порт подачи рабочей жидкости под давлением, управляемые гидравлически два нормально открытые и три нормально закрытые двухпозиционные двухлинейные гидрораспределители, гидравлические редукционные регулируемые и обратные клапаны, соединительные и сливные трубопроводы, гидробак. Принято за прототип.A device is known for converting the energy of liquid pressure into the energy of compressed gas (Patent No. 2695169 of the Russian Federation; IPC F04B 35/008; publ. 07/22/2019), comprising a mechanism for converting the energy of pressure of the working fluid into the energy of compressed gas, including pneumatic check valves connected both with a low-pressure inlet port and a high-pressure outlet port, a hydraulic device for controlling the mechanism for converting pressure energy of a working fluid into compressed gas energy, including an input port for supplying working fluid under pressure, hydraulically controlled two normally open and three normally closed two-position two-way control valves , hydraulic reduction adjustable and non-return valves, connecting and drain pipelines, hydraulic tank. Taken as a prototype.

Недостатком известного устройства для преобразования энергии давления жидкости в энергию сжатого газа является сложная конструкция механизма преобразования энергии давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа.A disadvantage of the known device for converting the energy of liquid pressure into the energy of compressed gas is the complex design of the mechanism for converting the pressure energy of the working fluid into the energy of compressed gas.

В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в упрощении конструкции и снижении металлоемкости устройства.The basis of the invention is a technical problem, which consists in simplifying the design and reducing the metal consumption of the device.

Технический результат достигается тем, что устройство для сжатия газа в цилиндрах двухстороннего действия с гидравлическим управлением, содержащее механизм преобразования энергии давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа, включающий в себя обратные пневматические клапаны, соединенные как с входным портом низкого давления, так и с выходным портом высокого давления, гидравлическое устройство управления механизмом преобразования энергии давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа, включающее входной порт подачи рабочей жидкости под давлением, управляемые гидравлически два нормально открытые и три нормально закрытые двухпозиционные двухлинейные гидрораспределители, гидравлические редукционные регулируемые и обратные клапаны, соединительные и сливные трубопроводы, гидробак, согласно изобретению, механизм преобразования энергии давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа дополнительно содержит две или более пар цилиндров двухстороннего действия с подпружиненными штоками, в которых штоковые полости могут выполнять как функцию гидроцилиндров, а поршневые - пневмоцилиндров, так и наоборот.The technical result is achieved in that a device for compressing gas in double-acting cylinders with hydraulic control, comprising a mechanism for converting the pressure energy of the working fluid into energy of compressed gas, including pneumatic check valves connected to both the low-pressure inlet port and the outlet port high-pressure hydraulic device for controlling the mechanism for converting the pressure energy of a working fluid into compressed gas energy, including an inlet port for supplying working fluid under pressure, hydraulically controlled two normally open and three normally closed two-position two-way control valves, hydraulic pressure reducing and adjustable valves, connecting and drain pipelines , the hydraulic tank, according to the invention, the mechanism for converting the energy of the pressure of the working fluid into the energy of compressed gas further comprises two or more pairs of double-acting cylinders with spring-loaded rods, in Some rod cavities can perform both the function of hydraulic cylinders and piston cavities of pneumatic cylinders, and vice versa.

На фиг. 1 изображена схема устройства для сжатия газа в цилиндрах двухстороннего действия с гидравлическим управлением.In FIG. 1 shows a diagram of a device for compressing gas in double-acting cylinders with hydraulic control.

