СИСТЕМА ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО НАДДУВА КОМПРЕССОРА

Полезная модель относится к компрессоростроению, в частности к системам, повышающим производительность компрессоров.
Известна система газодинамического наддува компрессора (см. а.с.1536172 МКИ F04B 39/00 2002), содержащая впускной трубопровод с температурным датчиком газового потока, пневмоцилиндр с подпружиненным поршнем, снабженный тягой, соединенный с трубопроводом до эластичного участка по ходу газа датчиком и клапанами, связывающим надпоршневую полость пневмоцилиндра с источником и атмосферой.
Недостатком является невысокая эффективность системы газодинамического поддува, обусловленная высокой вероятностью одновременного положения в колебающейся массе движущегося по впускному трубопроводу газа, резонирующих первой и второй гармоник, когда каждому вынуждающему импульсу соответствует то два, а то одно полное собственное колебание давления всасываемого воздуха, что резко ухудшает наполнение цилиндра компрессора, снижая его массовую производительность.
Известна система газодинамического наддува компрессора (см. патент РФ №2211369 МПК F04B 39/00, F24F 13/02, 2003), содержащая впускной трубопровод с температурным датчиком газового потока, пневмоцилиндр с подпружиненным поршнем, снабженный тягой, соединенной с трубопроводом до эластичного участка по ходу газа, и блок управления датчиком и клапанами, связывающим подпоршневую полость пневмоцилиндра с источником и атмосферой, на внутренней поверхности трубопровода по ходу движения всасываемого воздуха до эластичного участка выполнены криволинейные направляющие, кривизна которых имеет положительное направление вращения винтовой линии, а на внутренней поверхности трубопровода после эластичного участка выполнены криволинейные направляющие, кривизна которых имеет отрицательное направление вращения винтовой линии.
Недостатком является снижение производительности компрессора, особенно при туманах, осадках в виде дождя или снега, когда наблюдается интенсивное налипание каплеобразных и твердых частиц атмосферных и технологических загрязнений на внутреннюю поверхность трубопровода по ходу движения всасываемого воздуха до эластичного участка, что приводит к уменьшению проходного сечения трубопровода и, как следствие, к увеличению аэродинамического сопротивления данного элемента, практически снижая до минимума возможность гидродинамического наддува компрессора.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является устранение возможности увеличения аэродинамического сопротивления элемента трубопровода до эластичного участка путем стряхивания налипающих жидких и твердых частиц с внутренней поверхности за счет создания термовибрационного воздействия при прохождении всасываемого воздуха насыщенного загрязнениями, как атмосферного, так и технологического происхождения.
Технический результат по обеспечению повышения производительности в изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации достигается тем, что система гидродинамического наддува компрессора содержит впускной трубопровод с температурным датчиком газового потока, пневмоцилиндр с подпружиненным поршнем, снабженный тягой, соединенной с трубопроводом до эластичного участка по ходу газа, и блок управления датчиком и клапанами, связывающим подпоршневую полость пневмоцилиндра с источником и атмосферой, на внутренней поверхности трубопровода по ходу движения всасываемого воздуха до эластичного участка выполнены криволинейные направляющие, кривизна которых имеет положительное направление вращения винтовой линии, а на внутренней поверхности трубопровода после эластичного участка выполнены криволинейные направляющие, кривизна которых имеет отрицательное направление вращения винтовой линии, впускной трубопровод до эластичного участка по ходу впускного воздуха выполнен из биметалла, таким образом, что материал биметалла с внутренней поверхности имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем материал биметалла с внешней поверхности, контактирующей с окружающей средой.
На фиг.1 схематически изображена система газодинамического наддува воздуха компрессора; на фиг.2 - внутренняя поверхность впускного трубопровода до эластичного участка с криволинейными направляющими, кривизна которых имеет положительное направление вращения винтовой линии; на фиг.3 - внутренняя поверхность впускного трубопровода после эластичного участка с криволинейными направляющими, кривизна которых имеет отрицательное направление вращения винтовой линии.
Система газодинамического наддува компрессора содержит впускной трубопровод, включающий три участка конструктивного исполнения различной жесткости по ходу движения всасываемого воздуха: жесткий участок 1, эластичный участок 2 и жесткий участок 3, при этом на участке 1 впускного трубопровода установлен температурный датчик газового потока 4, пневмоцилиндр 5 с поршнем 6, снабженный тягой 7 и разделяющими последний на подпоршневую 8 и надпоршневую 9 полости, привод поршня 6 и блок управления 10 соединены с температурным датчиком газового потока 4. Поршень 6 подпружинен пружиной 11 относительно пневмоцилиндра 5 со стороны подпоршневой полости 8, в которой расположена тяга 7, а привод поршня 6 выполнен в виде источника 12 давления и двух клапанов 13 и 14, управляемых блоком 10, при помощи которых надпоршневая полость 9 подключена к источнику 12 и к атмосфере. Тяга 7 жестко соединена с участком 1 впускного трубопровода, а эластичный участок 2 установлен на стержневых направляющих 15.
На внутренней поверхности участка 1 впускного трубопровода выполнены криволинейные направляющие 16, кривизна которых имеет положительное направление вращения винтовой линии, а на внутренней поверхности участка 3 впускного трубопровода выполнены криволинейные направляющие 17, кривизна которых имеет отрицательное направление вращения винтовой линии.
Впускной трубопровод 1 до эластичного участка 2 по ходу впускного воздуха выполнен из биметалла 18 таким образом, что материал биметалла 18 с внутренней поверхности 19 имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем материал биметалла 18 с внешней поверхности 20, контактирующей с окружающей средой.
