RU2754489C1

RU2754489C1 - Reciprocating two-cylinder compressor with autonomous liquid jacket cooling

Info

Publication number: RU2754489C1
Application number: RU2020141842A
Authority: RU
Inventors: Виктор Евгеньевич Щерба; Даниил Викторович Орех; Александр Павлович Болштянский; Евгений Юрьевич Носов; Аблай-Хан Савитович Тегжанов; Андрей Юрьевич Овсянников
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2021-09-02

Abstract

FIELD: energy transforming machines.SUBSTANCE: invention relates to the field of power machines and concerns mainly reciprocating compressors and their cooling systems. A reciprocating two-cylinder compressor with autonomous liquid jacket cooling contains the first (1) and second (2) cylinders with suction (3, 4) and discharge (5, 6) valves connecting the working cavities (7, 8) of the cylinders (1, 2) through the suction (12) and discharge (13) pipelines and, respectively, the suction and discharge cavities (10, 11) with the gas source and consumer. The cylinders (1, 2) have a liquid cooling jacket (14) and pistons (15, 16) connected to the drive mechanism. The suction cavities of both cylinders are combined into a single suction cavity (9), which is connected to a sealed container (24) filled with liquid. The container (24) has suction (26) and discharge (27) valves connected to a liquid cooling jacket (14) connected to an additional container (31), which is filled with liquid and has an opening (32) connecting the cavity of this container (31) to the atmosphere. The suction pipeline (12) is equipped with a flap (33) that can partially overlap this pipeline (12). The flap (33) is equipped with a device for moving it in the direction of overlapping the suction pipeline (12), installed in the upper part (35) of the cylinders (1, 2). The variants of reciprocating two-cylinder compressors are also disclosed.EFFECT: reduction of effort to pump the coolant.10 cl, 15 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетических машин и касается преимущественно поршневых компрессоров и систем их охлаждения, и может быть использовано при создании поршневых компрессоров с повышенной экономичностью за счет организации автономной энергосберегающей системы охлаждения цилиндропоршневой группы.The invention relates to the field of power machines and concerns mainly reciprocating compressors and their cooling systems, and can be used to create reciprocating compressors with increased efficiency due to the organization of an autonomous energy-saving cooling system for the cylinder-piston group.

Известны поршневые двухцилиндровые компрессоры, содержащие первый и второй цилиндры с всасывающими и нагнетательными клапанами, соединяющими рабочие полости цилиндров через полости всасывания и нагнетания с источником и потребителем газа (см., например, кн. Агурин А.П. «Передвижные компрессорные станции», М.: Высшая школа, 1989. – 184 с., стр. 58, рис. 39).Known reciprocating two-cylinder compressors containing the first and second cylinders with suction and discharge valves connecting the working cavities of the cylinders through the cavities of the suction and discharge with the source and consumer of gas (see, for example, book. Agurin AP "Mobile compressor stations", M .: Higher school, 1989. - 184 p., P. 58, fig. 39).

К недостатку этих машин следует отнести их невысокую экономичность, связанную с плохим охлаждением цилиндропоршневой группы, что повышает политропу процесса сжатия, удлиняет процесс расширения из мертвого пространства, и в совокупности снижает производительность компрессора и его КПД.The disadvantage of these machines should be attributed to their low efficiency associated with poor cooling of the cylinder-piston group, which increases the polytrope of the compression process, lengthens the expansion process from the dead space, and together reduces the compressor performance and efficiency.

Эти недостатки устраняются применением жидкостного рубашечного охлаждения, которое организуется за счет перемещения поршней.These disadvantages are eliminated by the use of liquid jacket cooling, which is organized by moving the pistons.

Известна конструкция поршневого двухцилиндрового компрессора, содержащего первый и второй цилиндры с всасывающими и нагнетательными клапанами, соединяющими рабочие полости цилиндров через полости всасывания и нагнетания с источником и потребителем газа, причем цилиндры имеют жидкостные рубашки охлаждения и поршни, The known design of a two-cylinder piston compressor containing the first and second cylinders with suction and discharge valves connecting the working cavities of the cylinders through the suction and discharge cavities with the source and consumer of gas, and the cylinders have liquid cooling jackets and pistons,

соединенные с механизмом привода, содержащим коленчатый вал с первой и второй опорными и шатунными шейками, находящимися в противофазе одна относительно другой (см. патент РФ № 2565134, МПК F04B19/06, опубл. 20.10.2015).connected to a drive mechanism containing a crankshaft with first and second bearing and connecting rod journals, which are in antiphase with respect to one another (see RF patent No. 2565134, IPC F04B19 / 06, publ. 20.10.2015).

К недостатку известной конструкции относится ее сложность и большие затраты на перемещение охлаждающей жидкости через жидкостную рубашку, окружающую цилиндропоршневые группы, т.к. жидкость заполняет весь картер машины, и механизм движения (особенно шатуны поршней) испытывают сопротивление жидкости при своем движении.The disadvantage of the known design is its complexity and high costs for moving the coolant through the liquid jacket surrounding the cylinder-piston groups, since fluid fills the entire crankcase of the machine, and the movement mechanism (especially the piston rods) experience resistance to the fluid during its movement.

