ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к гидравлическим машинам объемного вытеснения, и может быть использована в различных отраслях.
Известно, что оппозитные компрессоры представляют собой горизонтальные машины с встречным движением поршней и расположением цилиндров по обе стороны вала, которые отличаются высокой динамической уравновешенностью, меньшим габаритами и массой (Пластинин П.И. «Поршневые компрессоры. Том 2. Основы проектирования. Конструкции», Москва: КолосС, 2008; RU 2498111 С1, 10.11.2013). При этом известны как оппозитные двухступенчатые, в том числе, дожимающие (RU 135014 U1, 27.11.2013), так и четырехступенчатые компрессоры (RU 111208 U1, 10.12.2011).
Наиболее близким к патентуемому является поршневой компрессор, содержащий первый, второй, третий и четвертый блоки цилиндров с поршнями сжатия газа, соединенные с приводом, обратные клапаны и промежуточные холодильники (RU 123853 U1, 10.01.2013 - ближайший аналог). Однако у компрессора отсутствует возможность переустановки режимов работы из воздушного компрессора в дожимающий, а также использование агрегатов в качестве насоса.
Проблема, решаемая созданием полезной модели, направлена на расширение функциональных возможностей путем обеспечения переключения из режима сжатия газа по четырехступенчатой схеме в режим сжатия газа по двухступенчатой схеме в режиме дожимающего компрессора.
Патентуемый поршневой компрессор, содержит раму, на которой закреплены первый, второй, третий и четвертый блоки цилиндров с поршнями сжатия газа, соединенные с приводом, обратные клапаны и холодильники. Он выполнен с возможностью сжатия газа как при последовательном соединении упомянутых блоков в четырехступенчатой схеме, так и при параллельном соединении двух пар упомянутых блоков по двухступенчатой схеме.
Блоки цилиндров расположены в одной плоскости.
Привод включает электродвигатель и планетарный редуктор, входной вал которого соединен с электродвигателем, а выходной вал соединен с коленчатым валом, расположенным с возможностью перемещения поршня в цилиндре каждого из упомянутых боков.
Привод снабжен маховиком, который расположен на коленчатом валу.
Технический результат - расширение функциональных возможностей поршневого компрессора за счет обеспечения двух режимов сжатия газа: по четырехступенчатой схеме, и по двухступенчатой схеме в режиме дожимающего компрессора. Это позволяет создавать на месте за кратчайшее время как воздушный компрессор на рабочее давление до 330 бар, так и воздушный компрессор дожимающий, с минимальным давлением на входе 3-5 бар и с максимальной степенью сжатия 1:120.
Полезная модель поясняется фигурами чертежей, где:
фиг. 1 - принципиальная пневматическая схема поршневого оппозитного четырехступенчатого компрессора;
фиг. 2 - принципиальная пневматическая схема поршневого оппозитного двухступенчатого компрессора.
Обозначения на чертежах:
1 - первый блок цилиндра с поршнем Ц1; 2 - второй блок цилиндра с поршнем Ц2; - 3 - третий блок цилиндра с поршнем Ц3; 4 - четвертый блок цилиндра с поршнем Ц4; 11 - первый подшипник линейного перемещения поршня БП1 цилиндра Ц1 первого блока; 21 - второй подшипник линейного перемещения поршня БП2 цилиндра Ц2 второго блока; 31 - третий подшипник линейного перемещения поршня БП3 цилиндра Ц3 третьего блока; 41 - четвертый подшипник линейного перемещения поршня БП4 цилиндра Ц4 четвертого блока; 51 - первый обратный клапан К1; 52 - второй обратный клапан К2; 53 третий обратный клапан К3; 54 - четвертый обратный клапан К4; 55 - пятый обратный клапан К5; 56 - шестой обратный клапан К6; 6 - вентиль ВТ, 61 - первый манометр M1; 62 - второй манометр М2; 63 - третий манометр М3; 7 - электродвигатель Д1; 71 - редуктор Р1; 72 - коленчатый вал КВ; 73 - маховик МК; 8 - резервуар с водой Е1, 81 - контур жидкостного охлаждения КЖО; 82 - помпа П1; 90 - микронный воздушный фильтр Ф1; 91 - тройник TP; 92 - соединительный патрубок СП.
