UA54594C2

UA54594C2 - Method for crosshead-less compressor operation and piston compressor for its implementation

Info

Publication number: UA54594C2
Application number: UA2000106124A
Authority: UA
Inventors: Едуард Арестарфович Бакум; Эдуард Аристархович Бакум; Георгій Константинович Мнацаканов; Петро Григорович Красномовець; Петр Григорьевич Красномовец; Валентин Федорович Зеленовський; Олександр Іванович Попович; Алесандр Иванович Попович
Original assignee: Науково-Дослідний Та Конструкторсько-Технологічний Інститут Холодильної Техніки І Технології "Агрохолод"
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2003-03-17

Abstract

Method for crosshead-less compressor operation and piston compressor for its implementation is used for compression of gases, mostly of cooling agents. Vapor-like working substance is pressed in cylinders of the piston compressor with con-rod – piston group, this is connected to crankshaft. Friction couples are lubricated by circulating lubricant, with takeoff of part of the heat resulting from compression from the cylinders to environment. Piston crosshead-less compressor includes case, crankshaft, cylinders with cooling jacket, con-rod piston group, pump, valve deck and suction and pump-in valves. At that, heat exchanger and valve are installed between the cooling jacket of the cylinders and the carter.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Пропонується винахід, що відноситься до енергетики, переважно до холодильної техніки, а конкретніше до 2 способів та обладнання для стискування газів, переважно холодильних агентів.The proposed invention relates to energy, mainly to refrigeration equipment, and more specifically to 2 methods and equipment for compressing gases, mainly refrigerants.

Відомий поршневий компресор, що складається з картера, колінчастого вала, шатунно-поршневої групи, клапанної дошки, всмоктувальних та нагнітальних клапанів, циліндрів та змащувальної системи (Г.М. Швецов,A well-known piston compressor consisting of a crankcase, a crankshaft, a connecting rod-piston group, a valve plate, suction and discharge valves, cylinders and a lubrication system (H.M. Shvetsov,

Н.В. Ладин. Судовьне холодильньсе установки. М.: Транспорт 1986.-- 232с.--с.72...13 -- аналог).N.V. Ladin Marine refrigeration installations. M.: Transport 1986.-- 232 p.--p. 72...13 -- analogue).

Поршневий компресор працює таким чином: 70 Визначений об'єм пари (робочої речовини) під низьким тиском всмоктують через всмоктувальний клапан у порожнину циліндра, тобто у замкнений об'єм, утворений циліндром, клапанною дошкою і поршнем, який збільшується за рахунок переміщення поршня колінчастим валом за допомогою шатуна. При створенні максимального об'єму всмоктувальний клапан зачиняється. Подальше обертання колінчастого вала супроводжується зменшенням замкненого об'єму з парою, в результаті чого тиск останньої підвищується, тобто 72 пара стискується. При досягненні тиску пари відповідного значення, що визначається обладнанням, в яке його нагнітають, відчиняється нагнітальний клапан і стиснутий пар виштовхується з компресора доти, доки об'єм порожнини циліндра не прийме мінімальне значення. Послідуюче обертання колінчастого вала приводить до збільшення цього замкненого об'єму, при цьому нагнітальний клапан зачиняється, а всмоктувальний відкривається (завершується цикл) і починається наступний процес всмоктування пари. Стискання пари 20 супроводжується підвищенням її температури і виділенням тепла, як безпосередньо у порожнині циліндра, так і в місцях з'єднання окремих частин компресора, які переміщуються одне відносно іншого з тертям (опорах колінчастого вала, підшипниках шатуна тощо). Для зменшення тепла тертя, ці пари тертя змащують мастилом, яке подають у них за рахунок розбризкування або мастильним насосом. Тепло, що виділяється, відводять в навколишнє середовище (навколишнє повітря) за рахунок тепловіддачі через картер та стінки циліндрів. с 25 Недоліком відомого компресора, який реалізує описаний спосіб стискання пари, є відносно невисокий ступінь (9 стискання, який обмежується високою температурою кінця стискання ряду екологічно безпечних холодильних агентів, наприклад, аміаку. Висока температура кінця стискання приводить до коксування змащуючих мастил, що застосовуються і, як наслідок до виводу з ладу компресорів. Це обмежує область використання таких компресорів для стискання ряду перспективних холодильних агентів. М 30 Відоме технічне рішення, в якому цей недолік усунено. Ге»!The piston compressor works as follows: 70 A certain volume of steam (working substance) is sucked under low pressure through the suction valve into the cylinder cavity, that is, into the closed volume formed by the cylinder, valve plate and piston, which increases due to the movement of the piston by the crankshaft with the help of a connecting rod. When the maximum volume is created, the suction valve closes. Further rotation of the crankshaft is accompanied by a decrease in the closed volume with steam, as a result of which the pressure of the latter increases, that is, the steam is compressed. When the steam pressure reaches the appropriate value determined by the equipment into which it is injected, the injection valve opens and the compressed steam is pushed out of the compressor until the volume of the cylinder cavity takes a minimum value. The subsequent rotation of the crankshaft leads to an increase in this closed volume, while the discharge valve closes and the suction valve opens (the cycle ends) and the next steam suction process begins. The compression of steam 20 is accompanied by an increase in its temperature and the release of heat, both directly in the cylinder cavity and at the joints of individual parts of the compressor that move relative to each other with friction (crankshaft supports, connecting rod bearings, etc.). To reduce the heat of friction, these pairs of friction are lubricated with grease, which is supplied to them by spraying or by an oil pump. The released heat is removed to the environment (ambient air) due to heat transfer through the crankcase and cylinder walls. c 25 The disadvantage of the known compressor, which implements the described method of vapor compression, is a relatively low compression degree (9), which is limited by the high temperature of the end of compression of a number of environmentally safe refrigerants, for example, ammonia. The high temperature of the end of compression leads to coking of the lubricating oils used and , as a consequence to the failure of compressors. This limits the scope of use of such compressors for compressing a number of promising refrigerants. M 30 A known technical solution in which this drawback is eliminated. Ge"!