Известен также поршневой двухцилиндровый компрессор с жидкостным рубашечным охлаждением, содержащий первый и второй цилиндры с всасывающими и нагнетательными клапанами, соединяющими рабочие полости цилиндров через полости всасывания и нагнетания с источником и потребителем газа, причем цилиндры имеют жидкостную рубашку охлаждения и поршни, соединенные с механизмом привода, содержащим коленчатый вал с первой и второй опорными и шатунными шейками, находящимися в противофазе одна относительно другой, причем всасывающие полости обоих цилиндров объединены в единую всасывающую полость, которая соединена с герметичной емкостью, наполненную жидкостью, и эта емкость имеет всасывающий и нагнетательный клапаны, соединенные с жидкостной рубашкой охлаждения соединенной с дополнительной емкостью, которая заполнена жидкостью и имеет отверстие, соединяющее полость этой емкости с атмосферой (см. патент РФ № 2640970, МПК F 04 B 39/06, 12.01.2018 г.).Also known is a two-cylinder piston compressor with a liquid jacket cooling, containing the first and second cylinders with suction and discharge valves connecting the working cavities of the cylinders through the suction and discharge cavities with the source and consumer of gas, and the cylinders have a liquid cooling jacket and pistons connected to the drive mechanism, containing a crankshaft with the first and second support and connecting rod journals located in antiphase with respect to one another, and the suction cavities of both cylinders are combined into a single suction cavity, which is connected to a sealed container filled with liquid, and this container has a suction and discharge valves connected to a liquid cooling jacket connected to an additional container, which is filled with liquid and has an opening connecting the cavity of this container to the atmosphere (see RF patent No. 2640970, IPC F 04 B 39/06, 01/12/2018).

Недостатком известной конструкции является низкая экономичность при работе на переходных режимах, когда давление потребителя снижается по сравнению с максимальным давлением, на которое рассчитана работа компрессора.The disadvantage of the known design is low efficiency when operating in transient modes, when the consumer pressure decreases in comparison with the maximum pressure for which the compressor is designed.

Подавляющее большинство потребителей сжатого одноступенчатым компрессором воздуха работает в диапазоне от 6-ти до 8-ми бар, и остается работоспособным при давлении 4-5 бар (пневмодрели, пневмогайковерты, пневмозажимы, пневмораспылители краски и др.). При централизованном пневмоснабжении группы потребителей их количество, расходующих сжатый воздух постоянно меняется, соответственно и меняется давление, развиваемое компрессором. При максимальном потреблении оно минимально, а при минимальном потреблении оно максимально. Таким образом, степень повышения давления ε , равная отношению давления нагнетания к давлению всасывания, в рабочих полостях цилиндров компрессора в течение рабочего дня может меняться от 4-х до 8-ми (при более высоком давлении реле давления при его наличии останавливает компрессор, либо срабатывает предохранительный клапан и осуществляется сброс излишка давления в атмосферу). Соответственно, изменяется и температура конца процесса сжатия - при уменьшении ε она снижается, а при увеличении – растет. При этом изменяется и среднеиндикаторная температура, а вместе с ней – и температура деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ). Для обеспечения нормального теплового режима работы ЦПГ проектирование систем и узлов компрессора ведется из расчета максимальной температуры. В данной конструкции жидкостное охлаждение деталей ЦПГ осуществляется путем прокачки жидкости через систему охлаждения за счет перепада давления между полостью всасывания и атмосферой, которое образуется в процессе всасывания газа, и которое возникает в связи с наличием гидравлического сопротивления линии всасывания. Чем больше это сопротивление, тем больше расход жидкости и больше интенсивность охлаждения. Поэтому при проектировании выбирается такое гидравлическое сопротивление, которое обеспечивает расход жидкости, необходимый для компенсации выделения теплоты при сжатии газа до максимального давления. То есть в конструкцию ЦПГ закладывается максимальное гидравлическое сопротивление всасывающего тракта. Следует отметить, что наличие гидравлического сопротивления на всасывании снижает секундную производительность компрессора и, следовательно, повышает удельную работу, затрачиваемую на производство сжатого газа. Это обстоятельство снижает эффективность работы компрессора, т.к. реально он работает на переменных режимах, когда потребляется газ под давлением порядка 4-6 бар, в то время как изготовитель вынужден обеспечивать гидравлическое сопротивление всасывающего тракта, обеспечивающее нормальную работу машины при максимальном давлении оборудования - 8 бар.The overwhelming majority of consumers of air compressed by a single-stage compressor operate in the range from 6 to 8 bar, and remain operational at a pressure of 4-5 bar (pneumatic drills, pneumatic wrenches, pneumatic clamps, pneumatic paint sprayers, etc.). With a centralized pneumatic supply of a group of consumers, their number, consuming compressed air, constantly changes, respectively, and the pressure developed by the compressor also changes. At maximum consumption, it is minimum, and at minimum consumption, it is maximum. Thus, the degree of pressure increase ε , equal to the ratio of the discharge pressure to the suction pressure, in the working chambers of the compressor cylinders during the working day can vary from 4 to 8 (at a higher pressure, the pressure switch, if present, stops the compressor, or triggers safety valve and the excess pressure is released to the atmosphere). Accordingly, the temperature of the end of the compression process also changes - with a decrease in ε, it decreases, and with an increase, it increases. At the same time, the average indicator temperature changes, and with it, the temperature of the parts of the cylinder-piston group (CPG). To ensure the normal thermal mode of the CPG operation, the design of the compressor systems and units is based on the calculation of the maximum temperature. In this design, liquid cooling of the CPG parts is carried out by pumping liquid through the cooling system due to the pressure difference between the suction cavity and the atmosphere, which is formed during gas suction, and which occurs due to the presence of hydraulic resistance of the suction line. The greater this resistance, the greater the flow rate and the greater the intensity of cooling. Therefore, when designing, such a hydraulic resistance is selected that provides the liquid flow rate necessary to compensate for the release of heat when the gas is compressed to the maximum pressure. That is, the maximum hydraulic resistance of the suction tract is incorporated into the design of the CPG. It should be noted that the presence of hydraulic resistance at the suction reduces the compressor's productivity per second and, therefore, increases the specific work expended on the production of compressed gas. This circumstance reduces the efficiency of the compressor, because in fact, it works in variable modes, when gas is consumed at a pressure of about 4-6 bar, while the manufacturer is forced to provide the hydraulic resistance of the suction path, which ensures the normal operation of the machine at a maximum pressure of the equipment - 8 bar.

