ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР
PISTON COMPRESSOR

Настоящее изобретение относится к области машиностроения и может применяться в широком диапазоне отраслей и для различных видов работ, где необходима компрессорная техника.
Известен компрессор с гидроприводом, содержащий оппозитно установленные и жестко соединенные между собой цилиндры, включающие газовые и гидравлические полости с впускными и выпускными клапанами и поршни, закрепленные на концах общего штока, насос, соединенный через распределительное устройство с исполнительным механизмом с гидравлическими полостями, конечные выключатели, выполненные в виде штоков, установленных в сквозных отверстиях торцов цилиндров с возможностью взаимодействия с поршнями в крайнем их положении (см. патент РФ №2220323, МПК F04B 35/02, опубл. 2003 г.).
Известен гидравлический компрессор, принятый в качестве прототипа, содержащий цилиндр гидродвигателя с поршнем, на концах штока которого закреплены поршни оппозитно размещенных компрессорных цилиндров, выполненных с внутренним диаметром, равным внешнему диаметру цилиндра гидродвигателя. При этом шток гидроцилиндра установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно поршня, жестко закрепленного в средней части цилиндра гидродвигателя с образованием двух штоковых полостей. Гидродвигатель снабжен гидроприводом, включающим насос, гидрораспределитель, линии нагнетания и слива. При этом по обе стороны поршня размещены механизмы переключения для взаимодействия компрессорных поршней с золотником гидрораспределителя (см. патент РФ №2215187, МПК F04B 35/02, опубл. 2003 г.).
Недостатком известного устройства является непременный нагрев устройства, что приводит к тепловым потерям и снижению КПД.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение тепловых потерь при работе компрессора за счет использования тепла, вырабатываемого компрессором, и преобразование этого тепла в механическую энергию рабочих элементов.
Поставленная техническая задача решается тем, что поршневой компрессор содержит цилиндрический корпус с двумя оппозитно установленными в нем компрессорным и приводным цилиндрами, в которых размещено по поршню, каждый из которых закреплен на общем штоке с возможностью возвратно-поступательного перемещения последнего относительно цилиндрического корпуса, входные и выходные линии связи рабочих полостей компрессорного цилиндра и систему подачи рабочей среды в рабочие полости приводного цилиндра, включающую источник рабочей среды с напорной и сливной линиями связи, распределительное устройство для переключения подачи рабочей среды, а также теплообменное устройство, снабженное контроллером температуры, и, согласно изобретению, компрессор снабжен дополнительным теплообменным устройством, а в качестве рабочей среды использована низкокипящая жидкость, при этом цилиндрический корпус выполнен с рубашкой охлаждения, подключенной к плунжерному микронасосу, который представляет собой рабочую полость, образованную крышкой цилиндрического корпуса со стороны компрессорного цилиндра и одним концом общего штока, являющимся плунжером микронасоса, а другой конец общего штока механически связан с распределительным устройством, теплообменное устройство установлено в напорной линии связи, соединенной с распределительным устройством через подпорный клапан с возможностью преобразования низкокипящей жидкости в парообразное состояние, причем дополнительное теплообменное устройство установлено в сливной линии связи с возможностью преобразования низкокипящей жидкости в жидкое состояние, при этом сливная линия связи через подпорный клапан соединена с источником низкокипящей жидкости, подключенным к рабочей полости плунжерного микронасоса.
На решение поставленной технической задачи также направлено то, что в частном случае в качестве низкокипящей жидкости использован фреон.
Решение поставленной технической задачи достигается за счет того, что в качестве рабочей среды использована низкокипящая жидкость, а не гидравлическая жидкость, как в прототипе, и присутствует рубашка охлаждения, встроенная в цилиндрический корпус, куда низкокипящая жидкость попадает после ее преобразования в жидкое состояние с помощью дополнительного теплообменного устройства. При этом устройство избавляется от лишнего тепла и рекуперирует его в механическую энергию рабочих элементов компрессора при помощи этой низкокипящей жидкости. Это препятствует нагреву устройства, а также преобразует тепловую энергию в механическую и пускает ее в работу, что снижает потребление энергии на привод.
Изобретение поясняется чертежом, где изображена схема устройства.
