КОМПРЕССОР ПОРШНЕВОЙ УГЛОВОЙ ШЕСТИСТУПЕНЧАТЫЙ БЕЗ СМАЗКИ ЦИЛИНДРОВ И САЛЬНИКОВ

Область техники.
Заявляемая полезная модель относится к области машиностроения, а именно к компрессоростроению. Заявляемый компрессор поршневой угловой шестиступенчатый без смазки цилиндров и сальников предназначен для сжатия кислорода, азота, аргона и других газов с повышенными требованиями к чистоте.
Предшествующий уровень техники.
Известен компрессор поршневой шестиступенчатый с прямоугольным расположением цилиндров, содержащий базу, цилиндро-поршневые группы, холодильники и первую буферную емкость. При этом компрессор выполнен двухрядным, причем в вертикальном ряду расположена цилиндро-поршневая группа первой, третьей и пятой ступеней, а в горизонтальном ряду расположена цилиндро-поршневая группа второй, четвертой и шестой ступеней. При этом цилиндры третьей и четвертой ступеней размещены со стороны станины, причем цилиндр первой ступени размещен между цилиндрами третьей и пятой ступеней, а цилиндр второй ступени размещен между цилиндрами четвертой и шестой ступеней (патент РФ на полезную модель №122451, МПК F04B 25/00, 2012, [1]).
Недостатком аналога [1] является то, что при выполнении компрессора со смазкой цилиндров и сальников происходит образование масляных отложений в системе газопровода. При этом содержание масла в газе на выходе из компрессора является высоким. Такой компрессор нельзя использовать на предприятиях тех отраслей промышленности, где высоки требования к качеству сжатого газа, например на предприятиях пищевой и фармацевтической промышленности. Помимо этого у компрессоров со смазкой цилиндров и сальников поршневые кольца, как правило, выполняют из материалов с высоким коэффициентом трения, что приводит к образованию задиров на рабочих поверхностях цилиндров. Кроме того наличие системы смазки цилиндров и сальников увеличивает габаритные размеры компрессора.
Раскрытие полезной модели.
Техническая задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель состоит в том, чтобы предотвратить попадание масла системы смазки механизма движения из станины в сжатый компрессором воздух.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемой полезной моделью, является предотвращение попадания масла в сжатый воздух.
Сущность полезной модели состоит в том, что компрессор поршневой угловой шестиступенчатый без смазки цилиндров и сальников содержит расположенный в вертикальном ряду блок цилиндров первой, третьей и пятой ступеней с сальниками и расположенный в горизонтальном ряду блок цилиндров второй, четвертой и шестой- ступеней с сальниками. При этом цилиндры третьей и четвертой ступеней размещены со стороны станины, причем цилиндр первой ступени размещен между цилиндрами третьей и пятой ступеней, а цилиндр второй ступени размещен между цилиндрами четвертой и шестой ступеней. Кроме того:
- между первым фонарем станины и цилиндром третьей ступени установлен первый дистанционный фонарь, а между вторым фонарем станины и цилиндром четвертой ступени установлен второй дистанционный фонарь;
- уплотнительные кольца поршней выполнены из самосмазывающихся материалов;
- на каждом из поршней первой, второй, третьей и четвертой ступеней установлено по крайней мере одно опорное кольцо, а на каждом из поршней пятой и шестой ступеней установлено по крайней мере два опорных кольца.
Компрессор предпочтительно содержит фильтр, соединенный со входом газа компрессора.
Компрессор преимущественно содержит межступенчатые газоохладители и концевой газоохладитель.
Самосмазывающийся материал предпочтительно выполнен на основе фторопласта.
Опорные кольца могут быть выполнены из самосмазывающегося материала.
Опорные кольца могут быть выполнены из графитофторопласта.
Между полостями фонарей станины и полостями дистанционных фонарей преимущественно установлены маслосниматели.
Компрессор желательно содержит маслоотражатели, зафиксированные на штоках поршней в полостях дистанционных фонарей.
Компрессор по преимущественно содержит сальники, установленные в блоках цилиндров со стороны станины. При этом в каждом дистанционном фонаре размещена трубка отвода газовых утечек, вход которой соединен с сальником, а выход закреплен в газовом отверстии на боковой поверхности дистанционного фонаря.
Уплотнительные элементы сальников выполнены из самосмазывающегося материала на основе фторопласта.
