КОМПРЕССОР ПОРШНЕВОЙ УГЛОВОЙ ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ

Область техники.
Заявляемая полезная модель относится к области машиностроения, а именно компрессоростроению. Заявляемый компрессор поршневой угловой двухступенчатый предназначен для сжатия газов, предпочтительно воздуха или водорода до давления 1,8 МПа.
Предшествующий уровень техники.
3
Известен компрессор поршневой двухступенчатый двухрядный с прямоугольным расположением цилиндров содержащий базу, цилиндровую группу, поршневую группу, рабочие клапаны, межступенчатый теплообменник и концевой теплообменник. При этом компрессор выполнен с возможностью работы при начальном давлении в пределах 0,84-1,07 МПа, его производительность равна 47,5-52,5 м/мин, а конечное давление составляет 0,78 МПа. При этом диаметр цилиндра первой ступени равен 602 мм, а диаметр цилиндра второй ступени равен 352 мм (патент РФ на полезную модель №121013, МПК F04B 25/00, 2012, [1]).
Недостатком аналога [1] является его высокая объемная производительность, обусловленная большими рабочими объемами цилиндров. Если вышеуказанный компрессор в зависимости от технологического процесса и от характера пневмоприемников необходимо использовать при сниженном воздухопотреблении, то уменьшение производительности возможно при уменьшении количества оборотов коленчатого вала. Однако в этом случае увеличивается поршневое усилие на шток. Кроме того при наличии системы смазки механизма движения, непосредственно связанной с коленчатым валом, уменьшение числа оборотов коленчатого вала ограничено количеством смазки, подаваемой маслонасосом в каналы коленчатого вала. При недостаточной частоте вращения коленчатого вала маслонасос подает недостаточное количество смазки, что приводит к быстрому износу шатунных шеек. При этом вышеуказанный аналог [1] обладает большими габаритными размерами и металлоемкостью.
Раскрытие полезной модели.
3
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является устранение недостатков аналога [1], а именно - снижение габаритных размеров и снижение производительности компрессора до 6 м/мин.
3
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемой полезной моделью является снижение производительности компрессора до 6 м/мин и повышение конечного давления до 1,8 МПа при поршневом усилии на шток не более 3000 кг.
Сущность полезной модели состоит в том, что компрессор поршневой угловой двухступенчатый содержит цилиндры первой и второй ступеней. При этом цилиндр первой ступени размещен в вертикальном ряду, а цилиндр второй ступени размещен в горизонтальном ряду. Кроме того:
- диаметр цилиндра первой ступени составляет 250 мм;
- диаметр цилиндра второй ступени составляет 125 мм.
На входе газа в компрессор может быть размещен всасывающий фильтр.
Компрессор преимущественно содержит межступенчатый и концевой газоохладители. При этом на газоохладителях размещены предохранительные клапаны.
Компрессор преимущественно содержит систему смазки механизма движения и систему смазки цилиндров и сальников.
Компрессор преимущественно содержит систему охлаждения.
Компрессор предпочтительно содержит силовой привод, выполненный в виде электродвигателя, ротор которого насажен на коленчатый вал компрессора. При этом частота вращения ротора электродвигателя предпочтительно равна 750 об/мин.
2
Компрессор предпочтительно выполнен с возможностью работы при атмосферном начальном давлении или начальном давлении равном 0,01-0,04 кгс/см.
Краткое описание чертежей.
На фигуре показана схема компрессора поршневого углового двухступенчатого.
Осуществление полезной модели.
2
Компрессор поршневой угловой двухступенчатый (фиг.) выполнен с возможностью работы при атмосферном начальном давлении или начальном давлении равном 0,01-0,04 кгс/см и содержит силовой привод (не показано), базу, цилиндры первой и второй ступеней (4, 5), поршни первой и второй ступеней (6, 7), всасывающие и нагнетательные клапаны, межступенчатый газоохладитель (8), концевой газоохладитель (9), систему охлаждения, систему смазки механизма движения, систему смазки цилиндров и сальников и шкаф управления.
Силовой привод предназначен для привода компрессора и выполнен в виде электродвигателя, ротор которого насажен на вал компрессора. Частота вращения ротора электродвигателя предпочтительно равна 750 об/мин.
База компрессора содержит станину (не показано), коленчатый вал (1), шатуны (2) и крейцкопфы (3). Частота вращения коленчатого вала составляет 735 об/мин.
3
Цилиндр первой ступени (4) размещен в вертикальном ряду, а цилиндр второй ступени (5) размещен в горизонтальном ряду. Цилиндры первой и второй ступеней (4, 5) выполнены двойного действия. Каждый из цилиндров (4, 5) содержит вход и выход газа, полости всасывания и нагнетания, водяные полости, рабочую полость и окна для всасывающих и нагнетательных клапанов. С целью обеспечения производительности компрессора равной 6 м/мин и конечного давления равного 1,8 МПа при поршневом усилии на шток не более 3000 кг диаметры цилиндров (4, 5) равны следующим величинам, без учета технологических допусков:
1
2
D=250 мм, D=125 мм,
1
где D - диаметр цилиндра первой ступени;
2
D - диаметр цилиндра второй ступени.
Поршень первой ступени (6) и поршень второй ступени (7) предназначены для изменения рабочих объемов цилиндров (4, 5) и передачи энергии к сжимаемому газу.
Всасывающие клапаны (не показано) предназначены для того, чтобы пропускать газ в рабочие полости цилиндров первой и второй ступеней (4, 5) в определенные периоды времени, и не пропускать его в обратном направлении в течении остального рабочего цикла. Нагнетательные клапаны (не показано) предназначены для того, чтобы пропускать газ из рабочих полостей цилиндров (4, 5) в полости нагнетания и не пропускать его из полостей нагнетания в рабочие полости.