Технической задачей изобретения является повышение экономичности компрессора за счет снижения работы, потраченной на перемещение через рубашку охлаждающей жидкости при работе на переменных режимах.The technical objective of the invention is to increase the efficiency of the compressor by reducing the work spent on moving the coolant through the jacket when operating in variable modes.

Указанная техническая задача решается тем, что в поршневом двухцилиндровом компрессоре с автономным жидкостным рубашечным охлаждении, содержащем первый и второй цилиндры с всасывающими и нагнетательными клапанами, соединяющими рабочие полости цилиндров через всасывающий и нагнетательный трубопроводы и, соответственно, полости всасывания и нагнетания, с источником и потребителем газа, причем цилиндры имеют жидкостную рубашку охлаждения и поршни, соединенные с механизмом привода, содержащем коленчатый вал с первой и второй опорными и шатунными шейками, находящимися в противофазе одна относительно другой, причем всасывающие полости обоих цилиндров объединены в единую всасывающую полость, которая соединена с герметичной емкостью, наполненную жидкостью, и эта емкость имеет всасывающий и нагнетательный клапаны, соединенные с жидкостной рубашкой охлаждения соединенной с дополнительной емкостью, которая заполнена жидкостью и имеет отверстие, соединяющее полость этой емкости с атмосферой, согласно изобретению, всасывающий трубопровод снабжен заслонкой, имеющей возможность частичного перекрытия этого трубопровода, причем эта заслонка снабжена устройством для ее перемещения в направлении перекрытия всасывающего трубопровода, установленном на верхней части цилиндров.This technical problem is solved by the fact that in a two-cylinder piston compressor with an autonomous liquid jacket cooling, containing the first and second cylinders with suction and discharge valves connecting the working cavities of the cylinders through the suction and discharge pipelines and, accordingly, the suction and discharge cavities, with the source and consumer gas, and the cylinders have a liquid cooling jacket and pistons connected to a drive mechanism containing a crankshaft with first and second bearing and connecting rod journals in antiphase with respect to one another, and the suction cavities of both cylinders are combined into a single suction cavity, which is connected to the sealed a container filled with liquid, and this container has a suction and discharge valves connected to a liquid cooling jacket connected to an additional container that is filled with liquid and has an opening connecting the cavity of this container to the atmosphere, according to According to the invention, the suction line is provided with a damper capable of partially blocking this pipe, this damper being provided with a device for moving it in the direction of shutting off the suction pipe, mounted on the upper part of the cylinders.

Устройство для перемещения заслонки может быть снабжено мультипликатором, выполненным в виде, например, рычагов первого или второго рода.The device for moving the shutter can be equipped with a multiplier made in the form of, for example, levers of the first or second kind.

Устройство для перемещения заслонки может быть выполнено в виде биметаллической пластины, или в виде цилиндра с жидкостью, причем в верхней части цилиндра над столбом жидкости размещен поршень, имеющий скос, контактирующий с заслонкой таким образом, что при перемещении поршня заслонка перемещается перпендикулярно оси этого цилиндра.The device for moving the shutter can be made in the form of a bimetallic plate, or in the form of a cylinder with a liquid, and in the upper part of the cylinder above the liquid column there is a piston having a bevel that contacts the shutter in such a way that when the piston moves, the shutter moves perpendicular to the axis of this cylinder.

Устройство для перемещения заслонки может быть выполнено также в виде цилиндра с жидкостью, причем в верхней части цилиндра жестко закреплен открытым торцом заполненный жидкостью сильфон, направленный в сторону всасывающего трубопровода, а на другом глухом торце установлена заслонка.The device for moving the damper can also be made in the form of a cylinder with a liquid, and in the upper part of the cylinder a bellows filled with liquid is rigidly fixed with an open end, directed towards the suction pipeline, and a damper is installed on the other blind end.

Герметичная емкость может быть выполнена цилиндрической и содержать стержень, изготовленный из материала с высокой теплопроводностью, расположенный вдоль оси емкости и имеющий выступающую наружу часть, причем та часть, которая находится внутри емкости, упирается в ее дно и содержит ленточный витой выступ, нижний конец которого упирается в дно емкости в зоне между всасывающим и нагнетательным клапанами, та часть, которая выступает наружу, имеет ребра охлаждения, при этом всасывающий и нагнетательный клапаны могут быть соединены с внутренней полостью герметичной емкости каналами, расположенными по касательной к окружности этой емкости, причем всасывающий клапан расположен в верхней части, а нагнетательный – в нижней части емкости.The sealed container can be cylindrical and contain a rod made of a material with high thermal conductivity, located along the axis of the container and having a part protruding outward, moreover, the part that is inside the container abuts against its bottom and contains a ribbon twisted projection, the lower end of which abuts into the bottom of the tank in the area between the suction and discharge valves, the part that protrudes outward has cooling fins, while the suction and discharge valves can be connected to the inner cavity of the sealed tank by channels tangential to the circumference of this tank, and the suction valve is located in the upper part, and discharge - in the lower part of the tank.

Герметичная емкость может содержать оребренную по длине пластину, изготовленную из материала с высокой теплопроводностью, часть которой находится внутри емкости, а другая часть – с ее наружной стороны, причем та часть, которая находится внутри емкости, делит эту емкость по высоте на две части и имеет сквозные отверстия, соединяющие эти части, причем нижняя кромка нижнего по высоте отверстия находится на расстоянии от нижнего торца внутренней части герметичной емкости, равном или меньшем минимального уровня жидкости, заполняющей эту емкость.The sealed container may contain a plate ribbed along the length, made of a material with high thermal conductivity, part of which is inside the container, and the other part on its outer side, and the part that is inside the container divides this container in height into two parts and has through holes connecting these parts, and the lower edge of the lower hole in height is located at a distance from the lower end of the inner part of the sealed container, equal to or less than the minimum level of the liquid filling this container.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The essence of the invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 схематично показано сечение поршневого двухцилиндрового компрессора с устройством для перемещения заслонки в виде биметаллической пластины.FIG. 1 schematically shows a cross-section of a two-cylinder piston compressor with a device for moving a damper in the form of a bimetallic plate.

