КОМПРЕССОР И СПОСОБ СЖАТИЯ РАБОЧЕЙ СРЕДЫ
COMPRESSOR AND WORKING MEDIUM COMPRESSION METHOD

Изобретение относится к способу по ограничительной части пункта 1 формулы и к компрессору по ограничительной части пункта 9 формулы.
В уровне техники такие компрессоры известны в самых разных исполнениях (например, US 4,104,008 A).
В US 4,104,008 A раскрыт гидронасос на сжатом воздухе, имеющий рабочий объем и пневмопоршень, причем пневмопоршень соединен с гидропоршнем. Посредством вспомогательного ползунка, герметически изолированного от рабочего объема и ползунка управления сжатый воздух подают на пневмопоршень для его движения против усилия нажимной винтовой пружины. Движение пневмопоршня двигает в гидроцилиндре гидропоршень, на который надвинут клапанный кожух для подключения к гидравлическим трубопроводам.
В US 2015/101679 A1 показана система высокого давления текучей рабочей среды с улучшенным функционалом безопасности, технического обслуживания и сервисного обслуживания, имеющая корпус, компоновку клапанных гнезд, смазочную линию и регулируемый клапан. Регулируемый клапан выполнен для управления потоком текучей рабочей среды насоса от компоновки клапанных гнезд к системе уплотнителей.
В DE 197 10 717 A1 раскрыт агрегат высокого давления с рабочими компрессорами, рабочее тело которых может работать в текучей рабочей среде. Рамная компоновка обеспечивает разъемное соединение рабочих тел и компрессоров между собой.
В случае поршневого компрессора сжимаемый объем должен быть герметизирован напротив трубы цилиндра. Уплотнители в идеальном случае имеют неучитываемую течь. Если из-за износа или механического повреждения возникает течь, то в уровне техники ее фиксируют и назначают замену уплотнителей. Для этого эксплуатацию компрессора останавливают, причем при необходимости работу переключают на избыточно установленный компрессор. Затем вызывают службу сервиса, которая по месту осуществляет замену уплотнителя. Такое сервисное обслуживание сложно запланировать и оно приводит к дополнительным временным затратам при запуске и, тем самым, к высоким затратам. Эксплуатант должен также учитывать время простоя или обеспечить избыточные мощности. Последнее влечет высокую закупочную стоимость.
В настоящее время замена уплотнителя включает следующие операции:
- снятие давления с уплотнителя и монтажных деталей;
- в случае легковоспламеняемых газов, например молекулярном водороде, перед открыванием компрессора его необходимо перезаполнить инертным газом (например, азотом), что в зависимости от объема может занять много времени;
- снятие всех монтажных деталей, чтобы обеспечить возможность демонтажа уплотнителя;
- демонтаж уплотнителя, установка нового уплотнителя (в зависимости от способа установки и диаметра уплотнителя перед установкой необходимо калибровать или нагревать);
- сборку всех монтажных деталей;
- в случае легковоспламеняемых газов перед заведением рабочего тела необходимо перезаполнение инертным газом (например, азотом), что в зависимости от объема может занять много времени;
- подведение давления и проверку герметичности.
Следовательно, задачей изобретения является, по меньшей мере, снижение отдельных недостатков уровня техники или их устранение. В частности, задачей изобретения является упрощение, ускорение замены уплотнителя высокого давления и снижение ее стоимости.
Эта задача решена посредством способа с признаками по п. 1 формулы изобретения и посредством компрессора с признаками по п. 9 формулы. Предпочтительные варианты осуществления указаны в зависимых пунктах формулы.
Способ по данному изобретению для сжатия предпочтительно газообразной рабочей среды включает, по меньшей мере, следующие этапы:
- приведение в движение приводимого от рабочей среды приводного поршня внутри первого цилиндра между первым конечным положением и вторым конечным положением;
- приведение в движение сжимающего рабочую среду поршня высокого давления внутри второго цилиндра между первым конечным положением и вторым конечным положением;
- установка уплотнителя высокого давления для герметизации поршня высокого давления;
- установка кассеты с приемником уплотнителя высокого давления и, по меньшей мере, запасного уплотнителя высокого давления в первое рабочее положение, в котором запасной уплотнитель высокого давления герметизирует поршень высокого давления;
- перевод кассеты из первого рабочего положения во второе рабочее положение, в котором запасной уплотнитель высокого давления герметизирует поршень высокого давления.
Компрессор по данному изобретению включает, по меньшей мере:
- приводной поршень в первом цилиндре, приводимый от рабочей среды, причем приводной поршень совершает движение между первым конечным положением и вторым конечным положением;
- герметизирующий рабочую среду поршень высокого давления во втором цилиндре, причем поршень высокого давления совершает движение между первым конечным положением и вторым конечным положением; уплотнитель высокого давления для герметизации поршня высокого давления;
- кассету с приемником для уплотнителя высокого давления и, по меньшей мере, с запасным уплотнителем высокого давления;
- механизм смены с приводом для перевода кассеты между первым рабочим положением герметизации поршня высокого давления уплотнителем высокого давления и вторым рабочим положением герметизации поршня высокого давления запасным уплотнителем высокого давления.