Поршневой компрессор (фиг. 1, 2) содержит раму (условно не показана), на которой закреплены первый 1, второй 2, третий 3 и четвертый 4 блоки цилиндров Ц1-Ц4 с поршнями сжатия газа, привод, который состоит из электродвигателя 7 (Д1), планетарного редуктора 71 (Р1) и коленчатого вала 72 (КВ) с маховиком 73 (МК), обратные клапаны 51, 52, 53, 54, 55, 56 (К1-К6), микронный фильтр 90 (Ф1) очистки газа. Компрессор содержит также установленный внутри резервуара 8 (Е1) тройник 91 (TP), противоположные концы которого присоединены трубопроводами к обратным клапанам 53 и 54 (К3 и К4), а поперечный отвод соединен с вентилем 6 (ВТ).
Входной вал планетарного редуктора 71 (Р1) соединен с электродвигателем 7 (Д1), а выходной вал редуктора (71) Р1 соединен с коленчатым валом 72 (КВ), расположенным с возможностью перемещения поршня в цилиндре каждого из упомянутых блоков цилиндров 1-4 (Ц1-Ц4).
В каждый из четырех блоков цилиндров 1-4 (Ц1-Ц4) введен соответствующий блок линейного перемещения (11-41) (БП1-БП4), который включает пять подшипников скольжения, один в центре и четыре по углам блока
Блоки цилиндров 1-4 (Ц1-Ц4) расположены в одной плоскости.
Реверсивный ход блока линейного перемещения 11-41 (БП1-БП4) способствует снятию базовой нагрузки на толкатель поршня, исключая при максимальной нагрузке возможный перекос толкателя относительно горизонтальной плоскости в процессе передачи усилия от коленчатого вала через шатун. Нагрузка угла атаки со стороны шатуна распределяется по четырем направляющим, соединяющим блок линейного перемещения 11-41 (БП1-БП4).
В компрессоре предусмотрена система водяного и воздушного охлаждения для предотвращения перегрева как электродвигателя 7 (Д1) привода, так и обратных клапанов выхода газа при его адиабатическом сжатии.
Замкнутый контур жидкостного охлаждения 81 (КЖО) обозначен на фигурах в виде утолщенной линии и включает соединенные последовательно с помпой 82 (П1), первый холодильник в виде змеевика, расположенного на одном блоке цилиндра, второй холодильник в виде рубашки регенеративного охлаждения обратного клапана, третий холодильник в виде резервуара 8 (Е1) с водой, в полости которого расположен трубопровод, соединяющий обратные клапаны, четвертый холодильник в виде рубашки охлаждения обратного клапана, пятый холодильник в виде рубашки охлаждения обратного клапана и шестой холодильник в виде змеевика, расположенного на другом блоке цилиндра.
Трубопровод, расположенный в полости резервуара 8 (Е1) с водой, состоит из двух частей, которые соединены тройником 91 (TP), боковой отвод которого соединен трубопроводом с входом в вентиль 6 (ВТ), выход из которого соединен с трубопроводом, на котором установлен манометр 63 (М3). Одна часть трубопровода, расположенная в полости резервуара 8 (Е1), выполнена с возможностью соединения с одним обратным клапаном, а другая часть - с другим обратным клапаном.
Тройник 91 (TP) с выходом из резервуара 8 (Е1) предназначен для облегчения перепрофилирования четырехступенчатой схемы в двухступенчатую схему.
Система воздушного охлаждения потоком воздуха из атмосферы включает первый, второй, третий и четвертый электровентиляторы, которые расположены с возможностью обдува соответственно блоков цилиндров 1-4 (Ц1-Ц4) с поршнями сжатия газа и каждый из шести холодильников (лопасти электровентиляторов условно обозначены пунктирными линиями).
Все подвижные части компрессора закрыты металлическим кожухом.
Схема поршневого компрессора с расположением блоков цилиндров 1-4 (Ц1-Ц4) для сжатия газа по четырехступенчатой схеме показана на фиг. 1.