На фиг. 2 показана верхняя часть цилиндров с биметаллической пластины при выключенном компрессоре.FIG. 2 shows the upper part of the cylinders from the bimetallic plate with the compressor off.

На фиг. 3 показана верхняя часть рабочих цилиндров с биметаллической пластины при работе компрессора на среднем режиме.FIG. 3 shows the upper part of the working cylinders from a bimetallic plate when the compressor is operating at medium mode.

На фиг. 4 показана верхняя часть рабочих цилиндров с биметаллической пластины при работе компрессора на режиме максимально развиваемого давления.FIG. 4 shows the upper part of the working cylinders from a bimetallic plate when the compressor is operating at the maximum developed pressure.

На фиг. 5 показана верхняя часть рабочих цилиндров с цилиндром, заполненном жидкостью и скошенным поршнем при работе компрессора на среднем режиме.FIG. 5 shows the upper part of the working cylinders with a liquid-filled cylinder and a canted piston when the compressor is operating at medium speed.

На фиг. 6 показана верхняя часть рабочих цилиндров с установленным на них заполненным жидкостью цилиндром, в верхней части которого установлен заполненный жидкостью сильфон при работе компрессора на среднем режиме. FIG. 6 shows the upper part of the working cylinders with a liquid-filled cylinder installed on them, in the upper part of which a liquid-filled bellows is installed when the compressor is operating in medium mode.

На фиг. 7 и 8 показана герметичная емкость с перегородкой, имеющей ребра для повышения интенсивности охлаждения.FIG. 7 and 8 show a sealed container with a partition having ribs to increase the cooling intensity.

На фиг. 9 и 10 показана эта же емкость в виде цилиндра с центральным стержнем, снабженным ленточным витым выступом и выступающей частью с ребрами охлаждения.FIG. 9 and 10 show the same container in the form of a cylinder with a central rod provided with a ribbon twisted projection and a protruding part with cooling fins.

На фиг. 11 и 12 показана эта же цилиндрическая емкость со стрежнем, в которой всасывающий и нагнетательный клапаны расположены по касательной к окружности.FIG. 11 and 12 show the same cylindrical container with a rod, in which the suction and discharge valves are located tangentially to the circumference.

На фиг. 13 показана верхняя часть рабочих цилиндров с основной и дополнительной заслонкой, прикрепленной к биметаллической пластине, нижняя часть которой погружена в охлаждающую жидкость.FIG. 13 shows the upper part of the working cylinders with the main and additional flap attached to a bimetallic plate, the lower part of which is immersed in the coolant.

На фиг. 14 и 15 показана верхняя часть рабочих цилиндров с заслонкой для частичного перекрытия всасывающего трубопровода, которая прикреплена к рычагам соответственно первого и второго рода, с которыми взаимодействуют биметаллические пластины, установленные в верхней части рабочих цилиндров. FIG. 14 and 15 show the upper part of the working cylinders with a damper for partially blocking the suction pipeline, which is attached to the levers of the first and second kind, respectively, with which bimetallic plates interact, installed in the upper part of the working cylinders.

Компрессор (фиг. 1) содержит первый 1 и второй 2 рабочие цилиндры с всасывающими 3 и 4 и нагнетательными 5 и 6 клапанами, соединяющими рабочие полости 7 и 8 цилиндров 1 и 2 через единую всасывающую полость 9 и полости нагнетания 10 и 11 соответственно с источником и потребителем газа через всасывающий трубопровод 12 и нагнетательный трубопровод 13.The compressor (Fig. 1) contains the first 1 and second 2 working cylinders with suction 3 and 4 and discharge 5 and 6 valves connecting the working cavities 7 and 8 of cylinders 1 and 2 through a single suction cavity 9 and discharge cavities 10 and 11, respectively, with the source and by the consumer of gas through the suction line 12 and the discharge line 13.

Цилиндры 1 и 2 имеют общую жидкостную рубашку 14 охлаждения и поршни 15 и 16, соединенные шатунами 17 и 18 с механизмом привода, содержащим коленчатый вал 19 с первой 20, второй 21 опорными, и 22 и 23 шатунными шейками, находящимися в противофазе одна относительно другой. Cylinders 1 and 2 have a common liquid cooling jacket 14 and pistons 15 and 16, connected by connecting rods 17 and 18 with a drive mechanism containing a crankshaft 19 with the first 20, the second 21 support, and 22 and 23 connecting rod journals, which are in antiphase with respect to one another ...

Единая всасывающая полость 9 соединена с герметичной емкостью 24, наполненную жидкостью, через канал 25. Емкость 24 имеет всасывающий клапан 26 и нагнетательный клапан 27 соединенные с жидкостной рубашкой 14 охлаждения через теплообменники 28 и 29, и, кроме того - соединена через рубашку 14 и канал 30 с дополнительной емкостью 31, заполненной жидкостью и имеющей отверстие 32, соединяющее полость этой емкости с атмосферой.A single suction cavity 9 is connected to a sealed container 24 filled with liquid through a channel 25. The container 24 has a suction valve 26 and a discharge valve 27 connected to the liquid cooling jacket 14 through heat exchangers 28 and 29, and, in addition, is connected through a jacket 14 and a channel 30 with an additional container 31 filled with liquid and having an opening 32 connecting the cavity of this container to the atmosphere.

На этом чертеже (фиг. 1) штриховыми линиями показаны положения поршней 15 и 16 в верхней (аббревиатура ВМТ) и нижней (аббревиатура НМТ) точках. In this drawing (Fig. 1), the dashed lines show the positions of the pistons 15 and 16 at the upper (abbreviation TDC) and lower (abbreviation BDC) points.

