ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР

Полезная модель относится к области машин объемного действия и может быть использовано при создании поршневых компрессоров работающих без смазки цилиндрической части рабочей камеры с возможностью плавного регулирования производительности.
Известен «Поршневой компрессор» [Патент RU №2529620 от 27.09.2014 г.], содержащий по меньшей мере один цилиндр с поршнем и поршневым штоком и расположенную со стороны крышки сторону цилиндра, а также расположенную со стороны кривошипа сторону цилиндра. Сторона всасывания, расположенная со стороны крышки стороны цилиндра, соединена с расположенной со стороны кривошипа стороной цилиндра. Всасывающий трубопровод соединен со стороной всасывания, и напорный трубопровод соединен со стороной нагнетания расположенной со стороны крышки стороны цилиндра. За счет регулирования осуществляемого со стороны кривошипа предварительного сжатия согласовывается подаваемое количество сжатого газа и одновременно уменьшается тепло сжатия за счет снижения отношения.
Однако наличие дополнительного соединительного трубопровода с клапаном и клапаном на всасывающем трубопроводе для обеспечения поступления газа в первую камеру требуют устройство системы автоматизации, согласующей необходимую производительность компрессора с положением поршня и работой клапанов, а также увеличивают габаритные размеры всего агрегата в целом. Так же необходима дополнительная затрата энергии для предварительного сжатия газа в камере.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является компрессор для получения сжатого воздуха для грузового транспортного средства [Патент RU 2505705 от 27.01.2014]. Компрессор включает корпус с поршневой полостью и с вредным пространством и клапанное устройство с запорным элементом для разделения вредного пространства и поршневой полости. В соответствии с изобретением запорный элемент для открывания клапанного устройства может отходить от седла клапана в направлении поршневой полости Запорный элемент, отведенный от седла клапана, в верхней точке возврата движущегося в поршневой полости поршня, по меньшей мере, частично вдается внутрь паза, расположенного на поршне. При этом запорный элемент в не отведенном состоянии расположен заподлицо с клапанной пластиной.
Недостатками прототипа является наличие клапанного устройства с запорным элементом для присоединения объема вредного пространства к объему рабочей камеры (получение объединенной камеры), что уменьшает надежность устройства, поскольку пружинный элемент со временем будет несколько уменьшать пружинящие свойства, что приведет к более раннему открыванию клапана, и крупные габариты, что ограничивает область применения данного компрессора. В данной конструкции изменение производительности происходит скачкообразно из-за присоединения к объему рабочей камеры вредного пространства (объема). Кроме того, в данной приводной схеме имеет место наличие боковых усилий на поршень в связи с применением кривошипно-шатунного механизма, что вызывает перекосы поршня и дополнительные утечки, которые уменьшают производительность поршневого компрессора.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции, повышение надежности работы, уменьшение ее массогабаритных показателей и расширение функциональных возможностей.
Данный технический результат достигается тем, что предложен поршневой компрессор, содержащий корпус в виде цилиндра, далее «цилиндр» с поршневой полостью и вредным пространством. В цилиндре расположен поршень, с одной стороны поршня установлена крышка, выполненная с возможностью перемещения относительно цилиндра по резьбе, что позволяет плавно изменять объем вредного пространства над поршнем (объем ограниченный верхней мертвой точкой (ВМТ) и плоскостью выступа крышки), и, соответственно, плавно изменять производительность поршневого компрессора, кроме того, в крышке расположены всасывающий и нагнетательный клапаны для впуска и выпуска газов, а с другой стороны поршень соединен со штоком, к которому подсоединен линейный привод, позволяющий уменьшить боковые усилия на поршень, что позволяет избегать перекосов и дополнительных утечек, уменьшающих производительность поршневого компрессора, и изменять производительность компрессора от максимальной Vmax, когда вредное пространство равно нулю и поршень доходит до торца крышки, до минимальной производительности Vmin.
На Фиг. 1 показан компрессор, в котором цилиндр и крышка соединены с помощью внутренней резьбы.
На Фиг. 2 показан компрессор, в котором цилиндр и крышка соединены с помощью наружной резьбы.