Устройство для сжатия газа в цилиндрах двухстороннего действия с гидравлическим управлением содержит механизм преобразования энергии 1 давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа и гидравлическое устройство 2 управления механизмом преобразования энергии 1 давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа. Механизм преобразования энергии 1 давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа состоит из двух или более пар цилиндров двухстороннего действия 3, 4, штоковые полости которых могут выполнять как функции гидроцилиндров, а поршневые - пневмоцилиндров, так и наоборот, причем штоки цилиндров двухстороннего действия 3, 4 подпружинены возвратными пружинами 5. Поршневые полости цилиндров двухстороннего действия 3, 4 с помощью обратных пневматических клапанов 6, 7 соединены как с входным портом низкого давления 10, так и с помощью обратных пневматических клапанов 8, 9 с выходным портом высокого давления 11. Гидравлическое устройство 2 управления механизмом преобразования энергии 1 давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа содержит входной порт подачи рабочей жидкости под давлением 12, управляемые гидравлически двухпозиционные двухлинейные гидрораспределители 13-17, из которых 13 и 15 - нормально закрытые гидрораспределители, 14 и 16 - нормально открытые гидрораспределители, 17 - дополнительный нормально закрытый гидрораспределитель, гидравлические редукционные регулируемые 18, 19 и обратные 20, 21 клапаны, соединительные 22-29 и сливные 30, 31 трубопроводы, гидробак 32. Штоковые полости каждого из цилиндров двухстороннего действия 3, 4 соединены посредством соединительных трубопроводов 22-29, нормально открытых 14, 16 и нормально закрытых 13, 15 гидрораспределителей и гидравлических обратных клапанов 20, 21 с входным портом подачи рабочей жидкости под давлением 12 гидравлического устройства 2 управления механизмом преобразования энергии 1 давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа. При этом штоковые полости каждого из цилиндров двухстороннего действия 3, 4 при работе устройства автоматически попеременно соединяются с входным портом подачи рабочей жидкости под давлением 12 посредством нормально открытых 14, 16 и нормально закрытых 13, 15 гидрораспределителей, гидравлических редукционных регулируемых 18, 19 и обратных 20, 21 клапанов, обеспечивающих с помощью дополнительного нормально закрытого гидрораспределителя 17 подачу рабочей жидкости в штоковые полости цилиндров двухстороннего действия 3, 4 при их рабочем ходе и сброс жидкости в гидробак 32 при возвращении в исходное положение штоков цилиндров двухстороннего действия 3, 4 под воздействием их возвратных пружин 5.A device for compressing gas in double-acting cylinders with hydraulic control comprises a mechanism for converting energy 1 of the pressure of the working fluid into energy of compressed gas and a hydraulic device 2 for controlling the mechanism of converting energy 1 of the pressure of the working fluid into energy of compressed gas. The mechanism for converting the energy 1 of the pressure of the working fluid into the energy of compressed gas consists of two or more pairs of double-acting cylinders 3, 4, the rod cavities of which can serve as hydraulic cylinders and piston cavities of pneumatic cylinders, and vice versa, moreover, the rods of double-acting cylinders 3, 4 spring-loaded with return springs 5. Piston cavities of double-acting cylinders 3, 4 are connected via pneumatic check valves 6, 7 to both the low pressure inlet port 10 and pneumatic check valves 8, 9 to the high pressure outlet port 11. Hydraulic device 2 control mechanism for converting energy 1 pressure of the working fluid into the energy of compressed gas contains an input port for the supply of working fluid under pressure 12, hydraulically operated on-off two-line directional control valves 13-17, of which 13 and 15 are normally closed control valves, 14 and 16 are normally open control valves, 17 - extra Directional normally closed valve, hydraulic pressure reducing valves 18, 19 and non-return valves 20, 21, connecting pipes 22-29 and drain 30, 31 pipelines, hydraulic tank 32. The rod cavities of each of the double-acting cylinders 3, 4 are connected by connecting pipelines 22-29, normally open 14, 16 and normally closed 13, 15 control valves and hydraulic check valves 20, 21 with an inlet port for supplying working fluid under pressure 12 of the hydraulic device 2 for controlling the mechanism for converting energy 1 of the pressure of the working fluid into compressed gas energy. In this case, the rod cavities of each double-acting cylinder 3, 4 during operation of the device are automatically alternately connected to the input port of the working fluid supply under pressure 12 by means of normally open 14, 16 and normally closed 13, 15 directional control valves, hydraulic pressure reducers 18, 19 and return 20 , 21 valves, providing with the help of an additional normally closed hydraulic distributor 17, the supply of working fluid to the rod cavities of double-acting cylinders 3, 4 during their working stroke and the discharge of fluid into the hydraulic tank 32 when they return to their original position of the cylinder rods of double-acting 3, 4 under the influence of their return springs 5.