Предпочтительно это значительно упрощает замену уплотнителя. Для замены уплотнителя часто не нужен сервисный техник. Во время замены уплотнителя компрессор может продолжать работать или быть готовым к работе. Согласно изобретению в кассете расположен, по меньшей мере, запасной уплотнитель высокого давления. Если уплотнитель высокого давления из-за износа или повреждения не сможет далее обеспечивать герметизацию поршня высокого давления, задействуют сменное устройство, переводя кассету из первого рабочего положения во второе рабочее положение. При этом уплотнитель высокого давления удаляют из рабочего положения герметизации поршня высокого давления и перемещают в удаленное от поршня место для проведения ТО. Соответственно в обратном порядке запасной уплотнитель высокого давления из удаленного от поршня высокого давления места подают на место установки на поршне высокого давления, в котором запасной уплотнитель высокого давления герметизирует поршень высокого давления во втором цилиндре. В первом и втором рабочем положении поршень высокого давления жестко или разъемно соединен с приводным поршнем, за счет чего приводной поршень приводит в движение поршень высокого давления. Предпочтительно приводной поршень и поршень высокого давления выполнены в виде мультипликатора, преобразующего низкое давление рабочей среды в высокое давление рабочей среды. При износе всех (запасных) уплотнителей высокого давления кассету, с одной стороны, целиком заменяют соответствующей кассетой с неиспользованными (запасными) уплотнителями высокого давления. С другой стороны, можно просто заложить в кассету новые (запасные) уплотнители высокого давления. Для этого в кассете выполнено соответствующее отверстие. Замену кассет по месту осуществляют просто и быстро. Калибровку и заведение (запасных) уплотнителей высокого давления необязательно проводить по месту и можно сделать заранее. Таким образом, сервисные операции можно планировать.
В настоящем раскрытии указания направления, например, «осевой», «радиальный» относятся к центральной оси поршня высокого давления.
Для перевода кассеты из первого рабочего положения во второе рабочее положение предложены различные варианты осуществления.
В первом варианте осуществления для перевода кассеты из первого рабочего положения во второе рабочее положение осуществляют следующие операции:
- смещение кассеты вместе с расположенный в приемнике уплотнителем высокого давления относительно второго цилиндра главным образом в направлении центральной оси поршня высокого давления из первого рабочего положения в первое промежуточное положение, отделяющее уплотнитель высокого давления от поршня высокого давления;
- перевод кассеты из первого промежуточного положения во второе промежуточное положение, располагающее запасной уплотнитель высокого давления соосно с поршнем высокого давления, и
- смещение кассеты вместе с запасным уплотнителем высокого давления главным образом по направлению центральной оси поршня высокого давления из второго промежуточного положения во второе рабочее положения.
В этом варианте осуществления кассету можно сдвигать в осевом направлении для возможности снять уплотнитель высокого давления с поршня высокого давления. В отличие от этого второй цилиндр неподвижен в осевом направлении. В первом рабочем положении уплотнитель высокого давления прилегает к внешнему периметру поршня высокого давления для герметизации возвратно-поступательных движений поршня высокого давления. Операцией механизмом смены кассету сдвигают в одном направлении по оси в первое промежуточное положение, в котором уплотнитель высокого давления расположен по направлению центральной оси поршня высокого давления вне поршня высокого давления. Затем кассету сдвигают во второе промежуточное положение, в котором центральные оси запасного уплотнителя высокого давления и поршня высокого давления проходят главным образом коллиниарно. В заключении кассету сдвигают по оси в другом направлении, чтобы расположить запасной уплотнитель высокого давления на поршне высокого давления для его герметизации.
В этом варианте осуществления сдвигание кассеты из первого рабочего положения в первое промежуточное положение включает предпочтительно следующие операции:
- отсоединение поршня высокого давления от приводного поршня;
- размещение приводного поршня и поршня высокого давления на расстоянии друг от друга;
- смещение кассеты из первого рабочего положения главным образом по направлению центральной оси поршня высокого давления таким образом, чтобы уплотнитель высокого давления был расположен в первом промежуточном положении по направлению центральной оси приводного поршня между поршнем высокого давления и приводным поршнем.
После перевода кассеты во второе промежуточное положение можно снова состыковать поршень высокого давления с приводным поршнем для продолжения сжатия рабочей среды.
В этом варианте осуществления при расхождении приводного поршня и поршня высокого давления друг от друга предпочтительно неподвижное расположение поршня высокого давления с помощью магнита по направлению центральной оси.
Во втором варианте осуществления при переводе кассеты из первого рабочего положения во второе рабочее положение проводят следующие операции:
- смещение кассеты с расположенным в приемнике уплотнителем высокого давления вместе со вторым цилиндром главным образом в направлении центральной оси поршня высокого давления в сторону от приводного поршня из первого рабочего положения в первое промежуточное положение с отсоединением уплотнителя высокого давления от поршня высокого давления;
- перевод кассеты из первого промежуточного положения во второе промежуточное положение с размещением запасного уплотнителя высокого давления главным образом соосно с поршнем высокого давления и
- смещение кассеты с запасным уплотнителем высокого давления вместе со вторым цилиндром из второго промежуточного положения во второе рабочее положение главным образом в направлении центральной оси поршня высокого давления в сторону приводного поршня.
В первом рабочем положении уплотнитель высокого давления уплотняюще насажен на поршень высокого давления. Чтобы снять уплотнитель высокого давления с поршня высокого давления, кассету вместе со вторым цилиндром сдвигают в одном осевом направлении в первое промежуточное положение, нарушающее герметичный контакт между поршнем высокого давления и уплотнителем высокого давления. Предпочтительно уплотнитель высокого давления в кассете в первом промежуточном положении выдвинут в осевом направлении за конец поршня высокого давления, за счет чего уплотнитель высокого давления в осевом направлении расположен за пределами поршня высокого давления. После этого кассету переводят во второе промежуточное положение, подготавливая размещение запасного уплотнителя высокого давления. В заключении кассету вместе со вторым цилиндром сдвигают по оси в другом направлении, чтобы установить запасной уплотнитель высокого давления на поршне высокого давления для его герметизации.