Компрессор преимущественно содержит силовой привод, выполненный в виде электродвигателя, ротор которого посажен на коленчатый вал компрессора.
Компрессор по преимущественно содержит систему охлаждения, систему смазки механизма движения и шкаф управления.
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 показана схема компрессора поршневого углового шестиступенчатого без смазки цилиндров и сальников, на фиг. 2 - схема размещения опорных и уплотнительных колец на поршне первой ступени; на фиг. 3 - схема размещения опорных и уплотнительных колец на поршне шестой ступени.
Осуществление полезной модели.
Компрессор поршневой угловой шестиступенчатый без смазки цилиндров и сальников (фиг. 1) содержит силовой привод, базу, блок цилиндров первой, третьей и пятой ступеней, блок цилиндров второй, четвертой и шестой ступеней, поршневую группу первой, третьей и пятой ступеней, поршневую группу второй, четвертой и шестой ступеней, дистанционные фонари (18, 19), уплотнения поршней, сальники (21) штоков (14, 16), маслоотражатели (23), всасывающие и нагнетательные клапаны, фильтр (24), межступенчатые газоохладители (25, 26, 27, 28, 29), концевой газоохладитель (30), систему охлаждения, систему смазки механизма движения и шкаф управления.
Силовой привод (на фигуре не показан) предназначен для привода компрессора и выполнен в виде электродвигателя, ротор которого насажен на вал компрессора.
База компрессора содержит станину (1), коленчатый вал (2), шатуны (3) и крейцкопфы (4). Станина (1) состоит из рамы с первым и вторым фонарями (5, 6), оси которых перпендикулярны друг к другу.
Блок цилиндров первой, третьей и пятой ступеней расположен в вертикальном ряду и содержит цилиндр двойного действия первой ступени (7), цилиндр обратного действия третьей ступени (8) и цилиндр прямого действия пятой ступени (9). При этом цилиндр третьей ступени (8) размещен со стороны станины (1), а цилиндр первой ступени (7) размещен между цилиндрами третьей и пятой ступеней (8, 9). Кроме того цилиндр первой ступени (7) и цилиндр третьей ступени (8) выполнены в виде одной детали и образуют с цилиндром пятой ступени (9) сборочную единицу.
Блок цилиндров второй, четвертой и шестой ступеней расположен в горизонтальном ряду и содержит цилиндр двойного действия второй ступени (10), цилиндр обратного действия четвертой ступени (11) и цилиндр прямого действия шестой ступени (12). При этом цилиндр четвертой ступени (11) размещен со стороны станины (1), а цилиндр второй ступени (10) размещен между цилиндрами четвертой и шестой ступеней (11, 12). Кроме того цилиндр второй ступени (10) и цилиндр четвертой ступени (11) выполнены в виде одной детали и образуют с цилиндром шестой ступени (12) сборочную единицу.
Поршневая группа первой, третьей и пятой ступеней содержит дифференциальный поршень первой, третьей и пятой ступеней (13) и шток (14) поршня (13).
Поршневая группа второй, четвертой и шестой ступеней содержит дифференциальный поршень второй, четвертой и шестой ступеней (15) и шток поршня (16). Каждый из дифференциальных поршней (13, 15) представляет собой комбинацию поршней нескольких ступеней, объединенных в один блок.
Зазоры между поршнями (13, 15) и цилиндрами (7, 8, 9, 10, 11, 12) уплотняются уплотнительными кольцами (16) (фиг. 2), выполненными из самосмазывающегося материала на основе фторопласта. Самосмазывающийся материал уплотнительных колец (16) является относительно мягким. Поэтому для увеличения срока службы уплотнительных колец (16) и исключения перекосов поршней при их работе, на каждом из поршней первой, второй, третьей и четвертой ступеней установлено по крайней мере одно опорное кольцо (17). При этом на каждом из поршней пятой и шестой ступеней установлено по крайней мере два опорных кольца (17). Опорные кольца (17) шире уплотнительных колец, более плотно сидят в канавках и выполнены из самосмазывающегося материала.
Между первым фонарем (5) и цилиндром третьей ступени (8) установлен первый дистанционный фонарь (18), а между вторым фонарем (6) и цилиндром четвертой ступени (11) установлен второй дистанционный фонарь (19). С целью предотвращения утечек масла из станины (1), между полостями дистанционных фонарей (18, 19) и полостями фонарей (5, 6) станины (1) установлены маслосниматели (20). Маслосниматели (20) содержат кольца, снимающие масло со штока (на фигуре не показано).