Работа устройства для сжатия газа в цилиндрах двухстороннего действия с гидравлическим управлением заключается в следующем.The operation of the device for compressing gas in double-acting cylinders with hydraulic control is as follows.

В исходном положении устройства для сжатия газа в цилиндрах двухстороннего действия с гидравлическим управлением, при отсутствии давления рабочей жидкости на входном порте подачи рабочей жидкости под давлением 12, поршни обоих цилиндров двухстороннего действия 3, 4 полностью выдвинуты из цилиндров под воздействием усилий возвратных пружин 5, размещенных на штоках этих цилиндров. При подаче рабочей жидкости под давлением на входной порт подачи рабочей жидкости под давлением 12 она беспрепятственно поступает через нормально открытый гидрораспределитель 14, гидравлический обратный клапан 20 и соединительный трубопровод 25 в штоковую полость цилиндра двухстороннего действия 3. При этом гидравлический редукционный регулируемый клапан 18 закрывает доступ рабочей жидкости в соединительные трубопроводы 23 и 27, посредством которых осуществляется гидравлическое управление нормально открытыми 14, 16 и нормально закрытыми 13, 15 гидрораспределителями, предотвращая их срабатывание. Далее, под воздействием рабочей жидкости, шток цилиндра двухстороннего действия 3 вдвигается полностью в цилиндр, разжимая возвратную пружину 5 и сжимая находящийся в поршневой полости цилиндра двухстороннего действия 3 газ, который через обратный пневматический клапан 8 под давлением поступает потребителю через выходной порт высокого давления 11. При этом, вследствие возросшего давления рабочей жидкости в штоковой полости цилиндра двухстороннего действия 3 и соответственно в соединительном трубопроводе 25 от поступающей под давлением рабочей жидкости через входной порт подачи рабочей жидкости под давлением 12, гидравлический редукционный регулируемый клапан 18 срабатывает, открывая доступ рабочей жидкости в соединительные трубопроводы 23 и 27, вследствие чего нормально открытые 14, 16 и нормально закрытые 13, 15 гидрораспределители переключаются из исходной первой (положение на фиг. 1) во вторую позицию. В результате этого нормально открытый гидрораспределитель 14 после переключения в закрытую позицию перекрывает доступ рабочей жидкости с входного порта подачи рабочей жидкости под давлением 12 по соединительному трубопроводу 25 в штоковую полость цилиндра двухстороннего действия 3, а с помощью нормально закрытого гидрораспределителя 13, переключенного в открытую позицию, рабочая жидкость посредством соединительного 22 и сливного 30 трубопроводов вытесняется под воздействием возвратной пружины 5 цилиндра двухстороннего действия 3 в гидробак 32. Одновременно с этим, под воздействием возвратной пружины 5 шток цилиндра двухстороннего действия 3 выдвигается из него, создавая в его поршневой полости разряжение газа, приводящее к закрытию обратного пневматического клапана 8, открытию обратного пневматического клапана 6 и поступлению очередной порции газа низкого давления через входной порт низкого давления 10 в поршневую полость цилиндра двухстороннего действия 3.In the initial position of the device for compressing gas in double-acting cylinders with hydraulic control, in the absence of pressure of the working fluid at the inlet port for supplying working fluid under pressure 12, the pistons of both double-acting cylinders 3, 4 are fully extended from the cylinders under the influence of return springs 5 placed on the rods of these cylinders. When applying the working fluid under pressure to the inlet port for supplying the working fluid under pressure 12, it freely flows through a normally open hydraulic valve 14, a hydraulic check valve 20 and a connecting pipe 25 into the rod cavity of the double-acting cylinder 3. At the same time, the hydraulic pressure-reducing valve 18 closes the access of the working fluid into the connecting pipelines 23 and 27, through which the hydraulic control of the normally open 14, 16 and normally closed 13, 15 directional valves is carried out, preventing their operation. Further, under the influence of the working fluid, the rod of the double-acting cylinder 3 fully moves into the cylinder, unclenching the return spring 5 and compressing the gas located in the piston cavity of the double-acting cylinder 3, which through the pneumatic check valve 8 is supplied to the consumer through the high-pressure output port 11. In this case, due to the increased pressure of the working fluid in the rod cavity of the double-acting cylinder 3 and, accordingly, in the connecting pipe 25 from the working fluid supplied under pressure through the inlet port for supplying the working fluid under pressure 12, the hydraulic pressure reducing valve 18 is activated, allowing access of the working fluid to the connecting pipelines 23 and 27, as a result of which normally open 14, 16 and normally closed 13, 15 control valves switch from the original first (position in Fig. 1) to the second position. As a result, a normally open control valve 14 after switching to a closed position blocks the access of the working fluid from the inlet port of the working fluid supply under pressure 12 through the connecting pipe 25 to the rod cavity of the double-acting cylinder 3, and using a normally closed control valve 13 switched to the open position, the working fluid through the connecting 22 and drain 30 pipelines is displaced under the influence of the return spring 5 of the double-acting cylinder 3 into the hydraulic tank 32. At the same time, under the influence of the return spring 5, the rod of the double-acting cylinder 3 is extended from it, creating a gas discharge in its piston cavity, resulting in to close the pneumatic check valve 8, open the pneumatic check valve 6 and the next portion of low pressure gas through the low pressure inlet port 10 into the piston cavity of the double-acting cylinder 3.