В третьем варианте осуществления для перевода кассеты из первого рабочего положения во второе рабочее положение проводят следующие операции:
- смещение поршня высокого давления главным образом по направлению центральной оси поршня от кассеты с уплотнителем высокого давления в приемнике до отсоединения уплотнителя высокого давления от поршня высокого давления с размещением кассеты в первом промежуточном положении;
- перевод кассеты из первого промежуточного положения во второе промежуточное положение с размещением запасного уплотнителя высокого давления главным образом соосно с поршнем высокого давления и
- смещение поршня высокого давления главным образом по центральной оси поршня к кассете до установки запасного уплотнителя высокого давления на поршне высокого давления.
В этом варианте осуществления кассета и второй цилиндр для поршня высокого давления Могут быть расположены неподвижно при замене уплотнителя высокого давления. Вместо этого поршень высокого давления выдвигают из уплотнителя высокого давления в кассете, обеспечивая движение кассеты во второе промежуточное положение. Для этого предусмотрен сдвиг поршня высокого давления за пределы первого и второго конечного положения. Предпочтительно это обеспечивают снижением давления в камере сжатия на обращенной от поршня высокого давления стороне приводного поршня по сравнению с первым рабочим положением. После замены уплотнителя высокого давления на запасной уплотнитель высокого давления давление в камере сжатия снова повышают до уровня первого рабочего положения, что ограничивает движение приводного поршня между первым и вторым конечным положением.
Предпочтительно камера сжатия образована между первым поршневым элементом приводного поршня и вторым поршневым элементом приводного поршня. Первый и второй поршневые элементы соединены между собой соединительным элементом, в частности соединительным штоком, определяющим максимальное отстояние между первым поршневым элементом и вторым поршневым элементом в первом или втором рабочем положении и минимальное отстояние между первым поршневым элементом и вторым поршневым элементом в первом или втором промежуточном положении.
В четвертом варианте осуществления для перевода кассеты из первого рабочего положения во второе рабочее положение проводят следующие операции:
- смещение уплотнителя высокого давления из положения по направлению центральной оси поршня высокого давления из положения за пределами приемника в положение в приемнике, причем запасной уплотнитель высокого давления расположен в другом приемнике кассеты, а кассета встает в первое промежуточное положение;
- перевод кассеты из первого промежуточного положения во второе промежуточное положение с размещением запасного уплотнителя высокого давления главным образом соосно с поршнем высокого давления и
- смещение запасного уплотнителя высокого давления из положения в другом приемнике кассеты в положение по направлению центральной оси поршня высокого давления за пределами другого приемника кассеты.
В описанных выше первом, втором и третьем вариантах осуществления уплотнитель высокого давления, герметизируя рабочую среду в первом и втором рабочем положении, расположен соответственно внутри кассетного приемника. В четвертом варианте осуществления кассетный приемник в первом рабочем положении не содержит уплотнитель высокого давления. Во втором рабочем положении другой приемник свободен от запасного уплотнителя высокого давления. Следовательно, уплотнитель высокого давления в первом рабочем положении расположен вне кассетного приемника. Во втором рабочем положении запасной уплотнитель высокого давления расположен в осевом направлении вне другого кассетного приемника. При замене уплотнителя высокого давления последний сначала размещают в кассетном приемнике до сдвига кассеты с запасным уплотнителем высокого давления во второе промежуточное положение для смена уплотнителей высокого давления. В заключении запасной уплотнитель высокого давления выдавливают из другого кассетного приемника для приведения запасного уплотнителя высокого давления во второе рабочее положение. Таким образом, во время работы компрессора один из кассетных приемников всегда пуст для приема изношенного уплотнителя высокого давления в процессе смены уплотнителей.
В четвертом варианте осуществления уплотнитель высокого давления и запасной уплотнитель высокого давления предпочтительно сдвигают соответственно вместе со вторым цилиндром. При таком исполнении, в частности, предпочтительно наличие у уплотнителя высокого давления и у запасного уплотнителя высокого давления соответственно главным образом одинакового внутреннего и внешнего диаметра. Уплотнитель высокого давления в первом рабочем положении расположен предпочтительно рядом с осевым оконечным участком второго цилиндра. Во втором рабочем положении запасной уплотнитель высокого давления расположен, в свою очередь, рядом с осевым оконечным участком второго цилиндра. Также предпочтительно расположение уплотнителя высокого давления в осевом направлении между вторым цилиндром и нажимным элементом. Этот нажимной элемент установлен с возможностью сдвига посредством механизма смены. Для смещения уплотнителя высокого давления извне в приемник нажимной элемент с помощью механизма смены сдвигают по оси в одном направлении, сдвигая уплотнитель высокого давления вместе со вторым цилиндром. Второй цилиндр соответственно сдвигают в другом направлении, чтобы выдвинуть запасной уплотнитель высокого давления из другого приемника. При этом захватывают нажимной элемент. Сдвиг нажимного элемента в одном направлении или сдвиг второго цилиндра в другом направлении обеспечивает привод, например пневмопривод, механизма смены.
