УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖАТИЯ ГАЗА ПОСРЕДСТВОМ ЖИДКОГО РАБОЧЕГО ТЕЛА
DEVICE FOR GAS COMPRESSION BY MEANS OF LIQUID WORKING MEDIUM

Изобретение относится к устройствам для сжатия и перемещения газообразных сред и может быть использовано в различных отраслях для производства и нагнетания газа.
Известно устройство для сжатия газа посредством струйного компрессора (см. патент РФ №2184280, МПК F04F 5/54. Опуб. 2002 г.), включающего соосно расположенные входной патрубок с выходным соплом подвода рабочего тела, приемную камеру с боковым патрубком ввода газа и камеру смешения с диффузором, емкость с жидким рабочим телом и газом и сепаратор для отделения жидкого рабочего тела от газа, причем в качестве жидкого рабочего тела выбрана жидкость с удельным весом не ниже единицы. Однако малая производительность струйных компрессоров и низкий КПД, а также неудовлетворенная работа на переменных режимах не позволяют широкого использования данных компрессоров.
Известно устройство для сжатия газа посредством жидкого рабочего тела (см. патент РФ №2359153, МПК F04B 35/04. Опуб. 20.06.2009 г. Бюл. №17), содержащее поршень в виде пленки из ферромагнитной жидкости, набор последовательно расположенных пластин, имеющих соосно расположенные внутренние отверстия переменного сечения, уменьшающиеся от всасывания к нагнетанию, распылитель магнитной жидкости, формирователь поршня, на наружных поверхностях пластин размещены индукционные катушки, подключенные к источнику импульсного напряжения.
Недостатком является низкая надежность работы вследствие разрушения поршня посредством прорыва пленки из ферромагнитной жидкости (ФМЖ) по мере возрастания давления при сжатии газа от всасывания к нагнетанию из-за постоянства толщины образовавшегося поршня из ферромагнитной жидкости на стадии всасывания, а так же невозможность возврата ФМЖ к распылителю.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы в процессе сжатия газа в результате устранения возможности разрушения поршня в виде разрыва пленки из ферромагнитной жидкости по мере возрастания давления путем увеличения толщины поршня при перемещении от всасывания к нагнетанию, а также более полного возвращения ФМЖ к распылителю из зоны нагнетания.
Технический результат достигается тем, что устройство для сжатия газа посредством жидкого рабочего тела, содержащее поршень в виде пленки из ферромагнитной жидкости, распылитель магнитной жидкости, формирователь поршня, на корпусе размещены индукционные катушки, подключенные к источнику импульсного напряжения, причем, поршень, в виде пленки из ферромагнитной жидкости, расположен с увеличивающейся толщиной от всасывания к нагнетанию, а на внутренней поверхности полости выполнена канавка, продольно расположенная от зоны всасывания к зоне нагнетания и имеющая форму профиля в виде «ласточкина хвоста».
На чертеже представлен общий вид устройства для сжатия газа посредством жидкого рабочего тела с продольно расположенной от зоны нагнетания к зоне всасывания канавкой с профилем в виде «ласточкина хвоста».
Внутри корпуса 1 выполнен канал 2 переменного сечения с наибольшим сечением 3 со стороны зоны всасывания 4 газа (воздуха) и наименьшим сечением 5 со стороны зоны нагнетания 6 к потребителю 7. При этом в корпусе 1 перед зоной всасывания 4 расположен распылитель 8 ферромагнитной жидкости (ФМЖ), а в качестве формирователя 9 поршня 10 в виде пленки из ФМЖ использована катушка индуктивности на внешней поверхности корпуса 1 с заданным профилем намотки, изменяющийся в направлении от зоны всасывания 4 к зоне нагнетания 6 и подключенным к источнику импульсного напряжения (на фиг. не показан). При этом на внутренней поверхности 11 канала 2 выполнена канавка 12, продольно расположенная от зоны всасывания 4 к зоне нагнетания 6, с профилем в виде «ласточкина хвоста».
Устройство для сжатия газа посредством жидкого рабочего тела работает следующим образом.
После подачи на формирователь 9, представляющий собой катушку индуктивности с заданным напряжением, к распылителю 8 ФМЖ, расположенному на торце корпуса 1 в зоне всасывания 4 подводится ФМЖ, при этом в центре канала 2 в зоне всасывания 4 образуется поршень 10 в виде пленки из ферромагнитной жидкости с наибольшим сечением 3, который отделяет воздух, поступающий в зону всасывания 4 от распылителя 8 ФМЖ. Импульс напряжения передается по формирователю поршня 9, представляющим катушку индуктивности с заданным профилем намотки, причем количество витков намотки возрастает в направлении от зоны всасывания 4 к зоне нагнетания 6 (принцип бегущей волны) и поршня 10 с объемом газа (воздуха), определяемым зоной всасывания 4, перемещается по каналу 2 переменного сечения до зоны нагнетания 6. При этом вследствие плавного уменьшения площади канала 1 давления воздуха перед перемещающимся поршнем 10 из пленки ферромагнитной жидкости увеличивается пропорционально расстоянию от зоны всасывания 4 к зоне нагнетания 6.
Возрастание воздействия магнитного поля формирователя 9 по мере перемещения сжимаемого потока газа (воздуха) увеличивает толщину поршня 10 в виде пленки из ФМЖ, что устраняет вероятность разрыва пленки под воздействием избыточного давления, получаемого в процессе сжатия, т.е. обеспечивается надежная длительность эксплуатации устройства. В зоне нагнетания 6 сжатый газ (воздух) до заданного уровня давления отбрасывается потребителю 7, импульсно снимается напряжение с формирователя 9 поршня 10 и ФМЖ по наклонной внутренней поверхности 11 канала 2 из зоны нагнетания 6 в полости в виде «ласточкина хвоста» по канавке 12 истекает в зону всасывания 4 и далее к распылителю 8 ФМЖ.
Оригинальность предлагаемого изобретения заключается как в устранении недостатков поршневых компрессоров (пульсаций газа или воздуха и наличие колебательных сил, действующих на фундамент, а также излишний шум и вибрации), так и отсутствие необходимости отделения газа от распыляемой в зоне нагнетания ФМЖ, перед поступлением газа к потребителю, и более полному возврату ФМЖ к распылителю, что снижает затраты на сжатие газа (воздуха), т.к. часть ФМЖ с потоком газа (воздуха) поступало (по прототипу) к потребителю даже после отделения. И это значительно удорожало устройство.