После окончания работы цилиндра двухстороннего действия 3 включение в работу цилиндра двухстороннего действия 4 осуществляется также автоматически с помощью переключенных во вторую позицию нормально закрытого 15 и нормально открытого 16 гидрораспределителей следующим образом. Нормально открытый гидрораспределитель 16, переключенный в закрытую позицию, перекрывает слив рабочей жидкости из штоковой полости цилиндра двухстороннего действия 4 в гидробак 32 посредством соединительных 26, 28 и сливного 30 трубопроводов. В то же время нормально закрытый гидрораспределитель 15, переключенный в открытую позицию, открывает доступ рабочей жидкости, поступающей под давлением от входного порта подачи рабочей жидкости под давлением 12 по соединительному трубопроводу 24 через гидравлический обратный клапан 21 и соединительные трубопроводы 29 и 26 в штоковую полость цилиндра двухстороннего действия 4. Далее работа цилиндра двухстороннего действия 4 осуществляется аналогично уже рассмотренному случаю работы цилиндра двухстороннего действия 3. После полного заполнения штоковой полости цилиндра двухстороннего действия 4 рабочей жидкостью давление в нем и соединительных трубопроводах 24, 26, 29 возрастает, вследствие чего срабатывает гидравлический редукционный регулируемый клапан 19, который переключает дополнительный нормально закрытый гидрораспределитель 17 в открытую позицию. В результате этого рабочая жидкость, посредством соединительных 23, 27 и сливного 31 трубопроводов, вытесняется в гидробак 32 из управляющих гидроэлементов (пилотов) нормально открытых 14, 16 и нормально закрытых 13, 15 гидрораспределителей, которые таким образом переключаются в исходную первую позицию (изображено на фиг. 1). В свою очередь, вернувшийся в исходное положение нормально открытый гидрораспределитель 16 возвращает в исходное (закрытое) положение гидравлический редукционный регулируемый клапан 19 вследствие уменьшения давления в соединительном трубопроводе 29 из-за сброса рабочей жидкости в гидробак 32 посредством соединительных 26, 28 и сливного 30 трубопроводов. Таким образом, устройство для сжатия газа в цилиндрах двухстороннего действия с гидравлическим управлением вернулось в исходное состояние, после чего в автоматическом режиме начинается очередной цикл его рабочего процесса, аналогично описанной выше последовательности. При необходимости использования штоковых полостей в качестве пневмоцилиндров, а поршневых полостей в качестве гидроцилиндров работа устройства аналогична представленному выше процессу.After the operation of the double-acting cylinder 3, the inclusion in the operation of the double-acting cylinder 4 is also carried out automatically using the normally closed 15 and normally open 16 control valves switched to the second position as follows. Normally open valve 16, switched to the closed position, blocks the discharge of the working fluid from the rod cavity of the double-acting cylinder 4 into the hydraulic tank 32 by means of connecting 26, 28 and drain 30 pipelines. At the same time, the normally closed valve 15, switched to the open position, allows access to the working fluid supplied under pressure from the inlet port for the supply of working fluid under pressure 12 through the connecting pipe 24 through the hydraulic check valve 21 and connecting pipelines 29 and 26 to the cylinder rod cavity double-acting action 4. Next, the operation of the double-acting cylinder 4 is carried out similarly to the already considered case of the double-acting cylinder 3. After the rod cavity of the double-acting cylinder 4 is completely filled with working fluid, the pressure in it and the connecting pipes 24, 26, 29 increases, as a result of which the hydraulic pressure reducing an adjustable valve 19, which switches the additional normally closed valve 17 to the open position. As a result, the working fluid, through connecting 23, 27 and drain 31 pipelines, is displaced into the hydraulic tank 32 from the control hydraulic elements (pilots) of normally open 14, 16 and normally closed 13, 15 control valves, which thus switch to the initial first position (shown in Fig. 1). In turn, a normally open hydraulic valve 16 that has returned to its original position returns to its original (closed) position a hydraulic pressure reducing valve 19 due to a decrease in pressure in the connecting pipe 29 due to the discharge of the working fluid into the hydraulic tank 32 through the connecting 26, 28 and drain 30 pipelines. Thus, the device for compressing gas in double-acting cylinders with hydraulic control has returned to its original state, after which the next cycle of its working process begins automatically, similar to the sequence described above. If it is necessary to use rod cavities as pneumatic cylinders, and piston cavities as hydraulic cylinders, the operation of the device is similar to the above process.