Блок цилиндра 1 (Ц1) и блок цилиндра 4 (Ц4) расположены на раме оппозитно и присоединены к коленчатому валу между редуктором 71 (Р1) и маховиком 73 (МК) через блок 11 (БП1) линейного перемещения и блок 41 (БП4) линейного перемещения, соответственно. Блок цилиндра 2 (Ц2) и блок цилиндра 3 (Ц3) расположены оппозитно и присоединены к коленчатому валу 72 (КВ) после маховика 73 (МК) через блок 21 (БП2) линейного перемещения и блок 31 (БП3) линейного перемещения, соответственно.
Блок цилиндра 1 (Ц1) установлен оппозитно блоку цилиндра 4 (Ц4), а блок цилиндра 2 (Ц2) установлен оппозитно блоку цилиндра 3 (Ц3).
На входе в блок цилиндра 1 (Ц1) установлен обратный клапан 51 (К1), вход в который соединен трубопроводом с выходом микронного фильтра 90 (Ф1), установленного с возможностью подвода газа - воздуха от источника, в частности из атмосферы. На выходе из блока цилиндра 1 (Ц1) установлен обратный клапан 52 (К2), выход которого соединен с входом в блок цилиндра 2 (Ц2). На выходе из блока цилиндра 2 (Ц2) установлен обратный клапан 53 (К3), выход присоединен к тройнику 91 (TP) которого соединен с одним концом трубопровода, выступающим из резервуара 8 (Е1), с другим концом которого выступающим из середины резервуара 8 (Е1) с противоположной стороны соединен вход в обратный клапан 54 (К4), выход из которого соединен с входом в блок цилиндра 3 (Ц3). На выходе из блока цилиндра 3 (Ц3) установлен обратный клапан 55 (К5), выход из которого соединен с входом в блок цилиндра 4 (Ц4), выход из которого соединен с входом обратного клапана 56 (К6), выход из которого соединен с трубопроводом подачи газа к потребителю. На трубопроводе между микронным фильтром 90 (Ф1) и обратным клапаном 51 (К1) расположен манометр 61 (M1). На трубопроводе подачи газа к потребителю расположен манометр 62 (М2).
При работе компрессора по четырехступенчатой схеме вентиль 6 (ВТ), установленный на отводе расположенного в резервуаре 8 (Е1) тройника 91 (TP), закрыт.
Контур жидкостного охлаждения 81 (КЖО) включает соединенные последовательно помпу 82 (П1), змеевик на блоке цилиндра 1 (Ц1), рубашку на обратном клапане 52 (К2), проточный резервуар 8 (Е1), в полости которого расположен трубопровод, концы которого расположены снаружи с возможностью присоединения соответствующих обратных клапанов, рубашку на обратном клапане 55 (К5), рубашку на обратном клапане 56 (К6) и змеевик на блоке цилиндра 4 (Ц4). Змеевики расположены вокруг оребренных блоков цилиндров 1,4 (Ц1, Ц4) высокого давления с целью одновременного с ними охлаждения с помощью вентиляторов, установленных в нижней части змеевиков.
В фильтре 90 (Ф1) газ (воздух из атмосферы) очищается от механических примесей и всасывается через обратный клапан 51 (К1) в первый блок цилиндра 1 (Ц1), где происходит сжатие с повышением температуры. Далее воздух сжимается, нагревается и через обратный клапан 52 (К2) нагнетается во второй блок цилиндра 2 (Ц2), где также происходит сжатие с повышением температуры. Затем воздух через обратный клапан 53 (К3), обе части трубопровода с тройником и через обратный клапан 54 (К4) нагнетается с повышением температуры в третий блок цилиндра 3 (Ц3), из которого через обратный клапан 55 (К5) нагнетается с повышением температуры в четвертый блок цилиндра 4 (Ц4), из которого через обратный клапан 56 (К6) нагнетается с повышением температуры в баллон потребителя.
В обратном клапане 52 (К2) происходит отвод тепла рубашкой охлаждения перед всасыванием газа во второй блок цилиндра 2 (Ц2), где в процессе сжатия газ нагревается. После выхода через обратный клапан 53 (К3) происходит отвод тепла водой в резервуаре 8 (Е1). Далее газ проходит из третьего цилиндра через обратный клапан 55 (К5), охлаждается в рубашке охлаждения. Нагретый в блоке цилиндра 4 (Ц4) газ охлаждается в рубашке охлаждения обратного клапана 56 (К6) жидкостью, которая проходит последовательно два змеевика.