Поршневой компрессор содержит цилиндрический корпус 1 с двумя оппозитно установленными в нем компрессорным и приводным цилиндрами 2 и 3 соответственно. В каждом из цилиндров 2 и 3 размещено по поршню 4 и 5 соответственно, которые закреплены на общем штоке 6 с возможностью возвратно-поступательного перемещения штока 6 относительно цилиндрического корпуса 1. В состав устройства входят входные и выходные линии 7 и 8 связи соответствующих рабочих полостей 9 и 10 компрессорного цилиндра 2 и система подачи рабочей среды (на чертеже не обозначена) в рабочие полости 11 и 12 приводного цилиндра 3, включающая источник 13 рабочей среды с напорной и сливной линиями 14 и 15 связи соответственно, распределительное устройство 16 для переключения подачи рабочей среды, а также теплообменное устройство 17, снабженное контроллером температуры (на чертеже не показан). Цилиндрический корпус 1 выполнен с рубашкой 18 охлаждения, подключенной к плунжерному микронасосу 19. При этом плунжерный микронасос 19 представляет собой рабочую полость (на чертеже не обозначена), образованную крышкой 20 цилиндрического корпуса 1 со стороны компрессорного цилиндра 2 и одним концом 21 общего штока 6, являющимся плунжером микронасоса 19. Его другой конец 22 механически связан с распределительным устройством 16. Теплообменное устройство 17 установлено в связанной с распределительным устройством 16 через подпорный клапан 23 напорной линии 14 связи с возможностью преобразования рабочей среды в парообразное состояние, причем компрессор снабжен установленным в сливной линии 15 связи дополнительным теплообменным устройством 24 с возможностью преобразования парообразной рабочей среды в жидкое состояние. В качестве рабочей среды используется низкокипящая жидкость. Сливная линия 15 связи через подпорный клапан 25 соединена с источником 13 рабочей среды в виде бака. В то же время, источник 13 низкокипящей жидкости подключен через линию 26 всасывания и обратный клапан 27 к плунжерному микронасосу 19. В напорной линии 14 связи на входе в теплообменное устройство 17 установлен обратный клапан 28, а между рабочей полостью микронасоса 19 и рубашкой охлаждения 18 - обратный клапан 29. В качестве низкокипящей рабочей среды в частном случае может использоваться фреон.
Поршневой компрессор работает следующим образом.
Первоначально напорная линия 14 связи, рабочая полость плунжерного микронасоса 19 и рубашка 18 охлаждения до подпорного клапана 23 заполняются жидкой низкокипящей рабочей средой. При включении теплообменного устройства 17 жидкая низкокипящая рабочая среда, например фреон в жидком состоянии, нагревается и начинает расширяться, повышая давление в напорной линии 14 связи до подпорного клапана 23. Когда подпорный клапан 23 открывается, жидкий фреон превращается в пар и поступает по напорной линии 14 связи в распределительное устройство 16, после которого поступает в одну из приводных полостей 11 или 12 приводного цилиндра 3. Обратный ток перегретого фреона, преобразованного в парообразное состояние, в полость рубашки 18 охлаждения предотвращается установленным в напорной линии 14 связи обратным клапаном 28. В приводной рабочей полости, например в полости 11, пар приводит в движение поршень 5 и вместе с ним шток 6 и поршень 4, из-за этого из плунжерного микронасоса 19 в напорную линию 14 связи поступает порция фреона в жидком состоянии. При обратном движении штока 6 в рабочую полость плунжерного микронасоса 19 поступает жидкий фреон от источника 13 рабочей среды. Из другой приводной рабочей полости 12 парообразный фреон вытесняется и через распределительное устройство 16 поступает по сливной линии 15 связи в источник 13 рабочей среды, проходя перед этим через дополнительное теплообменное устройство 24, где охлаждается и благодаря конденсации при избыточном давлении, устанавливаемым подпорным клапаном 25, переходит в жидкое состояние. В то же время поршень 4 вытесняет из одной из рабочих полостей 9 или 10 компрессорного цилиндра 2 перекачиваемый компрессором газ в рабочий орган (не показан). Затем цикл работы компрессора повторяется многократно.
При работе устройства компрессорная часть - цилиндр 2, нагревается и передает тепло жидкому фреону в полости рубашки 18 охлаждения, при этом чем больше тепла выделяется и передается жидкому фреону, тем меньше энергии потребляет пусковое теплообменное устройство 17, нагревающее жидкий фреон до парообразного состояния. Этот процесс регулируется встроенным контроллером температуры. Затем парообразный фреон поступает в виде пара в одну из приводных рабочих полостей 11 или 12 приводного цилиндра 3. То есть теплообменное устройство 17 несет функцию пускового устройства системы и по мере прогревания цилиндрического корпуса необходимость в нем существенно снижается или отпадает полностью. Дополнительное теплообменное устройство 24 представляет собой систему естественного воздушного охлаждения без дополнительных трат энергии.
В итоге, при использовании низкокипящей жидкости в качестве рабочей среды, такой, например, как фреон, происходит потребление им тепла, выделяемого при работе компрессора, и превращение его в пар, приводящий в движение рабочие элементы устройства, то есть происходит процесс рекуперации тепловой энергии, выделяемой компрессором, при одновременном снижении энергетических затрат на привод работы устройства.
Таким образом, изобретение позволяет снизить механические потери при работе компрессора за счет использования тепла, вырабатываемого компрессором, и преобразовать это тепло в механическую энергию рабочих элементов.