В любом из указанных вариантов осуществления кассета выполнена для перевода из первого промежуточного положения во второе промежуточное положение с возможностью, с одной стороны, поворота вокруг поворотной оси, проходящей главным образом параллельно центральной оси поршня высокого давления, или, с другой стороны, с возможностью сдвига главным образом перпендикулярно центральной оси поршня высокого давления.
Согласно предпочтительному варианту осуществления предусмотрено сенсорное устройство для обнаружения течи рабочей среды. Сенсорное устройство выполнено согласно уровню техники. Например, в связи с уплотнителем высокого давления выявляют рост давления в трубопроводе с течью, в котором, как правило, нет давления. Затем проводят газометрию в трубопроводе с течью.
Предпочтительно устройство управления соединено, с одной стороны, с сенсорным устройством и, с другой стороны, с механизмом смены, чтобы в случае обнаружения течи рабочей среды перевести кассету из первого рабочего положения во второе рабочее положение.
В первом предпочтительном варианте осуществления механизм смены кассеты для перевода кассеты из первого рабочего положения в первое промежуточное положение выполнен для смещения кассеты вместе уплотнителем высокого давления в приемнике главным образом по направлению центральной оси поршня высокого давления относительно второго цилиндра.
В первом варианте осуществления предпочтительно предусмотрен натяжитель для разъемного соединения поршня высокого давления приводным поршнем. В соединенном состоянии поршень высокого давления совершает движение вместе с приводным поршнем. В разъединенном состоянии поршень высокого давления отсоединен от движения приводного поршня. В других вариантах осуществления приводной поршень и поршень высокого давления неразъемно соединены друг с другом.
Чтобы в этом варианте обеспечить место для замены уплотнителя высокого давления, предпочтительно расположение поршня высокого давления в первом промежуточном положении кассеты в отсоединенном от приводного поршня состоянии и с отстоянием от него. Особенно предпочтительно, чтобы в первом промежуточном положении кассеты поршень высокого давления находился в первом конечном положении, в приводной поршень – во второй удаленной от первого положения конечной позиции. В этом варианте осуществления поршень высокого давления и приводной поршень расположены в первом промежуточном положении на максимальном удалении друг от друга, обеспечивая необходимое место для отсоединения уплотнителя высокого давления. Чтобы установить поршень высокого давления для подготовки смены уплотнителей с отстоянием от приводного поршня предусмотрен предпочтительно магнитный элемент для фиксирования поршня высокого давления в отсоединенном от приводного поршня состоянии в первом конечном положении.
Во втором предпочтительном варианте осуществления механизм смены для перевода кассеты из первого рабочего положения в первое промежуточное положение выполнен для смещения кассеты вместе со вторым цилиндром главным образом по направлению центральной оси поршня высокого давления.
В третьем предпочтительном варианте осуществления механизм смены для перевода кассеты из первого рабочего положения в первое промежуточное положение выполнен для смещения поршня высокого давления главным образом по направлению центральной оси поршня за пределы первого или второго конечного положения.
В четвертом предпочтительном варианте осуществления механизм смены для перевода кассеты из первого рабочего положения в первое промежуточное положение выполнен для смещения второго цилиндра главным образом по направлению центральной оси поршня высокого давления, чтобы переместить уплотнитель высокого давления из положения вне приемника в положение в приемнике.
Механизм смены предназначен также для перевода кассеты из первого промежуточного положения во второе промежуточное положение с размещением запасного уплотнителя высокого давления главным образом соосно с поршнем высокого давления. Следовательно, центральные оси запасного и основного уплотнителя высокого давления во втором промежуточном положении главным образом коллинеарны. Запасной уплотнитель высокого давления во втором промежуточном положении расположен в осевом направлении вне поршня высокого давления. Относительное осевое движение между запасным уплотнителем высокого давления и поршнем высокого давления обеспечивает выход во второе рабочее положение с герметизаций поршня высокого давления уплотнителем высокого давления.
В описанном первом предпочтительном варианте осуществления механизм смены для перевода кассеты из второго промежуточного во второе рабочее положение предназначен предпочтительно для перемещения кассеты вместе с запасным уплотнителем высокого давления в приемнике главным образом по направлению центральной оси поршня высокого давления относительно второго цилиндра.
В описанном втором предпочтительном варианте осуществления механизм смены для перевода кассеты из второго промежуточного во второе рабочее положение предназначен предпочтительно для перемещения кассеты вместе со вторым цилиндром главным образом по направлению центральной оси поршня высокого давления.
В описанном третьем предпочтительном варианте осуществления механизм смены для перевода кассеты из второго промежуточного во второе рабочее положение предназначен предпочтительно для перемещения поршня высокого давления главным образом по направлению центральной оси поршня высокого давления обратно в первое или второе конечное положение.
В описанном четвертом предпочтительном варианте осуществления механизм смены для перевода кассеты из второго промежуточного во второе рабочее положение предназначен предпочтительно для перемещения второго цилиндра главным образом по направлению центральной оси поршня высокого давления, чтобы перевести запасной уплотнитель высокого давления из положения в другом приемнике кассеты в положение аксиально вне приемника.
Согласно предпочтительному варианту осуществления сжиманию подвергают газообразную рабочую среду.
В предпочтительном варианте осуществления приводной поршень приводят от разной рабочей среды, предпочтительно газообразной, в частности воздуха.