Система работает следующим образом.
При нормированном аэродинамическом сопротивлении жесткого участка 1 эластичный участок 2 впускного трубопровода находится в положении, при котором в заключенном в нем объеме обеспечивается гармоническое колебание воздуха с максимумом давления на такте всасывания. За один оборот вала компрессора двум возникающим импульсам всасывания соответствует два полных колебания давления воздуха в клапанной коробке компрессора, то есть наблюдается резонанс первой и второй гармоники. Управляемые клапаны 13 и 14 закрыты, а поршень 6 с тягой 7 удерживается в равновесии давлением воздуха в надпоршневой полости 9 и взаимодействующей с ним пружиной 11 в подпоршневой 8 полости пневмоцилиндра 5.
При дожде и туманах с наличием (практически постоянно в атмосферном воздухе витают твердые частицы пыли) во всасываемом воздухе различных загрязнений в виде твердых частиц пыли и твердых частиц в виде продуктов технологических процессов (песок, цемент строительный индустрии, уголь, породы горных предприятий т.д.) наблюдается смачивание их с последующим налипанием на внутреннюю поверхность 19, что уменьшает проходное сечение трубопровода и, как следствие, увеличивает аэродинамическое сопротивление участка 1, но не регистрируется температурным датчиком газового потока 4 и соответственно не производится последующее изменение конструктивных размеров эластичного участка 2. В результате объем воздуха, заключенный в эластичном участке 2 изменяется, это приводит к одновременному образованию и последующему наложению друг на друга первой и второй резонирующих гармоник колебания давления воздуха во впускном трубопроводе, что соответствует минимальной подаче компрессора, так как давление в конце всасывания клапанной коробки частично гасится.
Для устранения данного явления впускной трубопровод до эластичного участка по ходу впускного воздуха выполнен из биметалла. В связи с тем, что проходное сечение трубопровода из-за налипания частиц загрязнений на внутреннюю поверхность 19 уменьшается, то скорость движения всасываемого воздуха увеличивается, приводя к образованию теплоты трения, то есть нагреву внутренней поверхности 19. Так как материал биметалла 18 со стороны внутренней поверхности 19 имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше коэффициента теплопроводности материала биметалла 18 со стороны наружной поверхности 20, то под воздействием возникшего градиента температур образуется термовибрация жесткого участка 1 (см., например, Дмитриев А.И. и др. Биметаллы. Пермь. 1991 - 415 с. ил.). В результате устраняется возможность налипания твердых загрязнений на внутреннюю поверхность 19, частицы влетают в потоке всасываемого воздуха и заполняют эластичный участок 2, обеспечивая максимальный эффект газодинамического наддува.
Это достигается тем, что загрязненный твердыми частицами всасываемый атмосферный воздух перемещается с частицами, которые под воздействием термовибрации не прилипают к внутренней поверхности 19 жесткого участка 1, по криволинейным направляющим 16, кривизна которых имеет положительное направление винтовой линии жесткого участка 1 внутреннего трубопровода. В результате этого поток всасываемого воздуха, закрученный против движения часовой стрелки, поступает в эластичный участок 2, где наблюдается образование преимущественно резонирующей первой гармоники, то есть наблюдается резонанс первой гармоники. Последующий переход всасываемого воздуха на третий участок приводит к перемещению его по криволинейным направляющим 17, кривизна которых имеет отрицательное направление винтовой линии. В результате этого поток всасываемого воздуха закручивается по направлению движения часовой стрелки.
Взаимно противоположное закручивание всасываемого воздуха на участках 1 и 3 впускного трубопровода приводит к образованию микрозавихрений на участке 2, устраняющих возможность возникновения резонирующей второй гармоники и соответствующее ее положение на резонирующую первую гармонику. В результате достигается для данного температурного режима, регистрируемого датчиком 4, резонансное постоянство поступления всасываемого воздуха в клапанную коробку компрессора, что и обеспечивает максимальную подачу всасываемого воздуха в компрессор.
При повышении температуры всасываемого воздуха из полости 7 производится выпуск воздуха через управляющий клапан 14 и поршень 6 перемещается в обратном направлении. Это приводит к уменьшению объема воздуха, заключенного в участке 2 трубопровода и сохранению, таким образом необходимого максимума амплитуды колебаний на такте всасывания, то есть осуществляется резонанс первой гармоники с устранением возможности образования резонирующей второй гармоники за счет микрозавихрений всасываемого воздуха на участке 2 при взаимно противоположном его закручивании на участке 1 и на участке 3.
Оригинальность технического решения заключается в том, что поддержание стабильного процесса газодинамического наддува в изменяющихся погодно-климатических и технологических условиях эксплуатации осуществляется за счет устранения возможности увеличения аэродинамического сопротивления жесткого участка впускного трубопровода путем образования термовибрации, величиной, обеспечивающей отсутствие налипания твердых частиц на внутреннюю поверхность трубопровода, при выполнении его из биметалла таким образом, когда материал биметалла с внутренней поверхности имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем материал биметалла с внешней поверхности, контактирующей с окружающей средой. Данное соотношение коэффициентов теплопроводности материалов, составляющих биметалл, обеспечивает градиент температур, соответствующей минимальной разности температур всасываемого воздуха, движущегося внутри впускного трубопровода и возникающий за счет теплоты трения о внутреннюю поверхность и температуры окружающей среды, воздействующей на внешнюю поверхность впускного трубопровода.