Всасывающий трубопровод 12 снабжен заслонкой 33, имеющей возможность частичного перекрытия этого трубопровода через окно 34, причем эта заслонка снабжена устройством для ее перемещения в направлении перекрытия всасывающего трубопровода 12, установленном на верхней части 35 цилиндров 1 и 2. The suction line 12 is provided with a shutter 33, which can partially overlap this pipeline through the window 34, and this shutter is equipped with a device for moving it in the direction of shutting off the suction line 12, installed on the upper part 35 of cylinders 1 and 2.

В данном примере (фиг. 1-4) устройство для перемещения заслонки 33 выполнено в виде биметаллической пластины 36, к которой прикреплена заслонка 33, жестко защемленной в верхней части 35 цилиндров.In this example (Fig. 1-4), the device for moving the shutter 33 is made in the form of a bimetallic plate 36, to which the shutter 33 is attached, rigidly clamped in the upper part 35 of the cylinders.

В другом варианте (фиг. 5) устройство для перемещения заслонки выполнено в виде цилиндра 36 с жидкостью 37, причем в верхней части этого цилиндра над столбом жидкости 37 размещен поршень 38, имеющий скос 39, контактирующий с направляющей 40 подпружиненной заслонки 41 таким образом, что при перемещении поршня 38 заслонка 41 перемещается перпендикулярно оси цилиндра 36. Цилиндр 36 запрессован в верхнюю часть 35 цилиндров и имеет крышку 42 с сапуном 43. In another embodiment (Fig. 5), the device for moving the shutter is made in the form of a cylinder 36 with liquid 37, and in the upper part of this cylinder above the liquid column 37 there is a piston 38 having a bevel 39 in contact with the guide 40 of the spring-loaded shutter 41 in such a way that when the piston 38 moves, the flap 41 moves perpendicular to the axis of the cylinder 36. The cylinder 36 is pressed into the upper part 35 of the cylinders and has a cover 42 with a breather 43.

Третий вариант (фиг. 6) содержит устройство для перемещения заслонки, которое выполнено в виде цилиндра 44 с жидкостью 45, причем в верхней части цилиндра 44 жестко закреплен открытым торцом 46 заполненный такой же жидкостью сильфон 47, направленный в сторону всасывающего трубопровода 12, а на другом глухом торце 48 установлена заслонка 49.The third version (Fig. 6) contains a device for moving the shutter, which is made in the form of a cylinder 44 with liquid 45, and in the upper part of the cylinder 44 is rigidly fixed with an open end 46 filled with the same liquid bellows 47 directed towards the suction pipeline 12, and on the other blind end face 48 is fitted with a damper 49.

В качестве жидкостей 37 и 45 могут использоваться жидкости с большим коэффициентом температурного расширения, такие как спирт, ацетон, бензин, керосин, эфир, глицерин, скипидар.As liquids 37 and 45, liquids with a high coefficient of thermal expansion can be used, such as alcohol, acetone, gasoline, kerosene, ether, glycerin, turpentine.

На фиг. 7 и 8 показана герметичная емкость 24, содержащая оребренную ребрами 50 по длине пластину 51, изготовленную из материала с высокой теплопроводностью, например, из дюралюминия. Часть пластины 51 находится внутри емкости 24, а другая часть – с ее наружной стороны. Та часть, которая находится внутри емкости 24, делит эту емкость по высоте на две части 52 и 53 и имеет сквозные отверстия 54, соединяющие эти части. Нижняя кромка 55 нижних по высоте отверстий 54 находится на расстоянии L от нижнего торца 56 внутренней части герметичной емкости 24, равном или меньшем минимального уровня h жидкости, заполняющей эту емкость.FIG. 7 and 8 show a sealed container 24 containing a plate 51 ribbed with ribs 50 along its length, made of a material with high thermal conductivity, for example, from duralumin. Part of the plate 51 is located inside the container 24, and the other part is on the outside. The part that is inside the container 24 divides this container in height into two parts 52 and 53 and has through holes 54 connecting these parts. The lower edge 55 of the lower height holes 54 is located at a distance L from the lower end 56 of the inner part of the sealed container 24, equal to or less than the minimum level h of the liquid filling this container.

На фиг. 9 и 10 показана герметичная емкость 24, которая выполнена цилиндрической и содержит стержень 57, изготовленный из материала с высокой теплопроводностью, например, из дюралюминия. Стержень расположен вдоль оси емкости 24 и имеет выступающую наружу часть с ребрами охлаждения 58. А та часть, которая находится внутри емкости 24 и упирается в ее дно, содержит ленточный витой выступ 59, нижний конец 60 которого упирается в дно емкости в зоне между всасывающим 26 и нагнетательным 27 клапанами.FIG. 9 and 10 show a sealed container 24, which is cylindrical and contains a rod 57 made of a material with high thermal conductivity, such as duralumin. The rod is located along the axis of the container 24 and has an outwardly protruding part with cooling fins 58. And the part that is inside the container 24 and abuts against its bottom contains a ribbon twisted projection 59, the lower end 60 of which abuts against the bottom of the container in the area between the suction 26 and 27 discharge valves.

На фиг. 11 и 12 показан аналогичный вариант конструкции емкости 24, в котором всасывающий 26 и нагнетательный 27 клапаны соединены с внутренней полостью герметичной емкости 24 каналами 61 и 62, расположенными по касательной к окружности этой емкости. Причем всасывающий 26 клапан расположен в верхней части, а нагнетательный 27 – в нижней части емкости 24.FIG. 11 and 12 show a similar embodiment of the container 24, in which the suction 26 and delivery 27 valves are connected to the inner cavity of the sealed container 24 by channels 61 and 62 located tangentially to the circumference of this container. Moreover, the suction valve 26 is located in the upper part, and the discharge valve 27 is located in the lower part of the container 24.