Це спосіб роботи поршневого безкрейцкопфного компресора, який полягає у стискуванні в його циліндрах робочої речовини шатунно-поршневою групою, яка поєднана з колінчастим валом. Пари тертя змащуються о циркулюючим мастилом з відведенням від циліндрів частини тепла стискування в навколишнє середовище «І проміжним теплоносієм і поршневий безкрейцкопфний компресор, в складі якого знаходяться картер,This is the method of operation of a reciprocating crosshead compressor, which consists in compressing the working substance in its cylinders by a connecting rod-piston group, which is connected to the crankshaft. The friction pairs are lubricated by the circulating lubricant with the removal of part of the heat of compression from the cylinders to the environment.

Зо колінчастий вал, циліндри з охолоджуючою рубашкою, шатунно-поршнева група, мастильний насос, клапанна о дошка та всмоктувальний і нагнітальний клапани (В.Ф. Лебедев, И.Г. Чумак, Г.Д. Аверин и др. Холодильная техника. М.: Агропромиздат 1986. -- 335 с. - 0.33...35-- прототип).From the crankshaft, cylinders with a cooling jacket, connecting rod and piston group, lubrication pump, valve plate and suction and discharge valves (V.F. Lebedev, I.G. Chumak, G.D. Averin and others. Refrigeration equipment. M .: Agropromizdat 1986. -- 335 pp. - 0.33...35-- prototype).

Поршневий компресор працює таким чином: «A reciprocating compressor works as follows:

Визначений об'єм пари (робочої речовини) під низьким тиском всмоктують через всмоктувальний клапан у З 50 порожнину циліндра з наступним стисканням за рахунок зменшення її об'єму, а потім нагнітають за с призначенням, наприклад у конденсатор. При стисканні робочого тіла виділяється тепло, яке відводять у з» навколишнє середовище. При цьому частину теплоти від циліндрів у компресорах, що стискують агенти з великим значенням коефіцієнту адіабати, наприклад, аміак, повітря та інші, відводять у навколишнє середовище з використанням проміжного носія - води. Це забезпечує надійну роботу поршневих компресорів у розрахункових режимах без коксування мастила, яке застосовують в цих компресорах, за рахунок підтримання температури і-й кінця стискування не вище 145"С, а також зменшення роботи стискання газу. «» Недоліками відомого технічного рішення є те, що при застосуванні таких компресорів в зимовий період року в місцях, де температура може знижуватись нижче ніж 0"С, можливі умови, коли вода буде переходити з і-й рідинного стану в лід, що виведе з ладу компресор, а крім того можливе випадіння водяного каменю на (Те) 20 теплопередавальній поверхні водяної рубашки при застосуванні води із розчиненими солями жорсткості, яке приведе до підвищення термічного опору передачі теплоти від стискуваного агенту до води.The determined volume of steam (working substance) under low pressure is sucked through the suction valve into the cylinder cavity with subsequent compression due to the reduction of its volume, and then pumped as intended, for example, into the condenser. When the working body is compressed, heat is released, which is removed to the surrounding environment. At the same time, part of the heat from cylinders in compressors compressing agents with a large value of the adiabatic coefficient, for example, ammonia, air, and others, is removed to the environment using an intermediate medium - water. This ensures reliable operation of reciprocating compressors in calculated modes without coking of the lubricant used in these compressors, due to maintaining the temperature at the end of compression no higher than 145"C, as well as reducing the work of gas compression. "" The disadvantages of the known technical solution are that that when using such compressors in the winter period of the year in places where the temperature can drop below 0"C, conditions are possible when water will change from the i-th liquid state to ice, which will disable the compressor, and in addition, it is possible to drop water stone on the (Te) 20 heat transfer surface of the water jacket when using water with dissolved hardness salts, which will lead to an increase in the thermal resistance of heat transfer from the compressible agent to water.

Т» В основу винаходу покладена задача забезпечення безаварійної роботи безкрейцкопфного поршневого компрессора при температурі навколишнього середовища нижчій ніж 09С та без перевищення допустимої температури кінця стискування, за рахунок відводу частини теплоти від циліндрів у навколишнє середовище без 59 застосування додаткового проміжного теплоносія.T" The invention is based on the task of ensuring trouble-free operation of a cross-head piston compressor at an ambient temperature lower than 09C and without exceeding the permissible temperature at the end of compression, due to the removal of part of the heat from the cylinders into the environment without the use of an additional intermediate coolant.

ГФ) Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в запропонованому способі роботи поршневого юю компресора, частину теплоти стискування робочого газу відводять циркулюючим змащуючим мастилом. Для цього охолоджуюча рубашка циліндрів компресора поєднана в гідравлічний контур з теплообмінником та мастильним насосом компресора. 60 Заявлене технічне рішення з переглянутих літературних джерел нам не відоме, дозволяє здобути позитивний ефект у вигляді забезпечення безаварійної роботи компресора без застосування додаткового проміжного теплоносія для відводу у навколишнє середовище від циліндрів частини теплоти стискання агенту, а це спрощує конструкцію та підвищує надійність його роботи.GF) The problem is solved due to the fact that in the proposed method of operation of the piston-type compressor, part of the heat of compression of the working gas is removed by the circulating lubricating oil. For this purpose, the cooling jacket of the compressor cylinders is connected to the hydraulic circuit with the heat exchanger and the oil pump of the compressor. 60 The stated technical solution from the revised literary sources is not known to us, it allows to obtain a positive effect in the form of ensuring the accident-free operation of the compressor without the use of an additional intermediate heat carrier to divert part of the compression heat from the cylinders to the environment, and this simplifies the design and increases the reliability of its operation.

Заявлений спосіб реалізують таким чином. Як приклад розглядається випадок роботи аміачного компресора бо у складі холодильної установки, що працює у стандартному режимі, тобто при температурі випаровування холодильного агенту -15"С, температурі конденсації його -30"С.The claimed method is implemented as follows. As an example, the case of the operation of an ammonia compressor as part of a refrigerating unit operating in standard mode, i.e. at a refrigerant evaporation temperature of -15°C, and its condensation temperature of -30°C, is considered.