Поршневой компрессор содержит цилиндр 1, с расположенным в нем поршнем 2, который в свою очередь соединен со штоком 3, крышку цилиндра 4, расположенную со стороны поршня 2, в которой расположены всасывающий клапан 5 и нагнетательный клапан 6, вредное пространство 7, образуемое между верхней мертвой точкой и торцом крышки 4, обращенным в сторону поршня 2 («расстояние S1 на которое выкручивается крышка») внутри цилиндра 1, линейный привод 8, соединенный со штоком 3. За счет перемещения крышки по резьбе цилиндра происходит изменение объема вредного пространства. Расчеты показывают, что изменение объема вредного пространства цилиндра позволяет изменять производительность поршневого компрессора от Vmax, когда вредное пространство равно нулю и поршень 2 доходит до торца крышки 4 (Фиг. 1, 2) [Пластинин, П.И. Поршневые компрессоры. В 2 т. Т. 1. Теория и расчет / П.И. Пластинин - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 2006. - 456 с., стр. 11]:
ц
2
Vmax=n⋅S⋅πD/4,
-1
где n - количество рабочих циклов секунду, с;
S - ход поршня, м;
ц
D - диаметр цилиндра, м.
до минимальной производительности Vmin. [Пластинин, П.И. Поршневые компрессоры. В 2 т. Т. 1. Теория и расчет / П.И. Пластинин - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 2006. - 456 с., стр. 43]:
Vmin=Vmax⋅λ,
где λ - объемный коэффициент [Пластинин, П.И. Поршневые компрессоры. В 2 т. Т. 1. Теория и расчет / П.И. Пластинин - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 2006. - 456 с., стр. 43]:
λ=S1/S,
где S1 - расстояние, на которое выкручивается крышка 4 (Фиг. 3, 4), м.
Крышка может быть выполнена как с внутренней резьбой, так и с наружной.
Наличие крышки цилиндра с возможностью перемещения относительно цилиндра по резьбе, что позволяет плавно изменять объем вредного пространства над поршнем, и соответственно плавно изменять производительность поршневого компрессора, уменьшение размеров и массы крышки цилиндра за счет исключения клапанного устройства с запорным элементом и равномерного распределения объема вредного пространства по площади цилиндра; исключение боковых усилий на поршень за счет применения линейного привода.
Поршневой компрессор работает следующим образом:
Поршневой компрессор, подключенный к линейному приводу 8, передает усилие для поступательного движения через шток 3 на поршень 2. Поршень 2, цилиндр 1 и крышка 4 образуют рабочую камеру для сжатия газа. При движении поршня 2 к нижней мертвой точке (НМТ) газ поступает через всасывающий клапан 5. При движении поршня 2 в верхнюю мертвую точку (ВМТ) газ сжимается и при достижении давления нагнетания поступает через клапан нагнетания 6 потребителю. В процессе работы при необходимости изменения производительности поршневого компрессора крышка 4 вращается по резьбе и изменяет объем вредного пространства 7, плавно меняя производительность поршневого компрессора от Vmax до Vmin. Поршневой компрессор за счет возможности перемещения крышки относительно цилиндра по резьбе позволяет регулировать величину выступа крышки в цилиндре и соответственно плавно изменять объем вредного пространства, изменять плавно производительность поршневого компрессора. Кроме того, применение линейного привода позволяет уменьшить боковые усилия на поршень, что позволяет избегать перекосов и дополнительных утечек, уменьшающих производительность поршневого компрессора.
Предложенная конструкция позволяет обеспечить меньшие массогабаритные показатели за счет уменьшения размеров крышки, что достигается равномерным распределением вредного пространства по площади цилиндра и позволяет расширить область применения поршневых компрессоров на мобильных установках, в том числе подводных объектах. Компрессор не содержит пружинный узел, который со временем теряет свои характеристики по жесткости пружины, что уменьшает ресурс работы и присоединение вредного пространства в более ранний момент времени по сравнению с расчетным значением, тем самым повышая надежность работы компрессора.
Кроме того, компрессор обеспечивает плавное регулирование производительности компрессора за счет плавного изменения объема вредного пространства. Такие поршневые компрессоры могут быть как общего назначения, так и компрессорами для сжатия криогенных, взрывоопасных газов.