Предлагаемое устройство для сжатия газа в цилиндрах двухстороннего действия с гидравлическим управлением позволяет разрабатывать более совершенные технологические процессы, системы и гидропневмоприводы машин и оборудования. В частности, устройство может найти широкое применение при транспортировании и аккумулировании различных газов под давлением, а также при создании эффективных рекуперативных механизмов и систем как стационарного оборудования, так и транспортных средств. При этом производительность получаемого сжатого газа может быть легко повышена до необходимой величины путем увеличения числа параллельно подключаемых пар цилиндров двухстороннего действия.The proposed device for compressing gas in double-acting cylinders with hydraulic control allows you to develop more advanced processes, systems and hydropneumatic drives of machines and equipment. In particular, the device can find wide application in the transportation and accumulation of various gases under pressure, as well as in the creation of effective regenerative mechanisms and systems of both stationary equipment and vehicles. In this case, the productivity of the resulting compressed gas can be easily increased to the required value by increasing the number of parallel-connected pairs of double-acting cylinders.

Claims

A device for compressing gas in double-acting cylinders with hydraulic control, comprising a mechanism for converting the pressure energy of the working fluid into energy of compressed gas, including pneumatic check valves connected to both the low-pressure inlet port and the high-pressure outlet port, a hydraulic control device a mechanism for converting the energy of the pressure of the working fluid into the energy of compressed gas, including the inlet port for supplying working fluid under pressure, hydraulically controlled two normally open and three normally closed two-position two-way control valves, hydraulic pressure control and check valves, connecting and drain pipes, a hydraulic tank, characterized in that the mechanism for converting the energy of the pressure of the working fluid into the energy of compressed gas further comprises two or more pairs of double-acting cylinders with spring-loaded rods, in which rod cavities can perform as the function of hydraulic cylinders, and piston - pneumatic cylinders, and vice versa.