На фиг. 13 показан вариант, в котором наряду с заслонкой 33, закрепленной на биметаллической пластине 37, установленной на верхней части 35 рабочих цилиндров, дополнительно установлено устройство для перемещения заслонки 63, которое запрессовано в верхнюю часть 35 цилиндров и частично погружено в жидкостную рубашку 14 охлаждения. Это устройство, на котором закреплена заслонка 63, выполнено в виде биметаллической пластины 64, нижняя часть которой представляет собой цилиндрический штырь 65. Этот штырь через теплоизоляционную втулку 66 запрессован в верхнюю часть 35 цилиндров и проникает в полость жидкостной рубашки 14. Заслонка 63 входит в окно 67.FIG. 13 shows a variant in which, along with the damper 33, fixed on the bimetallic plate 37 mounted on the upper part 35 of the working cylinders, a device for moving the damper 63 is additionally installed, which is pressed into the upper part 35 of the cylinders and is partially immersed in the liquid cooling jacket 14. This device, on which the shutter 63 is fixed, is made in the form of a bimetallic plate 64, the lower part of which is a cylindrical pin 65. This pin is pressed through a heat-insulating sleeve 66 into the upper part 35 of the cylinders and penetrates into the cavity of the liquid jacket 14. The shutter 63 enters the window 67.

На фиг. 14 показан вариант установки заслонки 33 на одном конце рычага первого рода 68, который может поворачиваться вокруг оси 69, и контактирует с биметаллической пластиной 36 на расстоянии S ₁ от оси поворота. Расстояние от оси поворота 69 до заслонки 33 равно S ₂. Ось 69 установлена в кронштейне 70, закрепленном на трубопроводе 12. Таким образом, рычаг 68 выполняет функцию мультипликатора, которым снабжено устройство для перемещения заслонки 33. Ленточная пружина 71 прижимает рычаг 68 к платине 36.FIG. 14 shows a variant of the installation of the damper 33 at one end of the lever of the first kind 68, which can be rotated about the axis 69, and contacts the bimetallic plate 36 at a distance S ₁ from the axis of rotation. The distance from the pivot axis 69 to the shutter 33 is equal to S ₂ . The axle 69 is mounted in a bracket 70 fixed to the pipeline 12. Thus, the lever 68 acts as a multiplier, which is equipped with the device for moving the shutter 33. The ribbon spring 71 presses the lever 68 against the plate 36.

На фиг. 15 показана аналогичная конструкция с мультипликатором в виде рычага 72 второго рода FIG. 15 shows a similar design with a multiplier in the form of a lever 72 of the second kind.

Компрессор работает следующим образом (фиг. 1).The compressor works as follows (Fig. 1).

При вращении коленчатого вала 19 шатунные шейки 22 и 23 совершают орбитальное круговое движение, в результате чего соединенные с ними через шатуны 17 и 18 поршни 15 и 16 совершают возвратно-поступательное движение от ВМТ к НМТ и обратно. При этом объем полостей 7 и 8 цилиндров 1 и 2 изменяется, в результате чего газ всасывается через всасывающий трубопровод 12, общую полость всасывания 9 и клапаны 3 и 4 в полости 7 и 8, сжимается в них и подается потребителю через нагнетательные клапаны 5 и 6, полости нагнетания 10 и 11 и нагнетательный трубопровод 13.When the crankshaft 19 rotates, the connecting rod journals 22 and 23 make an orbital circular motion, as a result of which the pistons 15 and 16 connected to them through the connecting rods 17 and 18 reciprocate from TDC to BDC and vice versa. In this case, the volume of cavities 7 and 8 of cylinders 1 and 2 changes, as a result of which the gas is sucked through the suction pipe 12, the common suction cavity 9 and valves 3 and 4 in cavities 7 and 8, compressed in them and supplied to the consumer through the discharge valves 5 and 6 , discharge cavities 10 and 11 and discharge pipeline 13.

При осуществлении процессов всасывания в цилиндрах 1 и 2 в связи с наличием гидравлического сопротивления всасывающего трубопровода и клапанов 3 и 4 давление в полостях 7 и 8 становится существенно ниже давления всасывания (давления атмосферы). Из-за гидравлического сопротивления линии всасывания 12 давление в полости 9 также становится ниже атмосферного в течение процессов всасывания в цилиндрах 1 и 2, и это давление тем ниже, чем выше скорость движения поршня в течение его хода. То есть, по существу в данной конструкции в полости 9 происходит колебание давления с амплитудой в сторону ниже атмосферного давления. Эти колебания давления передаются через канал 25 в полость герметичной емкости 24, и давление в этой емкости колеблется с удвоенной частотой вращения коленчатого вала 19 и с амплитудой, направленной в сторону разрежения от атмосферного давления.When the suction processes are carried out in cylinders 1 and 2, due to the presence of hydraulic resistance of the suction pipeline and valves 3 and 4, the pressure in cavities 7 and 8 becomes significantly lower than the suction pressure (atmospheric pressure). Due to the hydraulic resistance of the suction line 12, the pressure in the cavity 9 also becomes below atmospheric during the suction processes in cylinders 1 and 2, and this pressure is the lower, the higher the speed of the piston during its stroke. That is, essentially in this design in the cavity 9, there is a pressure fluctuation with an amplitude towards below atmospheric pressure. These pressure fluctuations are transmitted through the channel 25 into the cavity of the sealed container 24, and the pressure in this container fluctuates with twice the rotational speed of the crankshaft 19 and with an amplitude directed towards the vacuum from atmospheric pressure.

Емкость 24 и емкость 31 представляют собой сообщающиеся через теплообменники 28, 29, рубашку 14 и канал 30 сосуды. Причем, в емкости 31 на жидкость, ее заполняющую, всегда действует атмосферное давление, благодаря наличию отверстия 32.Tank 24 and tank 31 are vessels communicating through heat exchangers 28, 29, jacket 14 and channel 30. Moreover, in the container 31, atmospheric pressure always acts on the liquid filling it, due to the presence of the hole 32.

