СПОСОБ РАБОТЫ НАСОС-КОМПРЕССОРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
MODE OF OPERATION OF COMPRESSOR PUMP AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области насосо- и компрессоростроения и может быть использовано при создании машин, предназначенных для сжатия и подачи потребителю одновременно или попеременно жидкостей и газов.
Известен способ работы насос-компрессора, заключающийся в одновременном сжатии газа в компрессорной полости и жидкости в насосной полости и нагнетании потребителям жидкости и/или газа (см., например, ЛССССР №1078126, МКИ F04В 39/06, опубл. 07.03.84, патент РФ №1 18371, МКИ V04В 19/06, опубл. 20.07.2012).
Известен также способ работы насос-компрессора, заключающийся в одновременном сжатии газа в компрессорной полости и жидкости в насосной полости и нагнетании потребителям жидкости и/или газа при прокачке этой жидкости через гидравлическую магистраль и рубашку, окружающую компрессорную полость (см., например, патент РФ №125635 на полезную модель, МКИ F4В1 9/06, опубл. 10.03.2013).
Недостатком известных способов является обязательное загрязнение перекачиваемой жидкости материалом жидкой среды, которая перекачивалась ранее. В связи с этим практически невозможно перекачивать насосной полостью жидкости, имеющие существенно разный состав и назначение. Так, например, при использовании насос-компрссора в ремонтных работах возникает необходимость перекачивать масла с разным составом, взаимное попадание которых недопустимо (например, минеральное масло и синтетическое масло) или крайне нежелательно (например, смазывающее масло и охлаждающая жидкость типа Тосол или Антифриз). Этот недостаток существенно сужает область применения насос-компрессоров.
Устройство для осуществления известного способа содержит насосную и компрессорную полости с линиями нагнетания и всасывания, причем компрессорная полость окружена жидкостной рубашкой, соединяющей линии всасывания и нагнетания насосной полости, и емкость для хранения охлаждающей жидкости,
Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности перекачки насосной полостью различных жидких сред, имеющих существенно разный состав, без загрязнения последующей перекачиваемой жидкой среды предыдущей.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе работы насос-компрессора, заключающемся в одновременном сжатии газа в компрессорной полости и жидкости в насосной полости за счет движения рабочего органа и в нагнетании потребителям жидкости и/или газа при прокачке этой жидкости через гидравлическую магистраль и жидкостную рубашку, окружающую компрессорную полость, согласно заявляемому изобретению перед сменой жидкости осуществляют очистку гидравлической магистрали и жидкостной рубашки, окружающей компрессорную полость, при этом для движения чистящей среды используют движение рабочего органа насосной полости.
В качестве чистящей среды возможно применение атмосферного воздуха.
Указанный технический результат в части устройства достигается также тем, что насос-компрессор, содержащий насосную и компрессорную полости с линиями нагнетания и всасывания, причем компрессорная полость окружена жидкостной рубашкой, соединяющей линии всасывания и нагнетания насосной полости, и емкость для хранения охлаждающей жидкости, согласно заявляемому изобретению дополнительно содержит подключенный к емкости золотник, имеющий, по крайней мере, три положения, причем в первом положении емкость соединена с линией всасывания и нагнетания насосной полости, во втором положении линия всасывания соединена с источником чистящей среды, а линия нагнетания - с емкостью или с приемником чистящей среды, а в третьем положении линия всасывания соединена с источником перекачиваемой жидкости, а линия нагнетания - с потребителем этой жидкости.
Сущность изобретения поясняется на примере работы поршневого варианта насос-компрессора, схематично изображенного на чертежах и использующего в качестве чистящей среды атмосферный воздух.
На фиг.1 показан пример общей гидропневматической схемы насос-компрессора передвижного типа.
На фиг.2 изображено осевое сечение цилиндропоршневой группы.
На фиг.3 - сечения золотника, регулирующего направление потоков газа и жидкости в трех положениях (а - поворот 0°, б - поворот 90°, в - поворот 180°), на фиг.4 - положение а сечений золотника (поворот 0°), при котором происходит работа в режиме «насос-компрессор» и перекачка охлаждающей жидкости, имеющейся в насосе, на фиг.5 - положение 6 сечений золотника (поворот 90°), при котором производится очистка гидравлической линии и рубашки поршня атмосферным воздухом, на фиг.6 - положение 6 сечений золотника (поворот 180), при котором происходит перекачка жидкости. На фиг.3 буквами А, В, С, D, Е, F и соответствующими штриховыми линиями обозначены плоскости сечения золотника, перпендикулярные плоскости рисунка.
Насос-компрессор (фиг.1) состоит из масляного картера 1 с механизмом 2 возвратно-поступательного перемещения поршня 3, на котором смонтирована направляющая крейцкопфа 4, выполняющая одновременно своей наружной цилиндрической поверхностью функцию внутренней стенки насосной полости 5. Механизм 2 выполнен к виде шатуна и кривошипа, который приводится во вращение от двигателя (не показан). Функцию наружной стенки полости 5 выполняет внутренняя стенка цилиндра 6, которая также является стенкой компрессорной полости 7, которая соединена с атмосферой через линию всасывания, содержащую всасывающий обратный самодействующий клапан 8 и фильтр 9, а с потребителем сжатого газа - через линию нагнетания, содержащую обратный самодействующий нагнетательный клапан 10, ресивер 11 и фильтр 12.