Для снятия уплотнителя высокого давления с поршня высокого давления и размещения рядом с поршнем высокого давления запасного уплотнителя высокого давления установлен механизм замены предпочтительного варианта осуществления для поворота кассеты вокруг оси поворота, проходящей главным образом параллельно центральной оси поршня высокого давления между первым промежуточным положением и вторым промежуточным положением. В этом варианте осуществления кассету поворачивают таким образом, чтобы переместить запасной уплотнитель высокого давления из удаленного от поршня высокого давления места ТО в коллинеарное с поршнем высокого давления положение.
В другом предпочтительном варианте осуществления механизм замены установлен для смещения кассеты главным образом перпендикулярно центральной оси поршня высокого давления между первым промежуточным положением и вторым промежуточным положением. В этом варианте осуществления кассета может быть смещена главным образом в радиальном направлении, чтобы переместить запасной уплотнитель высокого давления из удаленного от поршня высокого давления места ТО в соосное с поршнем высокого давления место.
Согласно предпочтительному варианту осуществления уплотнитель высокого давления и запасной уплотнитель высокого давления имеют корпус с расположенным в нем, по меньшей мере, уплотнительным элементом, в частности отделяемым. Такое исполнение облегчает расположение неиспользованных уплотнительных элементов в кассете, если уплотнитель высокого давления и запасной уплотнитель высокого давления изношены. Уплотнительный элемент выполнен предпочтительно огибающим и проходит по всему периметру поршня высокого давления.
Согласно предпочтительному варианту осуществления уплотнитель высокого давления и запасной уплотнитель высокого давления имеют соответственно первый уплотнительный элемент для герметизации стороны высокого давления и второй уплотнительный элемент для герметизации стороны низкого давления. Первый уплотнительный элемент расположен со стороны поршня высокого давления, а второй уплотнительный элемент расположен со стороны приводного поршня или поршня низкого давления.
Также предпочтительно, чтобы уплотнитель высокого давления и запасной уплотнитель высокого давления соответственно имели опорный элемент, в частности ведущий поясок, радиальный подшипник скольжения или опоясывающий шарикоподшипник, для опоры поршня высокого давления. Опорный элемент проходит предпочтительно по всему периметру поршня высокого давления.
Для обеспечения длительной работы компрессора без интервалов на ТО кассета имеет предпочтительно несколько запасных уплотнителей высокого давления, причем предусмотрено предпочтительно от 2 до 7 уплотнителей.
Привод для перемещения кассеты между первым и вторым рабочими положениями в зависимости от исполнения имеет, в частности, предпочтительно, по меньшей мере, электро-, гидро- или пневмопривод, линейный и/или вращения.
Указанную кассету с механизмом замены используют в различных типах компрессоров.
В предпочтительном варианте осуществления предусмотрен приводной поршень простого действия.
Другой предпочтительный вариант осуществления отличается наличием
- дополнительного поршня высокого давления на обращенной от поршня высокого давления стороне приводного поршня;
- дополнительной кассеты с приемным элементом дополнительного уплотнителя высокого давления для герметизации дополнительного поршня высокого давления в первом рабочем положении дополнительной кассеты и, по меньшей мере, с дополнительным запасным уплотнителем высокого давления для герметизации дополнительного поршня высокого давления во втором рабочем положении дополнительной кассеты;
- дополнительного механизма замены для перемещения дополнительной кассеты между первым рабочим положением и вторым рабочим положением.
Поэтому в этом исполнении предусмотрен приводной поршень двойного действия. Поршень высокого давления и дополнительный поршень высокого давления могут работать параллельно. Замену дополнительного уплотнителя высокого давления и смену дополнительного запасного уплотнителя высокого давления осуществляют, как описано в предыдущих вариантах осуществления, поэтому повторное описание опущено.
Далее изобретение поясняется на основе чертежей примеров осуществления.
На фиг.1 показан первый вариант осуществления компрессора по данному изобретению с приводным поршнем и поршнем высокого давления в центральной позиции, причем кассета с уплотнителем высокого давления и запасным уплотнителем высокого давления расположения в первом рабочем положении.
На фиг.2 показан компрессор по фиг.1, причем приводной поршень и поршень высокого давления расположены в другой конечной позиции.
На фиг.3 показан компрессор по фиг.1,2, причем приводной поршень после высвобождения натяжителя сдвинут от поршня высокого давления с образование между приводным поршнем и поршнем высокого давления свободного пространства.
На фиг.4 показан компрессор по фиг.1-3 в первом промежуточном положении кассеты со смещением уплотнителя высокого давления в свободное пространство между приводным поршнем и поршнем высокого давления.
На фиг.5 показан компрессор по фиг.1-4 в положении смены после поворота кассеты из первого промежуточного положения, причем запасной уплотнитель высокого давления расположен рядом с поршнем высокого давления.
На фиг.6 показан компрессор по фиг.1-5, причем запасной уплотнитель высокого давления надвинут на поршень высокого давления.
На фиг.7 показан компрессор по фиг.1-6 во втором рабочем положении, причем поршень высокого давления снова состыкован с приводным поршнем.
На фиг.8-12 соответственно показан второй вариант осуществления компрессора по данному изобретению со сдвигаемой в осевом и радиальном направлении кассетой, причем фиг.8 – первое рабочее положение, фиг.9 – первое промежуточное положение, фиг.10 – положение между первым и вторым промежуточным положением, фиг.11 – второе промежуточное положение и фиг.12 – перевод во второе рабочее положение.
