Поршневой вакуумный насос-компрессор
PISTON VACUUM PUMP-COMPRESSOR

Изобретение относится к области машиностроения, а именно, к поршневым машинам объемного вытеснения для производства сжатого газа или создания вакуума, и может быть использовано в качестве компрессора или вакуумного насоса.
Из уровня техники (см. М.И. Френкель «Поршневые компрессоры», Машгиз, 1960, стр. 625, фиг. XII.32)) известен поршневой компрессор с лабиринтным уплотнением между поршнем и цилиндром. Достоинства этого компрессора - отсутствие масла в сжимаемом газе, низкое трение и износ, долговечность, надежность. Недостатками известного устройства являются низкие объемный и общий КПД из-за возникающих больших утечек сжимаемого газа через зазоры лабиринтного уплотнения.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в снижении утечек сжимаемого газа.
Задача решается, а технический результат достигается тем, что поршневой вакуумный насос-компрессор содержит бак-сепаратор, частично заполненный жидкостью, и соединенный с ним подводящим и отводящими трубопроводами поршневой блок двустороннего действия, включающий цилиндр с торцевыми крышками, перемещающийся возвратно-поступательно в цилиндре поршень со штоком и клапанные и/или золотниковые газораспределительные устройства, при этом между поршнем и цилиндром выполнен кольцевой зазор, в который под давлением подается жидкость по подводящему трубопроводу из бака-сепаратора, а выводится жидкость по отводящим трубопроводам обратно в бак-сепаратор совместно со сжатым газом. Поршень и/или цилиндр могут быть выполнены с круговыми канавками на своих цилиндрических поверхностях, образующими лабиринтное уплотнение между поршнем и цилиндром. В качестве жидкости может быть использована вода. Подводящий трубопровод может быть снабжен теплообменником-охладителем и насосом, повышающим давление жидкости.
На чертеже представлен один из вариантов исполнения предлагаемого вакуумного насоса-компрессора.
Насос-компрессор состоит из цилиндра 1 с кольцевой канавкой 2 для подвода жидкости 3. Цилиндр 1 с обоих торцов закрыт крышками 4 с клапанными плитами 5, на которых размещены газораспределительные устройства: нагнетательные 6 и всасывающие 7 клапаны. Возможно выполнение золотниковых газораспределительных устройств. В крышках 4 образованы нагнетательные 8 и всасывающие 9 полости, разделенные между собой. В цилиндре 1 между клапанными плитами 5 размещен поршень 10, связанный со штоком 11. На цилиндрической поверхности поршня 10 выполнены кольцевые канавки, образующие лабиринтное уплотнение. Шток 11 соединен с приводом возвратно-поступательного перемещения (на чертеже не показан). В крышках 4 выполнены каналы 12, связанные трубопроводами 13 с баком-сепаратором 14 и служащие для отвода из нагнетательных полостей 8 сжатой жидкостно-газовой смеси в бак-сепаратор 14. Бак-сепаратор 14 снабжен насосом 15, который через теплообменник-охладитель 16 подает жидкость 3 из бака-сепаратора 14 в кольцевую канавку 2 цилиндра 1. Бак-сепаратор имеет патрубок 17 для отвода сжимаемого газа. В штоке 11 выполнено осевое отверстие 18 и радиальные отверстия 19, служащие для соединения между собой всасывающих полостей 9. Одна из полостей 9 соединена с всасывающим каналом 20. В качестве жидкости 3 применена вода.
В качестве компрессора для сжатия воздуха предлагаемый насос-компрессор работает следующим образом.
Шток 11 совместно с поршнем 10 совершает возвратно-поступательные движения в цилиндре 1 между клапанными плитами 5. В изменяющихся в объеме полостях между клапанными плитами 5 и торцами поршня 10 циклически происходит всасывание атмосферного воздуха из всасывающих полостей 9 через всасывающие клапаны 7, сжатие воздуха и отвод его через нагнетательные клапаны 6 в нагнетательные полости 8. Одновременно насос 15 из бака-сепаратора 14 подает воду 3 в кольцевую канавку 2 цилиндра 1. Поскольку давление воды 3 больше, чем давление сжимаемого воздуха (давление воды складывается из давления насоса 15 и давления сжатого воздуха в баке-сепараторе 14), вода 3 через зазоры лабиринтного уплотнения поршня 10 поступает в полости между поршнем 10 и клапанными плитами 5, откуда вместе со сжатым воздухом вода 3 отводится в нагнетательные полости 8. Наличие воды под давлением в канавках лабиринтного уплотнения поршня 10 препятствует перетеканию сжимаемого воздуха через лабиринтное уплотнение. Далее сжатая водо-воздушная смесь через каналы 12 и трубопроводы 13 поступает в бак-сепаратор 14, где разделяется на воду и сжатый воздух, который через патрубок 17 отводится потребителю. Вода из бака-сепаратора 14 при помощи насоса 15 и под действием давления сжатого воздуха в баке-сепараторе 14 вновь поступает через теплообменник-охладитель 16 в цилиндр 1.
В качестве вакуумного насоса предлагаемый насос-компрессор будет работать по точно такому же алгоритму, как описан выше, при условии соединения откачиваемого объема с всасывающим каналом 20 насоса-компрессора и соединения с атмосферой выходного патрубка 17 бака-сепаратора 14.
В предлагаемой конструкции насоса-компрессора по сравнению с прототипом полностью исключены утечки газа через зазоры между поршнем и цилиндром, что значительно повышает объемный и общий КПД.