Электромагнитный клапан 13 служит для принудительного соединения с атмосферой компрессорной полости 7 по команде реле давления 14.
Насосная полость 5 соединена через всасывающий клапан 15 с золотником 16 с помощью выхода 17 и далее через этот золотник через вход 18 с атмосферой через фильтр 19, или через вход 20 и фильтр 21 с внутренней полостью емкости 22, предназначенной для хранения охлаждающей жидкости 23, или через вход 24 с емкостью 25 с перекачиваемой жидкостью 26 через фильтр 27, а также через жидкостную охлаждающую рубашку 28 цилиндра 6, окружающую компрессорную полость 7, с нагнетательным клапаном 29 и далее через вход 30 золотника 16 с выходом 31 в полость емкости 22 или с выходом 32 и далее с входом в заправочное устройство 33, подающее перекачиваемую жидкость потребителю и имеющее переливной предохранительный клапан 34, соединенный сливной магистралью 35 с емкостью 26.
Теплообменник 36 служит для отвода теплоты от охлаждающей жидкости 23 в окружающую среду.
Переносная сливная магистраль 37 служит для слива утечек охлаждающей жидкости 23 назад в емкость 22 или для слива утечек перекачиваемой жидкости 26 в емкость 25 (это положение показано штриховой линией).
Прозрачное окно 38 служит для наблюдения за уровнем охлаждающей жидкости 23 в емкости 22, а прозрачная вставка 39 - для наблюдения за очисткой линии нагнетания 40 от охлаждающей жидкости 23 или от перекачиваемой жидкости 26.
Всасывание охлаждающей 23, перекачиваемой 26 жидкости и любой чистящей среды всегда происходит через линию всасывания 41.
В соответствии со схемой на фиг.1 жидкостная рубашка 28 соединяет линию всасывания 41 с линией нагнетания 40.
Рукоятка 42 служит для управления положением (поворота) золотника 16, сапун 43 соединяет полость бака 22 с атмосферой.
Цифрой 44 обозначена электрическая связь реле 14 с электромагнитным клапаном 13.
Золотник 16 (фиг.1) состоит (фиг.3) из корпуса 45 с отверстием 46, в котором с минимальным зазором установлена втулка 47 с закрепленной на ней рукояткой 42. Корпус 45 имеет входные и выходные отверстия с номерами 17, 18, 20, 24, 30 и 31 (проставлены на фиг.3 рядом с отверстиями), соответствующими номерам позиций входов и выходов на фиг.1. Втулка 47 имеет две замкнутые полости 48 и 49, соединенные с ее цилиндрической поверхностью отверстиями соосно с упомянутыми входными и выходными отверстиями корпуса 45.
Подпоршневая полость 50 соединена со сливной магистралью 37 через отверстие 51 в направляющей крейцкопфа 4. Поршень 3 снабжен контактным уплотнением 52, а направляющая крейцкопфа 4 - контактным уплотнением 53.
Движение через золотник на фиг.3-6 охлаждающей жидкости показано сплошными жирными стрелками, движение чистящей среды (воздуха) контурными стрелками, а движение рабочей перекачиваемой жидкости -контурными заштрихованными стрелками.
Способ работы насос-компрессора осуществляется следующим образом.
1. Режим «Компрессор»
Положение втулки 47 золотника 16 соответствует изображенному на фиг.3а и фиг.4.
При работе механизма 2 поршень 3, направляемый крейцкопфом 45, совершает возвратно-поступательное движение, которое приводит к изменению объемов полостей 5 и 7.
При периодическом изменении объема компрессорной полости 7 происходит всасывание чистящей среды (воздуха) через линию всасывания (фильтр 9, обратный самодействующий клапан 8), его сжатие и вытеснение через линию нагнетания (обратный самодействующий нагнетательный клапан 10, ресивер 11 и фильтр 12) потребителю. В том случае, если расход потребителя меньше производительности компрессорной полости 7 или он совсем прекратил потребление воздуха, давление в ресивере 11 возрастает, превышает заранее установленную с помощью реле давления 14 норму и это реле включает электромагнитный клапан 13, который соединяет компрессорную полость 7 с атмосферой, в результате чего, несмотря на возвратно-поступательное движение поршня 3, всасывание и нагнетание воздуха не происходит - компрессорная полость работает вхолостую, практически не потребляя энергии. При снижении давления в ресивере 11 реле давления 14 выключает электромагнитный клапан, всасывание, сжатие и нагнетание воздуха компрессорной полостью 7 возобновляется.