На фиг.13,14 соответственно показан третий вариант осуществления компрессора по данному изобретению, в котором уплотнитель высокого давления отделяют от поршня высокого давления путем смещения поршня высокого давления между первым рабочим положением (фиг.13) и первым промежуточным положением (фиг.14).
На фиг.15,16 показан четвертый вариант осуществления компрессора по данному изобретению, в котором уплотнитель высокого давления расположен в первом рабочем положении (фиг.15) вне кассетного приемника и его сдвигают посредством второго цилиндра в приемник (фиг.16).
На фиг.1-7 показан первый вариант осуществления компрессора 1 для сжатия газообразной рабочей среды, например молекулярного водорода. Компрессор 1 имеет мультипликатор давления с приводным поршнем 2, совершающим внутри первого цилиндра 3 возвратно-поступательные движения между первой конечной позицией (фиг.2) и второй конечной позицией (не показано). Для привода приводного поршня 2 используют газообразную рабочую среду, в частности сжатый воздух. Приводной поршень 2 герметизирует первый объем 4 первого цилиндра 3 уплотнителем 5 относительно второго объема 6 первого цилиндра 3.Также предусмотрен сжимающий рабочее тело поршень 7 высокого давления, совершающим внутри второго цилиндра 8 возвратно-поступательные движения между первой конечной позицией (фиг.2) и второй конечной позицией (не показано). Поршень 7 высокого давления имеет меньшую площадь по сравнению с приводным поршнем или поршнем 2 низкого давления, что обеспечивает мультипликацию со стороны низкого давления на сторону высокого давления. Для состыковки поршня 7 высокого давления с приводным поршнем 2 в первом варианте осуществления предусмотрен отсоединяемый натяжитель 9. Этот натяжитель 9 известен и поэтому подробно не описан. В других вариантах осуществления (фиг.8-16) поршень 7 высокого давления жестко соединен с приводным поршнем 2 для передачи движения приводного поршня 2 на поршень 7 высокого давления.
Компрессор 1 имеет также кассету 10 с приемником 11а для уплотнителя 11 высокого давления и, по меньшей мере, с дополнительным приемником 12а для запасного уплотнителя 12 высокого давления. Уплотнитель 11 высокого давления герметизирует поршень 7 высокого давления в первом рабочем положении при сжатии рабочего тела. Запасной уплотнитель 12 высокого давления герметизирует поршень 7 высокого давления в отличном от этого втором рабочем положении кассеты 10 при сжатии рабочего тела. Уплотнитель 11 высокого давления герметизирует поршень 7 высокого давления в первом рабочем положении при сжатии рабочего тела. Предусмотрен также механизм 13 смены для самостоятельной замены уплотнителя 11 высокого давления запасным уплотнителем 12 высокого давления. Механизм 13 смены имеет (показанный схематично только на фиг.1) привод 14, смещающий – как подробно описано ниже - кассету 10 из первого рабочего положения во второе рабочее положение (и наоборот).
На фиг.1 схематично также показано, что предусмотрено сенсорное устройство 15 для фиксирования течи рабочего тела. Сенсорное устройство 15 соединено со сливным трубопроводом 16, в котором обнаруживают вытекающее рабочее тело (в отдельных случаях также и вытекающее приводное рабочее тело). Сенсорное устройство 15, известно из уровня техники, может иметь элемент измерения давления для фиксирования давления газа в сливном трубопроводе 16. Дополнительно или альтернативно сенсорное устройство 15 выполнено для качественного или количественного измерения газа. Для этого в уровне техники известно много возможностей, основанных на электрических, физических и/или химических принципах измерения, на которых нет необходимости останавливаться. Компрессор 1 имеет также электронное сенсорное устройство 17, соединенное, с одной стороны, с сенсорным устройством 15 и, с другой стороны, с механизмом 13 смены. При выявлении в сенсорном устройстве 15 течи рабочего тела привод 14 механизма 13 смены получает от устройства 17 управления команду на смещение кассеты 10 из первого рабочего положения во второе рабочее положение для размещения запасного уплотнителя 12 на поршне 7 высокого давления.
В показанном исполнении уплотнитель 11 высокого давления и запасной уплотнитель 12 высокого давления соответственно имеют корпус 18 с размещенным в нем кольцеобразным охватывающим уплотнительным элементом 19 с реверсивным отсоединением. Уплотнитель 11 высокого давления запасной уплотнитель 12 высокого давления в показанном исполнении соответственно имеют первый кольцеобразный охватывающий уплотнительный элемент 19а для герметизации стороны высокого давления и второй кольцеобразный охватывающий уплотнительный элемент 19b для герметизации стороны низкого давления компрессора 1. Кроме этого уплотнитель 11 высокого давления запасной уплотнитель 12 высокого давления соответственно имеют в показанном исполнении кольцеобразный охватывающий опорный элемент 20, в данном случае ведущий поясок для опирания поршня 7 высокого давления.
В зависимости от исполнения кассета 10 может иметь несколько запасных уплотнителей 12 высокого давления. Часто предпочтительно наличие в кассете от 2 до 7 запасных уплотнителей 12 высокого давления.
На чертежах для понимания изобретения показаны только существенные компоненты компрессора. Для специалиста ясно, что компрессор, как правило, имеет много других компонентов, давно известных из уровня техники.
