ПОРШНЕВОЙ НАСОС-КОМПРЕССОР

Полезная модель относится к области насосо- и компрессоростроения и может быть использована при создании поршневых машин объемного действия, предназначенных для сжатия и подачи потребителю одновременно или попеременно жидкостей и газов.
Известен поршневой насос-компрессор, содержащий цилиндр и дифференциальный поршень со штоком, причем нижняя часть цилиндра заполнена жидкостью, а верхняя - газом (см., например, АС СССР №1078126 по заявке 3513877/25-06, кл. F04B 39/06, опубл. 07.03.84, Бюл. №9).
Известен также поршневой насос-компрессор, содержащий цилиндр и дифференциальный поршень со штоком, разделяющий цилиндр на верхнюю компрессорную и нижнюю насосную полости, причем между боковой поверхностью поршня и цилиндром имеется уплотняющий зазор в виде протяженной щели, а компрессорная и насосная полости соединены с источником и потребителем соответственно газа и жидкости с помощью обратных самодействующих клапанов (см. Виниченко B.C. «Конструкция и расчет поршневого насос-компрессора», автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Омск, 2011, стр.7, рис.1, стр.13, рис.4).
Недостатком известных конструкций является их низкая работоспособность при работе насосной полости с высоким давлением жидкости, т.к. эта жидкость при высоком давлении нагнетания в насосной полости попадает в большом количестве через протяженную щель уплотнения в компрессорную полость, что чревато гидроударом, полностью выводящим из строя насос-компрессор.
Техническим результатом полезной модели является повышение работоспособности насос-компрессора.
Указанный технический результат достигается тем, что в теле поршня размещена отделительная канавка, соединенная с насосной полостью через обратный самодействующий клапан.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена схема насос-компрессора.
На фиг.2 изображена схема насос-компрессора при ходе поршня вниз (ход нагнетания в насосной полости и ход всасывания в компрессорной полости).
На фиг.3 изображена схема насос-компрессора в конце хода поршня вверх (осуществляется нагнетание газа из компрессорной полости и нагнетание жидкости из насосной полости).
Насос-компрессор состоит (см. фиг.1) из цилиндра 1, в котором с уплотняющим зазором 2, выполненном в виде протяженной щели, размещен дифференциальный поршень 3 со штоком 4. Поршень 3 делит цилиндр 1 на две полости - компрессорную 5 и насосную 6, заполненную жидкостью. Компрессорная полость 5 соединена с источником газа через обратный самодействующий всасывающий клапан 7 и с потребителем газа - через обратный самодействующий нагнетательный клапан 8. Насосная полость 6 соединена с источником жидкости через обратный самодействующий всасывающий клапан 9 и с потребителем жидкости - через обратный самодействующий нагнетательный клапан 10. В теле поршня 3 выполнена отделительная канавка 11, которая соединена с насосной полостью 6 через обратный самодействующий клапан 12 и канал 13. Уплотнения 14 предотвращают утечки жидкости в картер (условно не показан) насос-компрессора.
Насос-компрессор работает следующим образом.
При ходе поршня 3 вниз (см. фиг.2) увеличивается объем компрессорной полости 5, давление в ней падает, всасывающий клапан 7 открывается, нагнетательный клапан 8 закрывается, и газ от источника попадает в компрессорную полость 5, происходит процесс всасывания (направление движения газа показано стрелками).
В это же время объем насосной полости 6 уменьшается, давление находящейся в ней жидкости в связи с малой сжимаемостью жидкости резко увеличивается, что приводит к закрытию всасывающего клапана 9 и открытию нагнетательного клапана 10, жидкость из насосной полости 6 течет потребителю, происходит процесс нагнетания (направление движения жидкости показано стрелками).
Под действием перепада давления между жидкостной 6 и компрессорной 5 полостями обратный клапан 12 закрывается, и жидкость течет вверх через уплотняющий зазор 2 и в канал 13. При этом жидкость заполняет отделительную канавку 11, и ее расхода недостаточно, чтобы и заполнить канавку 11, и преодолеть всю длину уплотняющего зазора 2, что предотвращает, таким образом, попадание жидкости в компрессорную полость 5.
При ходе поршня 3 вверх (см. фиг.3) объем компрессорной полости 5 уменьшается, и давление газа в ней возрастает (происходит процесс сжатия), из-за чего клапан 7 закрывается. После достижения газом давления, равному давлению нагнетания, нагнетательный клапан 8 открывается, и сжатый газ начинает поступать потребителю, происходит процесс нагнетания (направление движения нагнетаемого газа показано стрелками).
В то же время объем насосной полости 6 увеличивается, давление в ней из-за малой сжимаемости жидкости резко падает, что приводит к закрытию нагнетательного клапана 10 и открытию всасывающего клапана 9, через который жидкость от источника поступает в насосную полость 6, происходит процесс всасывания (направление течения жидкости показано стрелками).
Под действием перепада давления между компрессорной 5 и насосной 6 полостями обратный клапан 12 открывается, и жидкость из отделительной канавки 11 через канал 13 начинает свободно сливаться в насосную полость 6, находящуюся под низким давлением (направление движения жидкости показано стрелкой). При этом объем канавки 11 практически полностью освобождается от жидкости.
В дальнейшем цикл работы насос-компрессора повторяется.
Наличие в теле поршня 3 отделительной канавки 11 и обратного клапана 12, соединяющего эту канавку с насосной полостью, позволяет предотвратить попадание сколь-нибудь значительного количества жидкости из насосной полости 6 в компрессорную полость 5 даже при сжатии жидкости до больших (10 МПа и более) давлений при обычном для одноступенчатого компрессора давлении нагнетания в компрессорной полости 5 около 0,6-0,8 МПа. Это обеспечивает полное отсутствие причины, по которой возможно появление гидроудара из-за наличия значительного количества жидкости в компрессорной полости.
Таким образом, в предложенной конструкции насос-компрессора практически полностью исключается явление гидроудара в компрессорной полости даже при работе насос-компрессора с высоким давлением нагнетания жидкости, что повышает работоспособность конструкции.