Визначений об'єм пароподібного аміаку (робочої речовини) під низьким тиском (Р - 0,24МПа) всмоктують через всмоктувальний клапан у порожнину циліндра, яка збільшується за рахунок переміщення поршняThe specified volume of ammonia vapor (working substance) under low pressure (Р - 0.24 MPa) is sucked through the suction valve into the cylinder cavity, which increases due to the movement of the piston

Колінчастим валом за допомогою шатуна. При створенні максимального об'єму всмоктувальний клапан зачиняється. Подальше обертання колінчастого валу супроводжується зменшенням замкненого об'єму з парою, в результаті чого тиск останньої підвищується, тобто пара стискується. При досягненні тиску пари, що перевищує тиск у конденсаторі (Р - 1,19МПа) на прийняту величину депресії у нагнітальних клапанах (звичайно ця величина складає 0,005...0,01МПа), відчиняється нагнітальний клапан і стиснена пара виштовхується з 7/0 Компресора у конденсатор холодильної установки доти, доки замкнений об'єм порожнини циліндра не прийме мінімальне значення. Послідуюче обертання колінчастого валу приводить до збільшення цього замкненого об'єму, при цьому нагнітальний клапан зачиняється, а всмоктувальний відкривається (завершується цикл) і починається наступний процес всмоктування пари. Стискання пари супроводжується виділенням тепла, як безпосередньо у замкненому об'ємі порожнини циліндра, так і в місцях поєднання окремих частин компресора в /5 пари тертя, (опорах колінчастого валу, підшипниках шатуна тощо). Для зменшення тепла тертя, ці пари змащують мастилом, яке подають у них мастильним насосом. Теплоту, що виділяється, відводять в навколишнє середовище (навколишнє повітря) за рахунок теплопередачі частково через корпус компресора, а частково через теплообмінник з використанням циркулюючого змащуючого мастила.A crankshaft with the help of a connecting rod. When the maximum volume is created, the suction valve closes. Further rotation of the crankshaft is accompanied by a decrease in the closed volume with steam, as a result of which the pressure of the latter increases, that is, the steam is compressed. When the steam pressure exceeds the pressure in the condenser (P - 1.19MPa) by the accepted amount of depression in the discharge valves (usually this value is 0.005...0.01MPa), the discharge valve opens and the compressed steam is pushed out of the 7/0 Compressor into the condenser of the refrigeration unit until the closed volume of the cylinder cavity takes a minimum value. The subsequent rotation of the crankshaft leads to an increase in this closed volume, while the discharge valve closes and the suction valve opens (the cycle ends) and the next steam suction process begins. Steam compression is accompanied by the release of heat, both directly in the closed volume of the cylinder cavity and in the places where separate parts of the compressor are combined in /5 friction pairs (crankshaft supports, connecting rod bearings, etc.). To reduce the heat of friction, these pairs are lubricated with grease, which is supplied to them by an oil pump. The released heat is removed to the environment (ambient air) due to heat transfer partly through the compressor housing, and partly through the heat exchanger using circulating lubricating oil.

Одна з принципових схем поршневого компресора для реалізації заявленого способу зображена на Фіг.One of the principle diagrams of the piston compressor for the implementation of the claimed method is shown in Fig.

Поршневий компресор складається з картера 1, колінчастого вала 2, шатуна 3, поршня 4, циліндра 5 з охолоджуючою рубашкою 6, мастильного насоса 7 з всмоктувальним патрубком 8. Насос 7 з трубопроводом 9 створюють систему змащування пар тертя компресора, а через запорний вентиль 10 і трубопровід 11 поєднаний з входом у охолоджуючу рубашку 6, вихід з якої через регулюючий вентиль 12 та трубопровід 13 поєднаний із входом у охолоджувач мастила 14. Вихід із охолоджувача мастила 14 трубопроводом 15, у розрив якого счThe reciprocating compressor consists of crankcase 1, crankshaft 2, connecting rod 3, piston 4, cylinder 5 with cooling jacket 6, lubrication pump 7 with suction pipe 8. Pump 7 with pipeline 9 create a lubrication system for the friction pairs of the compressor, and through the shut-off valve 10 and pipeline 11 is connected to the inlet to the cooling jacket 6, the outlet of which through the control valve 12 and pipeline 13 is connected to the inlet to the oil cooler 14. The outlet from the oil cooler 14 is the pipeline 15, the gap of which is