В блоках цилиндров со стороны станины (1) установлены сальники (21), перекрывающие зазоры между подвижными штоками (14, 16) и неподвижными частями блоков цилиндров. Для предотвращения утечек сжимаемого газа в окружающую среду в каждом из дистанционных фонарей (18, 19) размещена трубка отвода газовых утечек (22). Вход трубки (22) соединен с сальником (21), а выход закреплен в отверстии на боковой поверхности соответствующего дистанционного фонаря (18, 19). Для отвода газовых утечек в сальниках выполняют специальные отводы. Отвод может быть выполнен в виде камеры с каналами во фланце сальника.
Маслоотражатели (23) предназначены для сброса со штоков (14, 16) остатков масла, заносимого из станины (1) и прошедшего через маслосниматели (20). Маслоотражатели (23) зафиксированы на штоках (14, 16) в полостях дистанционных фонарей (18, 19).
Всасывающие клапаны предназначены для того, чтобы пропускать газ в рабочие полости цилиндров (7, 8, 9, 10, 11, 12) в определенные периоды времени, и не пропускать его в обратном направлении в течении остального времени рабочего цикла. Нагнетательные клапаны предназначены для того, чтобы пропускать газ из рабочих полостей цилиндров (7, 8, 9, 10, 11, 12) в полости нагнетания и не пропускать его из полостей нагнетания в рабочие полости.
Фильтр (24) соединен со входом газа компрессора и предназначен для предварительной очистки поступающего на сжатие газа.
Межступенчатые газоохладители (25, 26, 27, 28, 29) предназначены для охлаждения газа между ступенями сжатия.
Концевой газоохладитель (30) предназначен для охлаждения газа после шестой ступени сжатия.
Система охлаждения компрессора предназначена для отвода выделяющейся при работе компрессора теплоты от цилиндров (7, 8, 9, 10, 11, 12) и газоохладителей (25, 26, 27, 28, 29, 30).
Система смазки механизма движения предназначена для смазки трущихся поверхностей механизма движения, а именно коленчатого вала (2), шатунов (3) и крейцкопфов (4).
Шкаф управления предназначен для управления работой компрессора.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. Наполнителями фторопласта являются сухие твердые смазки или углеродные волокна. Сухими твердыми смазками могут быть: графит, кокс, тальк, нитрид бора, дисульфид молибдена.
Пример 2. Опорные кольца (17) выполнены из графитофторопласта.
Пример 3. Уплотнительные элементы сальников (21) выполнены из самосмазывающегося материала.
3
2
2
Пример 4. С целью обеспечения производительности компрессора равной 2 м/мин по условиям всасывания, давления нагнетания равного 22 МПа (220 кгс/см), при его работе с избыточным начальным давлением 0,02-0,04 кгс/см, основные размеры и параметры компрессора составляют следующие величины (табл.1)
Таблица 1 - Основные параметры и характеристики компрессора
Наименование параметра
Значение
Сжимаемый газ
Кислород
Азот, аргон
Температура всасывания, °C
-25 - +40
Температура нагнетания, не более, °C
170
Температура после концевого газоохладителя (30), не более, °С
60
Давление нагнетания, изб., кгс/см<sup>2</sup>
165
220
Потребляемая мощность на валу компрессора, кВт, не более
55,5
Частота вращения коленчатого вала (2), об/мин, номинальная
585
Ход поршня, мм
125
Диаметр цилиндра первой ступени (7), мм
230
Диаметр цилиндра второй ступени (10), мм
140
Диаметр цилиндра третьей ступени (8), мм
120
Диаметр цилиндра четвертой ступени (11), мм
75
Диаметр цилиндра пятой ступени (9), мм
45
Диаметр цилиндра шестой ступени (12), мм
28
Масса компрессора, кг
4900
Реализация конструктивных элементов заявляемой полезной модели не ограничивается приведенными выше примерами.
Описание работы.
Поток газа через фильтр (24) поступает в первую ступень сжатия компрессора. Из первой ступени компрессора газ с более высоким давлением и температурой поступает в газоохладитель первой ступени (25), где происходит охлаждение газа. Затем газ последовательно сжимается в пяти ступенях. После сжатия в каждой ступени газ охлаждается в соответствующем газоохладителе (26, 27, 28, 29, 30). После конечного газоохладителя (30) газ поступает к потребителю. При этом сжатый газ получается повышенной чистоты - без содержания паров масла.