Межступенчатый газоохладитель первой ступени (8) предназначен для охлаждения газа между первой и второй ступенями сжатия. Вход межступенчатого газоохладителя (8) соединен с выходом газа цилиндра первой ступени (4), а выход газа газоохладителя (8) соединен со входом газа цилиндра второй ступени (5).
Концевой газоохладитель (9) предназначен для охлаждения газа после второй ступени сжатия. Вход концевого газоохладителя (9) соединен с выходом газа цилиндра второй ступени (5). На межступенчатом (8) и концевом (9) газоохладителях размещены предохранительные клапаны.
Система охлаждения компрессора выполнена жидкостной, циркулирующей и предназначена для отвода выделяющейся при сжатии газа теплоты от цилиндров (4, 5), межступенчатого (8) и концевого (9) газоохладителей компрессора.
Смазка компрессора осуществляется двумя независимыми системами: циркуляционной системой смазки механизмов движения и системой смазки цилиндров и сальников.
Система смазки цилиндров и сальников (не показано) выполнена принудительной, дозированной от станции смазочной многоотводной.
Система смазки механизма движения (не показано) предназначена для смазки трущихся поверхностей механизма движения, а именно коленчатого вала (1), шатунов (2) и крейцкопфов (3). Вышеупомянутая система смазки выполнена циркуляционной, от шестеренного насоса.
Шкаф управления (не показано) предназначен для управления работой компрессора.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. На входе газа в компрессор размещен всасывающий фильтр.
Пример 2. Электродвигатель выполнен асинхронным марки АВ2-101-8, или марки АВ2-101-8, или марки М4Т5-П.
Реализация конструктивных элементов заявляемой полезной модели не ограничивается приведенными выше примерами.
Описание работы.
Газ, преимущественно воздух или водород, поступает через всасывающий фильтр в первую ступень компрессора с температурой - 25-40°С. Из первой ступени компрессора газ с более высоким давлением и температурой поступает в межступенчатый газоохладитель (8), где происходит охлаждение газа. С выхода межступенчатого газоохладителя (8) охлажденный газ поступает во вторую ступень сжатия, где сжимается до конечного давления. Затем газ охлаждается в концевом газоохладителе (9) до температуры 40-60°С и поступает к потребителю.
3
Таким образом, из вышеизложенного следует, что в заявляемом компрессоре поршневом угловом двухступенчатом заявляемый технический результат: «снижение производительности компрессора до 6 м/мин и повышение конечного давления до 1,8 МПа при поршневом усилии на шток не более 3000 кг» достигается за счет того, что компрессор поршневой угловой двухступенчатый содержит цилиндры первой и второй ступеней. При этом цилиндр первой ступени и размещен в вертикальном ряду, а цилиндр второй ступени размещен в горизонтальном ряду. Кроме того:
- диаметр цилиндра первой ступени составляет 250 мм;
- диаметр цилиндра второй ступени составляет 125 мм.
0
1
2
1
2
3
3
3
Известно, что производительность поршневого компрессора обусловлена рабочим объемом цилиндра, числом ходов поршня в единицу времени или числом оборотов вала привода n и коэффициентом подачи λ (Кузнецов Ю.В., Кузнецов М.Ю. Сжатый воздух. Екатеринбург: УрОРАН, 2007). Автором экспериментально установлено, что с целью обеспечения производительности компрессора равной 6 м/мин и повышения конечного давления до 1,8 МПа при поршневом усилии на шток не более 3000 кг диаметры цилиндров (4, 5) должны составлять следующие величины без учета технологических допусков: D=250 мм и D=125 мм. Снижение поршневого усилия на шток позволило изменить базу аналога [1], на базу, которая рассчитана на меньшее поршневое усилие, что решило задачу снижения габаритных размеров компрессора. Вышеуказанная производительность может обеспечиваться и при больших диаметрах цилиндров (4, 5). Однако в таком случае происходит интенсивный рост нагрузок практически на все элементы компрессора, так как в этом случае большие перепады давления действуют на большие площади. При этом поршневое усилие на шток становится более 3000 кг. В таком случае, для обеспечения прочности необходимо усиливать элементы компрессора или сохранять старую базу. Однако это приводит к увеличению его габаритных размеров и металлоемкости. При размерах диаметров цилиндров (4, 5) менее установленных автором, для обеспечения производительности 6 м/мин, необходимо увеличение оборотов коленчатого вала. Однако в этом случае возрастают силы инерции и соответственно растут поршневые силы, действующие на коленчатый вал (1), шатуны (2), штоки поршней и другие узлы. Это в свою очередь приводит к необходимости сохранения базы или повышения прочности вышеупомянутых узлов на которые действуют поршневые силы. Кроме того при увеличении числа оборотов коленчатого вала также быстрее изнашиваются трущиеся рабочие поверхности поршней и цилиндров, снижается эффективность всасывающих и нагнетательных клапанов. Таким образом размеры диаметров цилиндров (4, 5) D=250 мм и D=125 mm являются оптимальными для обеспечения производительности компрессора равной 6 м/мин и конечного давления равного 1,8 МПа при поршневом усилии на шток не более 3000 кг.
Промышленная применимость.
Автором полезной модели изготовлен опытный образец заявленного компрессора поршневого углового двухступенчатого, испытания которого подтвердили достижение технического результата.
Заявляемая полезная модель реализована с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть изготовлена на машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в химической, угольной и горнодобывающей промышленности, областях добычи, переработки, транспортировки и сбыта нефтяных и газовых продуктов.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Патент РФ на полезную модель №121013, МПК F04B 25/00, опубл. 2012 г.