Встановлений запорний вентиль 16, поєднаний з картером 1. Нижня частина картера 1 створює мастильну ванну 17. Компресор має клапанну дошку 18 з всмоктувальним 19 та нагнітальним 20 клапанами і доповнений і) всмоктувальним та нагнітальним вентилями 21 та 22 відповідно. Компресор доповнений манометром 23 тиску мастила, який встановлений на трубопроводі 11, а також клапаном 24, що поєднує трубопровід 13 з трубопроводом 15 після вентиля 16. «г зо Компресор працює таким чином.A shut-off valve 16 is installed, connected to the crankcase 1. The lower part of the crankcase 1 creates an oil bath 17. The compressor has a valve board 18 with suction 19 and discharge 20 valves and is supplemented with i) suction and discharge valves 21 and 22, respectively. The compressor is supplemented with a manometer 23 of the oil pressure, which is installed on the pipeline 11, and also with a valve 24, which connects the pipeline 13 with the pipeline 15 after the valve 16. The compressor works as follows.

Для прикладу розглядається випадок, коли при роботі компресор відкритими вентилями 21 та 22 поєднаний з Ме випарником та конденсатором холодильної установки, що на Фіг. не показані. юFor example, we consider the case when, during operation, the compressor is connected to the Me evaporator and the condenser of the refrigerating unit, which is shown in Fig. not shown. yu

При переміщенні поршня 4 вниз об'єм, створений циліндром 5, поршнем 4, який переміщується, та клапанною дошкою 18 збільшується і тиск агента (аміаку) в ньому знижується. Коли тиск агента стане нижчим від « зв тиску у випарнику холодильної машини, (Ро - АРклап) Відкривається всмоктувальний клапан 19 і агент через ю всмоктувальний вентиль 21 починає поступати в циліндр 16 компресора. При переміщенні поршня 17 догори всмоктувальний клапан 19 зачиняється, агент стискується і коли тиск агенту в циліндрі 16 стане вищим, ніж тиск у нагнітальному вентилі 22 (тобто конденсаторі холодильної установки), відкривається нагнітальний клапан 20 і стиснений агент виштовхується з циліндра 16 через вентиль 22 в конденсатор холодильної установки. При « роботі компресора мастильний насос, який може бути встановлений також як у відомих компресорах на 8 с колінчастому валі 2, нагнітає всмоктане через патрубок 8 мастило через трубопровід У на пари тертя й компресора (опори колінчастого валу, шатунні підшипники і таке інше), а через запорний вентиль 10 та «» трубопровід 11 в охолоджуючу рубашку 6 циліндра 5, після якої через регулюючий вентиль 12, трубопровід 13, охолоджувач мастила 14, трубопровід 15 та запорний вентиль 16 знов в картер 1. При цьому, якщо температура мастила на виході з насоса 7 становить приблизно 30... 40"С то на виході з рубашки приблизно 50... 607С. Як с охолоджувач мастила може використовуватись звичайний теплообмінник (трубчастий або пластинчатий чи інший). Нагріте мастило охолоджується в ньому до температури 30...407С і по трубопроводу 15 та запорний шк вентиль 16 повертається у картер. Температуру мастила на виході з охолоджуючої рубашки регулюють за «сл допомогою регулюючого вентиля 12, який змінює кількість мастила, яке насос прокачує через охолоджуючу 5о рубашку. Тиск, що забезпечує насос (0,15...0,395МПа), достатній для проштовхування мастила через о охолоджуючий контур, який створений насосом, вентилями, охолоджуючою рубашкою та охолоджувачемWhen moving the piston 4 down, the volume created by the cylinder 5, the moving piston 4, and the valve plate 18 increases and the pressure of the agent (ammonia) in it decreases. When the pressure of the agent becomes lower than the pressure in the evaporator of the refrigerating machine, (Ro - ARklap) the suction valve 19 opens and the agent through the suction valve 21 begins to flow into the cylinder 16 of the compressor. When the piston 17 moves up, the suction valve 19 closes, the agent is compressed, and when the pressure of the agent in the cylinder 16 becomes higher than the pressure in the discharge valve 22 (ie, the condenser of the refrigeration unit), the discharge valve 20 opens and the compressed agent is pushed out of the cylinder 16 through the valve 22 into refrigeration unit condenser. When the compressor is operating, the oil pump, which can also be installed on the crankshaft 2 as in known compressors 8, pumps the oil sucked through the nozzle 8 through the pipeline U to the friction pairs and the compressor (crankshaft supports, connecting rod bearings, etc.), and through shut-off valve 10 and "" pipe 11 into cooling jacket 6 of cylinder 5, after which through control valve 12, pipe 13, oil cooler 14, pipe 15 and shut-off valve 16 again into crankcase 1. At the same time, if the oil temperature at the outlet from of pump 7 is approximately 30... 40"С, then at the outlet of the jacket is approximately 50... 607С. An ordinary heat exchanger (tubular or plate or other) can be used as a lubricant cooler. The heated lubricant is cooled in it to a temperature of 30... 407C and returns to the crankcase through pipeline 15 and shut-off valve 16. The temperature of the lubricant at the outlet of the cooling jacket is regulated by means of control valve 12, which changes the amount t of lubricant that the pump pumps through the cooling 5o jacket. The pressure provided by the pump (0.15...0.395 MPa) is sufficient to push the lubricant through the cooling circuit, which is created by the pump, valves, cooling jacket and cooler