В первом варианте осуществления по фиг.1-7 кассета 10, с одной стороны, может быть смещена по направлению центральной оси 21 поршня высокого давления и, с другой стороны, повернута вокруг оси поворота, проходящей параллельно и с отстоянием от оси 21. Для этого привод 14 механизма 13 смены по фиг.1-7 имеет приводной шток 14а, который может быть смещен в продольном направлении и повернут вокруг своей продольной оси 14b.
На фиг.1-7 проиллюстрированы операции смены первого рабочего положения с использованием уплотнителя 11 высокого давления на второе рабочее положения с использованием запасного уплотнителя 12 высокого давления.
Согласно фиг.1 и 2 кассета 10 находится в первом рабочем положении, в котором поршень 7 высокого давления герметизирован уплотнителем 11 высокого давления. Поршень 7 высокого давления состыкован посредством натяжителя 9 с приводным поршнем 2, что обеспечивает синхронные возвратно-поступательные движения поршня 7 высокого давления и приводного поршня 2. На фиг.1 показан приводной поршень 2 и поршень 7 высокого давления соответственно в средней позиции между противоположными мертвыми точками. На фиг.2 показан приводной поршень 2 в первом конечном положении.
Согласно фиг.3 натяжитель 9 разомкнут, причем поршень 7 высокого давления отстыкован от приводного поршня 2. Поршень 7 высокого давления стоит в первом конечном положении, а приводной поршень 2 стоит во втором конечном положении, что обеспечивает максимальное отстояние в осевом направлении между поршнем 7 высокого давления и приводным поршнем 2. Для обеспечения такого состояния предусмотрен магнитный элемент, удерживающий поршень 7 высокого давления в разомкнутом с приводным поршнем 2 первом конечном положении. Магнитным элементом может быть постоянный магнит 22а или магнитная катушка 22b. Магнитная катушка 22b в показанном исполнении расположена на втором цилиндре 8 концентрически вокруг поршня 7 высокого давления. Спокойное положение поршня 7 высокого давления обеспечивает также перепад давления между первым объемом 4 первого цилиндра 3 и объема 23 высокого давления второго цилиндра 8. Это обеспечено разреженностью объема 23 высокого давления, причем первый объем 4 остается под давлением. Результирующая из этого сила прижимает поршень 7 высокого давления в первое конечное положение.
Согласно фиг.4 кассета 10 находится в первом промежуточном положении, смещенном по оси к приводному поршню 2. Так как поршень 7 высокого давления и приводной поршень 2 расположены в противоположных конечных положениях, уплотнитель 11 высокого давления расположен по оси на кассете 10 между разомкнутым с приводным поршнем 2 концом поршня 7 высокого давления и приводным поршнем 2. Центральная ось 11а уплотнителя 11 высокого давления коллинеарна центральной оси 21 поршня 7 высокого давления. Центральная ось 12а запасного уплотнителя 12 высокого давления проходит параллельно в радиальном направлении к центральной оси 21 поршня 7 высокого давления с отстоянием от нее.
Согласно фиг.5 кассета 10 находится во втором промежуточном положении, в котором центральная ось 12а запасного уплотнителя 12 высокого давления проходит главным образом коллиниарно центральной оси 21 поршня 7 высокого давления. Центральная ось 11а уплотнителя 11 высокого давления проходит теперь параллельно в радиальном направлении к центральной оси 21 поршня 7 высокого давления с отстоянием от нее. Для обеспечения положения смены кассету 10 из первого промежуточного положения поворачивают вокруг оси поворота 14b (фиг.4 стрелка 24). Угол поворота зависит от количества и расположения запасных уплотнителей 12 высокого давления в касте 10.
Согласно фиг.6 запасной уплотнитель 12 высокого давления надвинут на поршень 7 высоко давления. Для этого кассету 10 из первого промежуточного положения (фиг.5) смещают в осевом направлении сторону от приводного поршня 2 до посадки запасного уплотнителя 12 высокого давления на поршень 7 высокого давления.
Согласно фиг.7 приводной поршень 2 снова состыкован с поршнем 7 высокого давления, что обеспечивает возможность продолжить работу компрессора 1 с замененным запасным уплотнителем 12 высокого давления.
На фиг.8-12 показан следующий вариант осу4ществления компрессора 1, причем далее описаны только отличия от варианта осуществления по фиг.1-7.
В этом варианте кассета 10 вместе со вторым цилиндром 8 для поршня 7 высокого давления смещена из первого рабочего положения (фиг.8) в сторону от первого цилиндра 3 для приводного поршня 2 в первое промежуточное положение (фиг.9). Таким образом, отпадает необходимость в натяжителе 9 для разъемного стыкования приводного поршня 2 с поршнем 7 высокого давления.
Этот вариант осуществления отличается от варианта по фиг.1-7 также наличием устройства 13 смены для смещения кассеты 10 в направлении перпендикулярно центральной оси 21 поршня 7 высокого давления, т.е. в радиальном направлении, из первого промежуточного положения во второе промежуточное положение (и наоборот).
Тем самым обеспечено осуществление следующих операций при смене уплотнения 11 высокого давления на запасной уплотнитель 12 высокого давления.
Согласно фиг.8 компрессор 1 находится в первом рабочем положении, в котором уплотнитель 11 высокого давления на кассетете 10 герметизирует поршень 7 высокого давления. Центральная ось 11а поршня 7 высокого давления совпадает с центральной осью 21 поршня 21 высокого давления. Запасной уплотнитель 12 высокого давления расположен в отдаленном в радиальном направлении от поршня 7 высокого давления месте ТО. Приводной поршень 2 расположен в смещенном от кассеты 10 конечном положении (стрелка 25а).