При давлении в емкости 24 ниже атмосферного возникает перепад давления между емкостью 31 и емкостью 24, в результате чего открывается клапан 26, и жидкость из рубашки 14 через теплообменник 28 поступает в эту емкость, ее уровень в ней повышается. Одновременно жидкость истекает из емкости 31 в рубашку 14 через канал 30, и ее уровень в емкости 31 понижается.When the pressure in the container 24 is below atmospheric, a pressure drop arises between the container 31 and the container 24, as a result of which the valve 26 opens, and the liquid from the jacket 14 through the heat exchanger 28 enters this container, its level in it rises. At the same time, the liquid flows out of the container 31 into the jacket 14 through the channel 30, and its level in the container 31 decreases.

При давлении в емкости 24 равному атмосферному, в связи с возникшим перепадом высот в емкости 24 и емкости 31, под действием гравитационных сил жидкость в емкости 24 давит на клапан 27, открывает его и истекает через теплообменник 29 назад в рубашку 14, а из нее - через канал 30 в емкость 31.When the pressure in the container 24 is equal to the atmospheric pressure, due to the difference in heights in the container 24 and the container 31, under the action of gravitational forces, the liquid in the container 24 presses on the valve 27, opens it and flows out through the heat exchanger 29 back into the jacket 14, and from it - through channel 30 into vessel 31.

В связи с тем, что, разрежение в емкости 24 длится дольше, чем длится атмосферное давление, расход жидкости в емкость 24 сначала больше, чем из этой емкости. В результате этого растет перепад высот уровней жидкости в емкостях 24 и 31. Этот рост продолжается до тех пор, пока перепад высот не достигнет такого уровня, что влияние гравитационных сил станет одинакового порядка с влиянием сил от перепада давления, и расход в емкость 24 и из нее станет одинаковым, возникает устойчивый режим, при котором жидкость постоянно мигрирует в пределах всей системы охлаждения. При этом и в емкости 24, и в емкости 31 наблюдается конвективное движение жидкости – более нагретая поднимается вверх, а охладившаяся о стенки – опускается вниз, чем достигается постоянный «круговорот» жидкости в системе. В результате этого отнятая жидкостью теплота сжатия газа от стенок цилиндров 1 и 2 в рубашке 14 передается в окружающую среду, что повышает экономичность работы компрессора.Due to the fact that the vacuum in the container 24 lasts longer than the atmospheric pressure, the flow rate of liquid into the container 24 is initially greater than from this container. As a result, the difference in the heights of the liquid levels in containers 24 and 31 increases. This growth continues until the difference in heights reaches such a level that the influence of gravitational forces will be of the same order of magnitude with the influence of forces from the pressure difference, and the flow rate into the container 24 and from it becomes the same, a stable mode arises in which the liquid constantly migrates within the entire cooling system. At the same time, both in the container 24 and in the container 31, a convective movement of the liquid is observed - the more heated one rises up, and the cooled one against the walls - goes down, which is achieved by a constant "circulation" of the liquid in the system. As a result, the heat of gas compression removed by the liquid from the walls of cylinders 1 and 2 in jacket 14 is transferred to the environment, which increases the efficiency of the compressor.

При работе компрессора на низком и среднем давлении нагнетания температура верхней части 35 цилиндров относительно невелика, и биметаллическая пластина 36, температура которой зависит от температуры цилиндров, прогибается на такую величину, что заслонка 33 (фиг. 3) не входит в живое сечение трубопровода 12, т.к. его гидравлического сопротивления и создаваемого им разрежения в полости 9 во время процесса всасывания достаточно для циркуляции жидкости в системе охлаждения ЦПГ. When the compressor operates at low and medium discharge pressures, the temperature of the upper part 35 of the cylinders is relatively low, and the bimetallic plate 36, the temperature of which depends on the temperature of the cylinders, bends by such an amount that the damper 33 (Fig. 3) does not enter the free cross-section of the pipeline 12, since its hydraulic resistance and the vacuum created by it in the cavity 9 during the suction process is sufficient for the circulation of the liquid in the cooling system of the CPG.

При увеличении давления нагнетания температура в верхней части 35 цилиндров вырастает, соответственно растет температура пластины 36 и ее прогиб (фиг. 4), и заслонка 33 входит в живое сечение трубопровода 12, уменьшает это сечение, в результате чего его сопротивление увеличивается. Это приводит к увеличению разрежения в полости 9 во время процесса всасывания и, соответственно, к росту расхода жидкости, циркулирующей в системе охлаждения, что приводит к снижению температуры ЦПГ до приемлемого уровня.With an increase in the discharge pressure, the temperature in the upper part 35 of the cylinders rises, respectively, the temperature of the plate 36 and its deflection (Fig. 4) increase, and the damper 33 enters the open section of the pipeline 12, reduces this section, as a result of which its resistance increases. This leads to an increase in the vacuum in the cavity 9 during the suction process and, accordingly, to an increase in the flow rate of the liquid circulating in the cooling system, which leads to a decrease in the CPG temperature to an acceptable level.

В конструкции, изображенной на фиг. 5, увеличение температуры верхней части 35 цилиндров приводит к дополнительному (по сравнению с температурой при низких и средних давлениях нагнетания) нагреву жидкости 37, ее объем дополнительно увеличивается, что приводит к дополнительному продвижению поршня 38 вверх. При этом своим скосом 39 он воздействует на направляющую 40, и закрепленная на ней пластина 41 входит в живое сечение трубопровода 12, увеличивая его гидравлическое сопротивление, что влечет за собой увеличение расхода охлаждающей жидкости.In the construction shown in FIG. 5, an increase in the temperature of the upper part 35 of the cylinders leads to additional (compared to the temperature at low and medium discharge pressures) heating of the liquid 37, its volume further increases, which leads to additional advancement of the piston 38 upward. At the same time, with its bevel 39, it acts on the guide 40, and the plate 41 fixed on it enters the open section of the pipeline 12, increasing its hydraulic resistance, which entails an increase in the flow rate of the coolant.