Та» мастила.That" grease.

У пусковий період, коли температура мастила низька, може трапитись, що напір насоса не достатній для проштовхування мастила через охолоджувач. В цьому випадку мастило, що охолоджує циліндри, циркулює по Контуру: насос 7, вентиль 10, трубопровід 11 охолоджуюча рубашка б, регулюючий вентиль 12, клапан 24, картер 1. Клапан 24 настроєний таким чином, що відчиняється коли різниця тиску між охолоджуючою рубашкою іФ) та картером перевищує задану величину, наприклад 0,30МПа. По мірі нагрівання мастила різниця тиску буде ко зменшуватися, клапан 24 закриється і мастило почне циркулювати як у робочому режимі, що описаний вище.During the start-up period, when the oil temperature is low, it may happen that the pump pressure is not sufficient to push the oil through the cooler. In this case, the lubricant that cools the cylinders circulates around the circuit: pump 7, valve 10, pipeline 11, cooling jacket b, control valve 12, valve 24, crankcase 1. Valve 24 is set in such a way that it opens when the pressure difference between the cooling jacket and F ) and crankcase exceeds a given value, for example 0.30MPa. As the lubricant heats up, the pressure difference will decrease, valve 24 will close and the lubricant will begin to circulate as in the operating mode described above.

Регулюючий вентиль 12 може бути встановлений як після охолоджуючої рубашки 6, як описано вище, так і до во неї.The control valve 12 can be installed both after the cooling jacket 6, as described above, and before it.

Таким чином, запропоновані спосіб роботи безкрейцкопфного компресора та поршневий компресор для його здійснення дозволяють здобути позитивний ефект у вигляді забезпечення безаварійної роботи компресора без застосування додаткового проміжного теплоносія для відводу у навколишнє середовище від циліндрів частини теплоти стискання агенту, а це спрощує конструкцію та підвищує надійність роботи останнього. б5Thus, the proposed method of operation of the cross-headless compressor and the piston compressor for its implementation make it possible to obtain a positive effect in the form of ensuring trouble-free operation of the compressor without the use of an additional intermediate heat carrier for removing part of the heat of compression to the environment from the cylinders, and this simplifies the design and increases the reliability of the latter . b5

Claims

The formula of the invention

1. The method of operation of a crosshead compressor, which consists in compressing gas in its cylinders with the help of a connecting rod-piston group, which is lubricated with grease, with the removal of part of the heat of compression from the cylinders to the environment by an intermediate coolant, which differs in that the heat from the cylinders is removed by circulating lubricating grease.

2. A reciprocating compressor, which includes a crankcase, a crankshaft, cylinders with a cooling jacket, a connecting rod-piston group and an oil pump, which is distinguished by the fact that the cooling jacket of 70 cylinders is connected by oil pipelines to the oil pump and the crankcase.

Q. The piston compressor according to claim 2, which differs in that a cooler is installed between the cooling jacket of the cylinders and the crankcase.

4. The piston compressor according to claim 2, which differs in that a valve is installed between the cooling jacket of the cylinders and the crankcase. c schi 6) « (o) iv) « I c)

- and? 1 sh» 1 se) s» ime) 60 b5