Работа компрессора прекращается в автоматическом режиме в двух случаях: при достижении установленного пользователем давления и при превышении температуры, измеряемой контрольными термопарами в зоне нахождения клапанов 52 (К2) и 56 (К6), соответственно.
Схема поршневого компрессора с расположением блоков цилиндров 1-4 (Ц1-Ц4) для сжатия газа при параллельном соединении двух пар блоков по двухступенчатой схеме показана на фиг. 2.
На раме блок цилиндра 1 (Ц1) и блок цилиндра 3 (Ц3) расположены оппозитно и присоединены к коленчатому валу 72 (КВ) между редуктором 71 (Р1) и маховиком 73 (МК) через блоки линейного перемещения 11 (БП1) и 41 (БП4), соответственно. Блоки 2 (Ц2) и 4 (Ц4) расположены оппозитно и присоединены к коленчатому валу 72 (КВ) после маховика 73 (МК) через блоки линейного перемещения 21(БП2) и 31(БП3), соответственно.
На входе в блок цилиндра 1 (Ц1) установлен обратный клапан 51 (К1), вход которого соединен трубопроводом с выходом фильтра 90 (Ф1), установленного с возможностью подвода газа - воздуха из атмосферы. На выходе из блока цилиндра 1 (Ц1) установлен обратный клапан 52 (К2), выход которого соединен с входом в блок цилиндра 2 (Ц2). На выходе из блока цилиндра 2 (Ц2) установлен обратный клапан 53 (К3), выход которого соединен трубопроводом с тройником 91 (TP). Таким образом, пара блоков цилиндров 1, 2 (Ц1, Ц2) соединена параллельно паре блоков цилиндров 3, 4 (Ц3, Ц4).
Одновременно выход фильтра 90 (Ф1) соединен трубопроводом, на котором расположен манометр 62 (М2), с входом в обратный клапан 54 (К4), выход которого соединен с входом в блок цилиндра 3 (Ц3). На выходе из блока цилиндра 3 (Ц3) установлен обратный клапан 55 (К5), выход которого соединен с входом в блок цилиндра 4 (Ц4), выход из которого соединен трубопроводом с тройником 91 (TP). Отвод тройника 91 (TP) через вентиль 6 (ВТ) и манометр 63 (М3) соединен с трубопроводом для подачи газа к потребителю.
При работе компрессора по двухступенчатой схеме вентиль 6 (ВТ), установленный на отводе тройника 91 (TP), расположенного в резервуаре 8 (Е1), открыт.
Контур жидкостного охлаждения КЖО двухступенчатой схемы функционирует идентично описанному выше для четырехступенчатой схемы.
Таким образом, в двухступенчатой схеме обеспечивается параллельная подача газа с помощью соединительного патрубка 92 (СП) на выходе фильтра 90 (Ф1) и манометров 61 (M1) и 62 (М2) последовательно через клапаны 51-52-53 (К1-К2-К3) блоков цилиндров 1 (Ц1) и 2 (Ц2), а также клапанов 54-55-56 (К4-К5-К6) блоков цилиндров 4 (Ц4) и 3 (Ц3) с выходом газа на открытый вентиль 6 (ВТ) с манометром 63 (М3) соответственно.
Испытания показали, что возможность комбинировать местоположение разных по объему и диаметрам блоков цилиндров 1-4 (Ц1-Ц4) позволяет создавать на месте за кратчайшее время как воздушный компрессор на рабочее давление до 330 бар, так и воздушный компрессор дожимающий, с минимальным давлением на входе 3-5 бар и с максимальной степенью сжатия 1:120. Давление ограничивается типом арматуры, примерно до 3000 бар.
Поршневой компрессор может быть реализован с использованием промышленно выпускаемых устройств, материалов и арматуры и рекомендован для широкого применения в химической, угольной и горнодобывающей промышленности, областях добычи, переработки, транспортировки и сбыта нефтяных и газовых продуктов.