КОМПРЕССОР ПОРШНЕВОЙ УГЛОВОЙ ТРЕХСТУПЕНЧАТЫЙ

Область техники.
Заявляемая полезная модель относится к области машиностроения, а именно компрессоростроению. Заявляемый компрессор поршневой угловой трехступенчатый предназначен для сжатия газов, предпочтительно воздуха или водорода до давления 3,45 МПа.
Предшествующий уровень техники.
3
2
Известен компрессор поршневой угловой, содержащий силовой привод, базу, цилиндровую группу, поршневую группу и рабочие клапаны. При этом компрессор выполнен трехступенчатым, причем в вертикальном ряду размещен цилиндр первой ступени, а в горизонтальном ряду размещен блок цилиндров второй и третьей ступеней. Кроме того компрессор выполнен с возможностью работы с начальным атмосферным давлением, производительность комрессора равна 1,85 м/мин, а конечное давление составляет не более 75 кгс/см (7,4 МПа). При этом диаметр цилиндра первой ступени равен 160 мм, диаметр цилиндра второй ступени равен 110 мм, а диаметр цилиндра третьей ступени равен 58 мм. Частота вращения коленчатого вала составляет 735 об/мин (заявка РФ на полезную модель №2012135992, МПК F04B 25/00, по которой принято решение о выдаче патента на полезную модель от 15.10.2012, [1]).
Недостатком аналога [1] является его низкая производительность, обусловленная низким рабочим объемом цилиндра первой ступени. Повышение производительности аналога [1] возможно при увеличении оборотов коленчатого вала. Однако в этом случае возрастают силы инерции и соответственно растут поршневые силы. Кроме того пределы регулирования числа оборотов коленчатого вала ограничены числом срабатываний рабочих клапанов в единицу времени, т.е. скоростью рабочих клапанов. Эффективность клапанов снижается при превышении их максимальной рабочей скорости. При увеличении числа оборотов коленчатого вала также быстрее изнашиваются трущиеся рабочие поверхности поршней и цилиндров.
Раскрытие полезной модели.
3
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение производительности до 20 м/мин при сохранении базы компрессора.
3
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемой полезной моделью является повышение производительности компрессора до 20 м/мин и обеспечение конечного давления равного 3,45 МПа при сохранении базы компрессора.
Сущность полезной модели состоит в том, что компрессор поршневой угловой трехступенчатый содержит цилиндры первой, второй и третьей ступеней. При этом цилиндр первой ступени размещен в вертикальном ряду, а цилиндры второй и третьей ступеней размещены в горизонтальном ряду. При этом:
- диаметр цилиндра первой ступени равен 400 мм;
- диаметр цилиндра второй ступени равен 270 мм;
- диаметр цилиндра третьей ступени равен 140 мм.
На входе газа в компрессор предпочтительно размещен всасывающий фильтр.
Компрессор преимущественно содержит газоохладители первой и второй ступеней и концевой газоохладитель.
На газоохладителях преимущественно размещены предохранительные клапаны.
Компрессор предпочтительно содержит систему смазки механизма движения и систему смазки цилиндров и сальников.
Компрессор преимущественно содержит систему охлаждения.
Компрессор преимущественно содержит силовой привод, выполненный в виде электродвигателя, ротор которого насажен на коленчатый вал компрессора. При этом частота вращения ротора электродвигателя предпочтительно равна 500 об/мин.
2
Компрессор предпочтительно выполнен с возможностью работы при атмосферном начальном давлении или начальном давлении равном 1,01-1,04 кгс/см.
Краткое описание чертежей.
На фигуре показана схема компрессора поршневого углового трехступенчатого.
Осуществление полезной модели.
2
Компрессор поршневой угловой трехступенчатый (фиг.) выполнен с возможностью работы при атмосферном начальном давлении или начальном давлении равном 1,01-1,04 кгс/см и содержит силовой привод (не показано), базу, цилиндр первой ступени (4), цилиндры второй и третьей ступеней (5, 6), поршень первой ступени (7), дифференциальный поршень второй и третьей ступеней (8), всасывающие и нагнетательные клапаны, газоохладители первой и второй ступеней (9, 10), концевой газоохладитель (11), систему охлаждения, систему смазки механизма движения, систему смазки цилиндров и сальников и шкаф управления.