При работе компрессора маслоотражатели (23) сбрасывают масло со штоков (14, 16), заносимое из станины (1) и прошедшее через маслосниматели (20). При этом уплотнительные кольца (16) притираются к рабочим поверхностям цилиндров (7, 8, 9, 10, 11, 12) и образуют на этих поверхностях слой самосмазывающегося материала. Это уменьшает шероховатость рабочих поверхностей цилиндров (7, 8, 9, 10, 11, 12) и снижает трение. При этом опорные кольца (17) препятствуют заклиниванию поршней и увеличивают срок службы уплотнительных колец (16). Кроме того незначительные протечки сжимаемого газа через сальники (21) штоков (14, 16) отводятся по трубкам (22), например, на свечу.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что в заявляемом компрессоре поршневом угловом шестиступенчатом без смазки цилиндров и сальников заявляемый технический результат: «предотвращение попадания масла в сжатый воздух» достигается за счет того, что компрессор поршневой угловой шестиступенчатый без смазки цилиндров и сальников содержит расположенный в вертикальном ряду блок цилиндров первой, третьей и пятой ступеней с сальниками и расположенный в горизонтальном ряду блок цилиндров второй, четвертой и шестой ступеней с сальниками. При этом цилиндры третьей и четвертой ступеней размещены со стороны станины, причем цилиндр первой ступени размещен между цилиндрами третьей и пятой ступеней, а цилиндр второй ступени размещен между цилиндрами четвертой и шестой ступеней. Кроме того:
- между первым фонарем станины и цилиндром третьей ступени установлен первый дистанционный фонарь, а между вторым фонарем станины и цилиндром четвертой ступени установлен второй дистанционный фонарь;
- уплотнительные кольца поршней выполнены из самосмазывающихся материалов;
- на каждом из поршней первой, второй, третьей и четвертой ступеней установлено по крайней мере одно опорное кольцо, а на каждом из поршней пятой и шестой ступеней установлено по крайней мере два опорных кольца.
Прототип [1] заявляемой полезной модели имеет повышенное содержание масла в сжатом газе. Поэтому его нельзя применять для сжатия газов, к которым предъявляются повышенные требования к чистоте. Для устранения этого недостатка в заявляемом компрессоре между первым фонарем (5) станины (1) и цилиндром третьей ступени (8) установлен первый дистанционный фонарь (18), а между вторым фонарем (6) станины (1) и цилиндром четвертой ступени (11) установлен второй дистанционный фонарь (19). Дистанционные фонари (18, 19) увеличивают расстояние между станиной (1) и цилиндрами (8, 11), таким образом масло системы смазки механизма движения из станины (1) не попадает в цилиндры (8, 11). При этом уплотнительные кольца (16) поршней (13, 15) выполнены из самосмазывающихся материалов, так как такие материалы не требуют дополнительной смазки и их коэффициент трения низок. Однако самосмазывающийся материал уплотнительных колец (16) является относительно мягким, и при движении поршня происходит его выдавливание в зазор между поршнем и цилиндром. Таким образом уплотнительные кольца (16) теряют свои уплотняющие свойства и происходит контакт между поверхностью цилиндра и поршня. При этом происходит перекос поршней (13, 15) и возникает необходимость скорого ремонта компрессора. Для устранения этого эффекта на каждом из поршней первой, второй, третьей и четвертой ступеней установлено по крайней мере одно опорное кольцо (17), а на каждом из поршней пятой и шестой ступеней установлено по крайней мере два опорных кольца (17). Опорные кольца (17) шире уплотнительных колец (16) и более плотно сидят в канавках. При этом они нагружены сильнее уплотнительных колец (16), за счет чего уплотнительные кольца (16) служат дольше. Увеличение количества опорных колец (16) на пятой и шестой ступенях связано с тем, что на этих ступенях самые высокие давления.
Промышленная применимость.
Автором полезной модели изготовлен опытный образец заявленного компрессора поршневого углового шестиступенчатого без смазки цилиндров и сальников, испытания которого подтвердили достижение технического результата.
Заявляемый компрессор поршневой угловой шестиступенчатый без смазки цилиндров и сальников реализован с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть собран на машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в химической, угольной и горнодобывающей промышленностях, областях добычи, переработки, транспортировки и сбыта нефтяных продуктов.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Патент РФ на полезную модель №122451, МПК F04B 25/00, 2012 г.