В конструкции, изображенной на фиг. 6 увеличение температуры части 36 цилиндров приводит к росту температуры жидкости 45, ее дополнительному расширению, что приводит к удлинению сильфона 47 и частичному перекрытию заслонкой 49 живого сечения трубопровода 12, что приводит к увеличению его гидравлического сопротивления и росту расхода жидкости в системе охлаждения.In the construction shown in FIG. 6, an increase in the temperature of part 36 of the cylinders leads to an increase in the temperature of the liquid 45, its additional expansion, which leads to an elongation of the bellows 47 and the partial closure of the valve 49 of the open section of the pipeline 12, which leads to an increase in its hydraulic resistance and an increase in the flow rate of the liquid in the cooling system.

В предложенных вариантах конструкции компрессора с автономным жидкостным охлаждением существенно уменьшены потери работы на преодоление гидравлического сопротивления всасывающего трубопровода при работе на переменных режимах, когда давление, развиваемое компрессором, ниже максимального. Следует учесть, что именно эти режимы занимают большую часть времени работы компрессора в реальных условиях.In the proposed design options for the compressor with autonomous liquid cooling, the work losses for overcoming the hydraulic resistance of the suction pipeline are significantly reduced when operating in variable modes, when the pressure developed by the compressor is below the maximum. It should be noted that it is these modes that take up most of the compressor operating time under real conditions.

Таким образом, следует считать, что техническая задача повышения экономичности компрессора за счет снижения работы, потраченной на перемещение охлаждающей жидкости при работе на переменных режимах, полностью выполнена.Thus, it should be considered that the technical task of increasing the efficiency of the compressor by reducing the work spent on moving the coolant when operating in variable modes has been fully completed.

Claims

1. Piston two-cylinder compressor with autonomous liquid jacket cooling, containing the first and second cylinders with suction and discharge valves connecting the working cavities of the cylinders through the suction and discharge pipelines and, respectively, the suction and discharge cavities with the source and consumer of gas, and the cylinders have a liquid cooling jacket and pistons connected to a drive mechanism containing a crankshaft with first and second support and connecting rod journals, which are in antiphase with respect to one another, and the suction cavities of both cylinders are combined into a single suction cavity, which is connected to a sealed container filled with liquid, and this container has suction and discharge valves connected to a liquid cooling jacket connected to an additional tank that is filled with liquid and has an opening connecting the cavity of this tank to the atmosphere, characterized in that the suction pipeline is equipped with a damper capable of partially blocking this pipeline, and this damper is equipped with a device for moving it in the direction of blocking the suction pipeline, installed in the upper part of the cylinders.

2. A piston compressor according to claim 1, characterized in that the device for moving the damper is partially submerged in the liquid cooling jacket.

3. A piston compressor according to claim 1, characterized in that the device for moving the shutter is made in the form of a bimetallic plate.

4. A piston compressor according to claim 1, characterized in that the device for moving the flap is made in the form of a cylinder with a liquid, and in the upper part of the cylinder above the liquid column there is a piston having a bevel that contacts the flap in such a way that when the piston moves, the flap moves perpendicular to the axis of this cylinder.

5. A piston compressor according to claim 1, characterized in that the device for moving the damper is made in the form of a cylinder with a liquid, and in the upper part of the cylinder a bellows filled with liquid is rigidly fixed with an open end, directed towards the suction pipeline, and a damper is installed on the other blind end ...

6. Piston two-cylinder compressor with autonomous liquid jacket cooling, containing the first and second cylinders with suction and discharge valves connecting the working cavities of the cylinders through the suction and discharge pipelines and, respectively, the suction and discharge cavities with the source and consumer of gas, and the cylinders have a liquid cooling jacket and pistons connected to a drive mechanism containing a crankshaft with first and second support and connecting rod journals, which are in antiphase with respect to one another, and the suction cavities of both cylinders are combined into a single suction cavity, which is connected to a sealed container filled with liquid, and this container has suction and discharge valves connected to a liquid cooling jacket connected to an additional tank, which is filled with liquid and has an opening connecting the cavity of this tank to the atmosphere, characterized in that the sealed tank contains an orifice a plate with a ribbed length, made of a material with high thermal conductivity, part of which is inside the container, and the other part is on its outer side, and the part that is inside the container divides this container in height into two parts and has through holes connecting these parts, and the lower edge of the lower in height of the opening is located at a distance from the lower end of the inner part of the sealed container, equal to or less than the minimum level of the liquid filling this container.

7. Piston two-cylinder compressor with autonomous liquid jacket cooling, containing the first and second cylinders with suction and discharge valves connecting the working cavities of the cylinders through the suction and discharge pipelines and, respectively, the suction and discharge cavities with the source and consumer of gas, and the cylinders have a liquid cooling jacket and pistons connected to a drive mechanism containing a crankshaft with first and second support and connecting rod journals, which are in antiphase with respect to one another, and the suction cavities of both cylinders are combined into a single suction cavity, which is connected to a sealed container filled with liquid, and this container has suction and discharge valves connected to a liquid cooling jacket connected to an additional tank, which is filled with liquid and has an opening connecting the cavity of this tank to the atmosphere, characterized in that the sealed tank is made of is cylindrical and contains a rod made of a material with high thermal conductivity, located along the axis of the container and having a part protruding outward, and the part that is inside the container abuts against its bottom and contains a ribbon twisted protrusion, the lower end of which abuts against the bottom of the container in the zone between the suction and discharge valves, and the part that protrudes outward has cooling fins.

8. A piston compressor according to claim 7, characterized in that the suction and discharge valves are connected to the inner cavity of the sealed container by channels located tangentially to the circumference of this container, and the suction valve is located in the upper part, and the discharge valve is located in the lower part of the container.

9. A piston compressor according to claim 1, characterized in that the device for moving the damper is provided with a multiplier.

10. A piston compressor according to claim 1 and 9, characterized in that the multiplier is made in the form of a lever of the first or second kind.