Согласно фиг.9 кассета 10 смещена вместе со вторым цилиндром 8 в осевом направлении (стрелка 25b), за счет чего кассета 10 встала в первое промежуточное положение. В это время приводной поршень 2 и поршень 7 высокого давления расположены в конечной позиции, смещенной от кассеты 10. Тем самым уплотнитель 11 высокого давления отодвинут при смещении кассеты 10 и второго цилиндра 8 от конца поршня 7 высокого давления.
Согласно фиг.10 кассета 10 смещена относительно второго цилиндра 8 в радиальном направлении (стрелка 26b).
Согласно фиг.11 кассета 10 путем дальнейшего смещения по стрелке 26b переведена во второе промежуточное положение, в котором запасной уплотнитель 12 высокого давления на кассете 10 коллинеарен поршню 7 высокого давления, но проходит в осевом направлении вне него.
Согласно фиг.12 кассету 10 вместе со вторым цилиндром 8 в осевом направлении надвигают на поршень 7 высокого давления (стрелка 27) до достижения второго рабочего положения с герметизацией поршня 7 высокого давления запасным уплотнителем 12 высокого давления.
В варианте осуществления по фиг.8-12 предусмотрен приводной поршень 2 двойного действия. В этом варианте осуществления компрессор 1 имеет дополнительный поршень 28 высокого давления с обращенной от поршня 7 высокого давления стороны приводного поршня 2. Приводной поршень 2 толкает как поршень 7 высокого давления, так и дополнительный поршень 28 высокого давления. Также предусмотрена дополнительная кассета 29 с приемным элементом 30а дополнительного уплотнителя 30 высокого давления для герметизации дополнительного поршня 28 высокого давления в первом рабочем положении дополнительной кассеты 29 и, по меньшей мере, с дополнительным приемным элементом 31а дополнительного запасного уплотнителя 31 для герметизации дополнительного поршня 28 высокого давления во втором рабочем положении дополнительной кассеты 29. Для смещения дополнительной кассеты 29 между первым рабочим положением и вторым рабочим положением предусмотрен дополнительный механизм 32 смены. Дополнительная кассета 29 и дополнительный механизм 32 смены выполнены идентично кассете 10 или механизму 13 смены и поэтому повторно не описаны.
На фиг.13, 14 показан третий вариант осуществления компрессора 1, в котором – как и во втором варианте - предусмотрен приводной поршень 2 двойного действия с дополнительным поршнем 28 высокого давления. В этом варианте осуществления образована дополнительная камера сжатия 33 между первым поршневым элементом 2а приводного поршня 2 и вторым поршневым элементом 2b приводного поршня 2. Первый поршневой элемент 2а и второй поршневой элемент 2b соединены друг с другом соединительным штоком 37. Камера сжатия 33 соединена с напорным трубопроводом 34 (не показано) для регулировки давления в камере сжатия 33. В первом рабочем положении (фиг.14) установлено более высокое давление в камере сжатия 33. Для перевода кассеты 10 в первое промежуточное положение в камере сжатия 33 устанавливают второе, более низкое давление, что сокращает осевое отстояние между первым поршневым элементом 2а и вторым поршневым элементом 2b по сравнению с первым рабочим положением. За счет этого уплотнитель 11 высокого давления сползает с поршня 7 высокого давления. В заключении кассета 10 переходит во второе промежуточное положение. Поднятие давления в камере сжатия 33 до первого давления обеспечивает второе рабочее положение кассеты 10 с герметичным размещением запасного уплотнителя 12 на поршне 7 высокого давления.
На фиг.15, 16 показан четвертый вариант осуществления компрессора 1. В этом варианте осуществления приемник 11а кассеты 10 в первом рабочем положении пуст. Уплотнитель 11 высокого давления расположен в осевом направлении и вне приемника 11а кассеты 10 в опоясывающей выемке 35 корпуса мультипликатора давления между свободным конечным участком второго цилиндра 8 и кольцеобразной опоясывающей нажимной деталью 36.
Для смены уплотнителя 11 высокого давления на запасной уплотнитель 12 высокого давления уплотнитель 11 высокого давления сначала размещают в приемнике 11а кассеты 10. Для этого нажимную деталь 36 посредством механизма 13 смены смещают в сторону от приводного поршня 2, чтобы сдвинуть прилегающий к нажимной детали 36 уплотнитель 11 высокого давления вместе со вторым цилиндром 8 также в осевом направлении. Нажимная деталь 36 может иметь, например, пневмопривод. В отдельных случаях после этого поршень 7 высокого давления смещают в необходимое конечное положение, чтобы уплотнитель 11 высокого давления отсоединить уплотнитель 11 высокого давления от поршня 7 высокого давления. Затем кассету 10 вместе с запасным уплотнителем 12 высокого давления переводят во второе промежуточное положение, в котором запасной уплотнитель 12 высокого давления помещают в выемку 35 в приемнике 35второго цилиндра 8. В показанном исполнении это обеспечено поворотом кассеты 10. В заключении запасной уплотнитель 12 высокого давления путем смещения второго цилиндра 8 посредством механизма 13 смены выдвигают в осевом направлении из дополнительного приемника 12а и, тем самым, переводят во второе рабочее положение.
В четвертом варианте осуществления смещение уплотнителя высокого давления и запасного уплотнителя высокого давления обеспечено предпочтительно смещением второго цилиндра 8 главным образом по направлению центральной оси поршня высокого давления.