Одновременно с работой компрессорной полости 7 (фиг.1, 2) периодическое изменение объема происходит и в насосной полости 5, что приводит к всасыванию охлаждающей жидкости через самодействующий клапан 15 из линии всасывания 41 через теплообменник 36, золотник 16 - вход 20, выход 17, фильтр 21 (фиг.3а, фиг.4), ее сжатию и выталкиванию через охлаждающую рубашку 28 и нагнетательный клапан 28 в линию нагнетания 40, которая к данном случае с помощью золотника 16 (вход 30, выход 31, фиг.3а, фиг.4) соединена с емкостью 22 (фиг.1).
Утечки жидкости собираются в нижней части подпоршневой полости 51 и сливаются назад в емкость 22 через отверстие 51 и сливную магистраль 37.
Таким образом, в данном режиме работы происходит интенсивное охлаждение цилиндра, что способствует повышению КПД работы компрессорной полости 7 за счет приближения процесса сжатия газа к изотермическому.
2. Режим «Продувка»
Этот режим осуществляется в том случае, когда есть необходимость воспользоваться насосной полостью 7 для подачи некоторой рабочей жидкости 26 фиг.1) потребителю, например при смазочно-заправочных работах, когда нужно подать какую-либо жидкость из емкости (например, канистры) 25 через заправочное устройство потребителю (например, трансмиссионное масло в коробку перемены передач или в редуктор заднего моста автомобиля, установленного на подъемнике выше человеческого роста).
В этом режиме золотник 16 поворачивается оператором путем поворота рукоятки 42 и, соответственно, втулки 47 на 90 градусов (фиг.1, 2, 36, 5). При этом всасывающая линия 41 через выход 17, вход 18 и фильтр 19 соединяется с атмосферой, а нагнетательная линия 40 остается подсоединенной к сливу в емкость 22, как описано выше.
Компрессорная полость 7 продолжает работать в обычном режиме, подавая сжатый воздух потребителю, а насосная полость 5 выкачивает охлаждающую жидкость в емкость 22 до полного опорожнения всасывающей линии 41, рубашки 28 и линии нагнетания 40. Поступающий после опорожнения в емкость 22 воздух стравливается через сапун 43 в атмосферу. Окончание процесса опорожнения фиксируется визуально с помощью прозрачной вставки 39.
Данный режим непродолжителен и может составлять в зависимости от объемов гидравлических магистралей и производительности насосной полости 5 от 10-ти до 20-ти секунд, что никак не может повлиять на работу насос-компрессора.
3. Режим «Насос-компрессор»
Осуществляется после окончания продувки (п.2, см. выше) путем поворота рукоятки 42 вместе с втулкой 47 золотника 16 (фиг.1, 3в, 6) на 180 градусов по сравнению с положением «Компрессор» (см. п.1), переносная сливная магистраль 37 оператором соединяется с емкостью 25 (показано штриховой линией).
В этом режиме компрессорная полость 7 продолжает работать, подавая сжатый воздух потребителю, а насосная полость 5 через всасывающий клапан 15, линию всасывания 41, выход 1 7, вход 24, фильтр 27 соединяется с емкостью 25, в результате чего рабочая жидкость 26 всасывается в полость 5 и далее через рубашку охлаждения 28, нагнетательный клапан 29 попадает в линию нагнетания 40, из которой через вход 30, выход 32 и клапан 34 подается к заправочному устройству 33, соединенному с потребителем рабочей жидкости 26.
В том случае если заправочное устройство 33 закрыто, давление в нем возрастает (насосная полость 5 работает «в упор»), срабатывает (открывается) предохранительный клапан 34 и рабочая жидкость 26 по магистрали 35 сливается обратно в емкость 25.
При открытии оператором заправочного устройства 35 предохранительный клапан 34 закрывается (давление падает) и рабочая жидкость 26 перекачивается из емкости 25 потребителю. При этом она, как и охлаждающая жидкость 23, проходит через рубашку 28 и охлаждает стенки компрессорной полости 7, повышая экономичность ее работы.
Утечки рабочей жидкости 26 сливаются обратно в емкость 25 через магистраль 37.
По окончании процесса перекачки рабочей жидкости 26 заправочное устройство 33 закрывается оператором, и остатки рабочей жидкости 26 через открывшийся в результате повышения давления предохранительный клапан 34 сливаются в емкость 25. То есть рабочая жидкость продолжает циркулировать по жидкостным магистралям насос-компрессора, в том числе и через рубашку охлаждения 28. Такое состояние продолжается до тех пор, пока оператор не установит рукоятку 42 к положение, соответствующее режиму «Продувка», при котором линия всасывания 41 соединяется с атмосферой (см. выше п. 2), и, наблюдая за прозрачной вставкой 39, не убедится в том, что вся рабочая жидкость покинула магистрали насос-компрессора, после чего оператор переводит рукоятку 42 в положение, соответствующее режиму «Компрессор» (см. п. 1).
Таким образом, в обоих продолжительных режимах работы насос-компрессора («Компрессор» и «Насос-компрессор») компрессорная полость 7 охлаждается омывающей ее жидкостью, что повышает экономичность ее работы, и в то же время оператор имеет возможность перекачивать данным насос-компрессором разные жидкости, смешение которых нежелательно или недопустимо даже в небольших количествах, что существенно расширяет область применения насос-компрессора.