УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАЛОЦИКЛОВОЙ ЗАКАЧКИ СЖАТОГО ВОЗДУХА В БАЛЛОНЫ
DEVICE FOR LOW-CYCLE INJECTION OF COMPRESSED AIR INTO CYLINDERS

Изобретение относится к устройствам для закачки сжатого воздуха компрессором под высоким давлением в баллоны.
Известен вертикально-горизонтальный компрессор для сжатия воздуха [см., например, книгу: «Поршневые компрессоры. Теория, конструкции и основы проектирования» автор М.И. Френкель, Изд-во. - Ленинград, «Машиностроение», 1969. - С.122] [1], содержащий горизонтальный и вертикальный ортогональные блоки, каждый блок, содержит два поршня, два цилиндра (первой и второй ступни давления), выпускной и нагнетательный клапаны, привод компрессора от двигателя выполнен в виде кривошипно-ползунного механизма и крейцкопфа.
Недостатками технического решения [1] являются высокочастотный привод компрессора от электродвигателя посредством кривошипно-шатунного поршневого механизма, в котором с увеличением частоты рабочих ходов компрессора ухудшаются процессы охлаждения сжатого воздуха и уменьшается КПД поршневого компрессора. Компрессоры с высокочастотным приводом имеют сложную конструкцию и малый КПД.
Наиболее близким из известных технических решений к данному изобретению является способ заправки транспортных средств [патент RU №2185974 С1, опубликованный 27.07.2002,] [2], содержащий газозаправщик, транспортные средства, работающие на сжатом природном газе, дожимной компрессор на колесной ходовой части, привод дожимного компрессора выполнен от двигателя внутреннего сгорания. Обеспечивается перекачка сжатого газа из любых баллонов хранения в баллоны транспортного средства для потребления.
Недостатками транспортного средства являются использование газозаправщика, дожимного компрессора, содержащих сложный кривошипно-шатунных привод.
Технический результат изобретения достигается созданием устройства с низкочастотным приводом компрессора путем замены кривошипно-ползунного привода поршня компрессора гидромеханизмом поступательного действия в сочетании с гидрораспределителем, гидронасосом и ресивером, соединенным пневмолиниями и вентилями с полостью впускного клапана компрессора.
Задачей изобретения является создание устройства малоцикловой закачки сжатого воздуха в баллоны, содержащее компрессор с приводом, снабженным впускным и нагнетательным клапанами и ресивер, отличающийся тем, что устройство снабжено холодильником, соединенным с нагнетательным клапаном, выполненным поршневым, с приводом поршня в виде гидроцилиндра, связанным с гидронасосом, через гидрораспределитель, при этом ресивер соединен с полостью впускного клапана.
Технический результат достигается тем, что высокочастотный привод компрессора от электродвигателя заменяется тихоходным гидроцилиндром, трехпозиционным гидрораспределителем и гидронасосом.
Низкочастотный тихоходный привод позволяет увеличить многократно время процесса сжатия воздуха в цилиндре компрессора. В результате этого политропический процесс сжатия в сочетании с интенсивным охлаждением приближается к изотермическому процессу, который обеспечивает высокий КПД поршневого компрессора.
Суть изобретения поясняется чертежом.
На чертеже показано устройство для малоцикловой подачи сжатого воздуха в баллоны.
Устройство содержит: 1 - цилиндр компрессора; 2, 3 - соответственно клапаны нагнетательный и впускной; 4 - патрубок штоковой полости цилиндра; 5 - вентиль В1; 6 - вентиль В2; 7 - вентиль В3; 8 - вентиль В4; 9 - баллон; 10 - ресивер; 11 - холодильник водяной; 12 - манометр M1; 13 - манометр М2; 14 - шарнир; 15 - силовой гидроцилиндр; 16 - гидрораспределитель; 17 - предохранительный клапан; 18, 19 - гидронасос с электродвигателем.
Устройство работает в двух режимах - в режиме низкого давления, когда происходит закачка сжатого воздуха из атмосферы в ресивер 10. Этот режим назван условно первой ступенью сжатия воздуха и в режиме высокого давления, осуществляя закачку сжатого воздуха в баллон 9 из ресивера 10 под высоким давлением. Для реализации указанных режимов на чертеже вентили В1, В2, В3 представлены в двух состояниях: режим низкого давления выполняется при использовании дополнительных изображений позиций указанных вентилей.
При работе в режиме высокого давления используются основные изображения вентилей. Светлое изображение вентиля соответствует открытому состоянию, залитое изображение - закрытому состоянию вентиля.
Работа устройства в режиме низкого давления происходит следующим образом (используем дополнительные изображения вентилей В1, В2, В3).
Для всасывания воздуха из атмосферы трехпозиционный гидрораспределитель 16 перемещается в правую позицию. Рабочая жидкость от гидронасоса 18 подается в штоковую полость гидроцилиндра 15, поршень которого перемещается вправо вместе с поршнем компрессора 1. Воздух из атмосферы через вентиль В1 и всасывающий клапан К1 поступает в рабочую камеру компрессора 1 и заполняется воздухом. После совершения цикла заполнения рабочей камеры воздухом гидрораспределители 16 переводятся в нейтральное положение и затем включаются влево для выполнения операции сжатия воздуха.
При движении поршня компрессора 1 влево происходит сжатие воздуха, который через нагнетательный клапан К2 подается через холодильник 11 в баллон 9 через вентиль 8 и в ресивер 10 через вентиль 7. Для закачки ресивера 10 сжатым воздухом требуется шесть-восемь циклов подач. По манометру 13 определяется окончание процесса закачки ресивера 10. Для получения высокого давления в баллоне 9 устройство переводится во второе рабочее состояние, для этого вентили B1, В2, В3 переводятся в основное положение, изображенное на чертеже.
Для заполнения рабочей камеры компрессора 1 воздухом из ресивера 10 включаем гидрораспределитель 16 в правую позицию. Рабочая жидкость от гидронасоса 18 подается в штоковую полость гидроцилиндра 15, при этом шток гидроцилиндр 15 и поршень компрессора перемещаются вправо. Воздух из ресивера 10 подается через открытый вентиль В2 к всасывающему клапану К1 и заполняет рабочую камеру компрессора 1. После заполнения рабочей камеры компрессора воздухом из ресивера гидрораспределитель 16 переводится в нейтральное положение. Далее для выполнения операции сжатия воздуха гидрораспределитель 16 включается в левое положение, рабочая жидкость от гидронасоса 18 подается в поршневую полость гидроцилиндра 15, поршень которого перемещается влево и совершает в цилиндре компрессора процесс сжатия воздуха до высокого давления. Сжатый воздух через нагнетательный клапан К2, через холодильник 11 поступает через вентиль В4 (позиция 8) в баллон 9. После завершения цикла нагнетания гидрораспределитель 16 переводится в нейтральное положение. Аналогичные циклы всасывания, сжатия повторяются шесть-восемь раз, при этом по манометру 12 определяется окончание циклов процесса зарядки баллона 9 сжатым воздухом. Такой режим работы при малоцикловой закачке сжатым воздухом баллона 9 до высокого давления обусловлен в определенной мере выбором геометрических параметров устройства: объем рабочей камеры компрессора составляет примерно 1/3 от объема баллона 9, при этом объем ресивера 10 примерно в два раза больше объема баллона 9.
Устройство заряжает баллоны за ограниченное количество циклов с высоким КПД.