Силовой привод (не показано) предназначен для привода компрессора и выполнен в виде электродвигателя, ротор которого насажен на вал компрессора. Частота вращения ротора электродвигателя предпочтительно равна 500 об/мин.
База компрессора содержит станину (не показано), коленчатый вал (1), шатуны (2) и крейцкопфы (3). Частота вращения коленчатого вала предпочтительно составляет 500 об/мин.
3
Цилиндр первой ступени (4) выполнен двойного действия и размещен в вертикальном ряду. Цилиндр второй ступени (5) и цилиндр третьей ступени (6) размещены в горизонтальном ряду и объединены в один блок. При этом цилиндр второй ступени (5) и цилиндр третьей ступени (6) выполнены одинарного действия. Кроме того цилиндр второй ступени (5) выполнен обратного действия, а цилиндр третьей ступени (6) выполнен прямого действия. Каждый из цилиндров (4, 5, 6) содержит вход и выход газа, полости всасывания и нагнетания, рабочую полость и окна для всасывающих и нагнетательных клапанов. С целью обеспечения производительности компрессора равной 20 м/мин и конечного давления равного 3,45 МПа при сохранении базы компрессора, диаметры цилиндров (4, 5, 6) равны следующим величинам, без учета технологических допусков:
1
2
3
D=400 mm, D=270 mm, D=140 MM,
1
где D - диаметр цилиндра первой ступени;
2
D - диаметр цилиндра второй ступени;
3
D - диаметр цилиндра третьей ступени.
Поршень первой ступени (7) и дифференциальный поршень второй и третьей ступеней (8) изменяют рабочие объемы цилиндров (4, 5, 6) и передают энергию к сжимаемому газу. Дифференциальный поршень второй и третьей ступени (8) представляет собой комбинацию поршня второй ступени и поршня третьей ступени, объединенных в один сборочный узел.
Всасывающие клапаны (не показано) предназначены для того, чтобы пропускать газ в рабочие полости цилиндров первой, второй и третьей ступеней (4, 5, 6) в определенные периоды времени, и не пропускать его в обратном направлении в течении остального рабочего цикла. Нагнетательные клапаны (не показано) предназначены для того, чтобы пропускать газ из рабочих полостей цилиндров (4, 5, 6) в полости нагнетания и не пропускать его из полостей нагнетания в рабочие полости.
Газоохладитель первой ступени (9) предназначен для охлаждения газа между первой и второй ступенями сжатия. Вход газоохладителя первой ступени (9) соединен с выходом газа цилиндра первой ступени (4), а выход газа газоохладителя (9) соединен со входом газа цилиндра второй ступени (5).
Газоохладитель второй ступени (10) предназначен для охлаждения газа между второй и третьей ступенями сжатия. Вход газоохладителя второй ступени (10) соединен с выходом газа цилиндра второй ступени (5), а выход газа газоохладителя (10) соединен со входом газа цилиндра третьей ступени (6).
Концевой газоохладитель (11) предназначен для охлаждения газа после третьей ступени сжатия. Вход концевого газоохладителя (11) соединен с выходом газа цилиндра третьей ступени (6). На межступенчатых (9, 10) и концевом (11) газоохладителях компрессора размещены предохранительные клапаны.
Система охлаждения компрессора выполнена жидкостной, циркулирующей и предназначена для отвода выделяющейся при сжатии газа теплоты от цилиндров (4, 5, 6), межступенчатых (9, 10) и концевого (11) газоохладителей компрессора.
Смазка компрессора осуществляется двумя независимыми системами:
циркуляционной системой смазки механизмов движения и системой смазки цилиндров и сальников.
Система смазки цилиндров и сальников (не показано) выполнена принудительной, дозированной от станции смазочной многоотводной.
Система смазки механизма движения (не показано) предназначена для смазки трущихся поверхностей механизма движения, а именно коленчатого вала (1), шатунов (2) и крейцкопфов (3). Вышеупомянутая система смазки выполнена циркуляционной, от шестеренного насоса.
Шкаф управления (не показано) предназначен для управления работой компрессора.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. На входе газа в компрессор размещен всасывающий фильтр.
Пример 2. Электродвигатель выполнен асинхронным марки БСДКМ15-21-12 или марки БСДКПМ15-21-12.
Реализация конструктивных элементов заявляемой полезной модели не ограничивается приведенными выше примерами.
Описание работы.
Газ, преимущественно воздух или водород с температурой -25 -+40°С, поступает через всасывающий фильтр в первую ступень компрессора. Из первой ступени компрессора газ с более высоким давлением и температурой поступает в газоохладитель первой ступени (9), где происходит охлаждение газа. С выхода газоохладителя первой ступени (9) охлажденный газ поступает во вторую ступень сжатия, после чего охлаждается в газоохладителе второй ступени (10). После газоохладителя второй ступени (10) газ поступает в третью ступень, где сжимается до конечного давления. Затем газ охлаждается в концевом газоохладителе (11) до температуры 40-60°С и поступает к потребителю.
3
Таким образом, из вышеизложенного следует, что в заявляемом компрессоре поршневом угловом трехступенчатом заявляемый технический результат: «повышение производительности компрессора до 20 м/мин и обеспечение конечного давления равного 3,45 МПа при сохранении базы компрессора» достигается за счет того, что компрессор поршневой угловой трехступенчатый содержит цилиндры первой, второй и третьей ступеней. При этом цилиндр первой ступени размещен в вертикальном ряду, а цилиндры второй и третьей ступеней размещены в горизонтальном ряду. При этом:
- диаметр цилиндра первой ступени равен 400 мм;
- диаметр цилиндра второй ступени равен 270 мм;
- диаметр цилиндра третьей ступени равен 140 мм.
3
3
3
1
2
3
1
2
3
Известно, что производительность поршневого компрессора обусловлена рабочим объемом цилиндра, числом ходов поршня в единицу времени или числом оборотов вала привода По и коэффициентом подачи λ (Кузнецов Ю.В., Кузнецов М.Ю. Сжатый воздух. Екатеринбург: УрОРАН, 2007). Автором экспериментально установлено, что с целью повышения производительности компрессора до 20 м/мин и обеспечения конечного давления равного 3,45 МПа при сохранении базы, диаметры цилиндров (4, 5, 6) должны составлять следующие величины: D=400 mm, D=270 mm, D=140 мм. Вышеуказанная производительность может обеспечиваться и при больших диаметрах цилиндров (4, 5, 6). Однако в таком случае происходит интенсивный рост нагрузок практически на все элементы компрессора, так как в этом случае большие перепады давления действуют на большие площади. При этом поршневое усилие на шток становится более 3000 кг. В таком случае, для обеспечения прочности необходимо усиливать элементы компрессора или изменить базу компрессора, на базу, рассчитанную на большее поршневое усилие, например в 5000 кг. Это приводит к увеличению габаритных размеров и металлоемкости компрессора. При размерах диаметров цилиндров (4, 5, 6) менее установленных, для обеспечения производительности 20 м/мин, необходимо увеличение оборотов коленчатого вала. Однако в этом случае возрастают силы инерции и соответственно растут поршневые силы. Кроме того при увеличении числа оборотов коленчатого вала также быстрее изнашиваются трущиеся рабочие поверхности поршней и цилиндров, снижается эффективность всасывающих и нагнетательных клапанов. Таким образом размеры диаметров цилиндров D=400 мм, D=270 мм и D=140 мм являются оптимальными для обеспечения производительности компрессора равной 20 м/мин и конечного давления равного 3,45 МПа при сохранении базы компрессора.
Промышленная применимость.
Автором полезной модели изготовлен опытный образец заявленного компрессора поршневого углового трехступенчатого, испытания которого подтвердили достижение технического результата.
Заявляемая полезная модель реализована с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть изготовлена на машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в химической, угольной и горнодобывающей промышленности, областях добычи, переработки, транспортировки и сбыта нефтяных и газовых продуктов.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Заявка РФ на полезную модель №2012135992, МПК F04B 25/00, решение о выдаче патента на полезную модель от 15.10.2012 г.