МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР С УЛУЧШЕННЫМИ ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ
MULTISTAGE PISTON COMPRESSOR WITH IMPROVED TACTICAL-TECHNICAL CHARACTERISTICS

Изобретение относится к компрессорной технике, а более конкретно к многоступенчатым поршневым компрессорам, работающим в составе транспортных средств специального назначения. Одним из основных показателей, характеризующих тактико-технические характеристики таких компрессоров, является общий уровень вибраций и шумов, возникающих при его работе и в свою очередь напрямую зависящий от уравновешивания сил инерции при движении неуравновешенных масс.
Известны две конструкции многоступенчатого поршневого компрессора с кривошипно-шатунным механизмом, в которых осуществляется полное уравновешивание сил инерции первого и второго порядков, а так же моментов этих сил. Первая конструкция содержит 6 параллельных друг другу цилиндров, в которых возвратно-поступательно движутся соответствующие поршни одинаковой массы, соединенные шатунами с общим коленчатым валом. При этом цилиндры расположены по одну сторону коленчатого вала, углы между коленами равны 120°, причем четвертое колено совпадает по направлению с третьим, пятое со вторым, а шестое с первым. Вторая конструкция содержит 3 параллельных друг другу цилиндра, в которых возвратно-поступательно движутся соответствующие поршни, соединенные шатунами с общим коленчатым валом, причем первый и третий цилиндры расположены по одну сторону коленчатого вала, а второй цилиндр - по другую сторону коленчатого вала; углы между коленами равны 180°. Масса второго поршня равна сумме масс первого и третьего поршней, (см. Френкель М.И. Поршневые компрессоры. - М., Л.: Машгиз, 1960, с. 142).
К общим недостаткам данных конструкций относится потребность в организации смазки кривошипно-шатунного механизма, что выражается в увеличении массы агрегата, его габаритов, производимых при его работе шумов и вибраций и уменьшении интервала планового обслуживания. Из-за особенностей использования кривошипно-шатунного механизма компрессоры данных конструкций являются быстроходными с относительно малым ходом и большой скоростью движения поршня в цилиндре, что так же негативно сказывается на их виброшумовых характеристиках.
Эти недостатки частично устранены в конструкции тихоходного многоступенчатого поршневого компрессора, содержащего, по крайней мере, две цилиндропоршневые группы с уплотнениями сухого трения, каждая из которых имеет отдельный линейный привод, предназначенный для перемещения поршней и общее управляющее устройство, выполненное так, что линейные приводы управляются индивидуально в отношении скорости и хода. (см. заявка №20090311114 (A1) US от 13.06.2008 г., МКИ F04B 25/00, опубл. 17.12.2009 г. )
К недостаткам такой конструкции компрессора относятся: нерациональное взаимное расположение цилиндропоршневых групп, неравномерное распределение движущихся масс, а так же независимое движение поршней. Данные недостатки негативно сказываются на уравновешивании такого компрессора, что, несмотря на его тихоходность, приводит к высокому общему уровню шумов и вибраций, возникающих при его работе.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка конструкции поршневого компрессора, обеспечивающего высокие показатели по виброшумовым характеристикам для его применения в составе оборудования транспортных средств специального назначения, например, в подводных лодках с целью улучшения уровня их стратегической готовности.
Для решения данной технической задачи в известном многоступенчатом поршневом компрессоре, содержащем как минимум две несмазываемые цилиндропоршневые группы с автономными линейными приводами и блок управления, позволяющий регулировать скорость и ход поршня каждой цилиндропоршневой группы, блок управления дополнительно обеспечивает синхронное движение поршней или групп поршней в противоположных направлениях. В частности, блок управления устроен так, что формирование всех управляющих автономными линейными приводами сигналов производится одним и тем же микропроцессором, чем достигается высокая точность синхронизации движения поршней или групп поршней и отсутствие накопления ошибок синхронизации в процессе работы.
Суммарные массы поршня и штока каждой цилиндропоршневой группы выполнены равными или кратными друг другу. Все цилиндропоршневые группы располагаются параллельно в одной горизонтальной плоскости так, что их общий центр масс максимально совпадает с геометрическим центром основания, на котором они установлены; используется двухуровневая система амортизации.
Согласно изобретению, обеспечение синхронного движения поршней или групп поршней компрессора в противоположных направлениях дает возможность уравновешивания сил инерции, возникающих при возвратно-поступательном перемещении подвижных масс путем выбора соответствующей схемы уравновешивания.
Также достигнуть взаимного уравновешивания таких сил инерции позволяет выполнение поршней и штоков каждой цилиндропоршневой группы равными или кратными друг другу по массе.
Расположение цилиндропоршневых групп параллельно друг другу в одной горизонтальной плоскости позволяет исключить дополнительные неуравновешенные моменты инерционных сил, тем самым обеспечив наиболее эффективное уравновешивание, и, следовательно снизить уровень шумов и вибраций.
Для увеличения эффективности уравновешивания и амортизации цилиндропоршневые группы располагаются так, что их общий центр масс максимально совпадает с геометрическим центром основания, на котором они установлены.
Для эффективного сглаживания продольных и поперечных колебаний конструкции компрессора используется двухуровневая система амортизации.
Данные изменения в конструкции компрессора позволяют повысить его тактико-технические характеристики.
На фиг. 1 показан предлагаемый многоступенчатый поршневой компрессор. Он состоит из общего основания 9, подвешенного над фундаментом 11 при помощи амортизаторов 10; цилиндропоршневых групп 4 и 5, установленных на основании 7, подвешенном над основанием 9 при помощи амортизаторов 8; блока управления 6. При этом оси цилиндропоршневых групп 4 и 5 независимо от их диаметра лежат в одной плоскости 1, центр масс основания 7 с установленными на нем элементами располагается в точке 2, а центр масс основания 9 со всеми установленными на нем элементами располагается в точке 3.
На фиг. 2 показана цилиндропоршневая группа с линейным приводом. Она состоит из цилиндра 12; переходника 13; линейной передачи 14; электродвигателя 15; кронштейнов 16, 17, 18; каркаса 19. При этом внутри цилиндра 12 и переходника 13 располагаются поршень 20 с поршневыми уплотнениями сухого трения 22 и шток 21.
Предлагаемый многоступенчатый поршневой компрессор содержит как минимум две цилиндропоршневые группы 4, 5 с уплотнениями сухого трения 22, каждая из которых снабжена отдельным линейным приводом, состоящим из линейной передачи 14 и электродвигателя 15; блок управления 6, устроенный так, что обеспечивает синхронное движение поршней 20 или групп поршней 20 в противоположные направления.
Суммарные массы поршня 20 и штока 21 каждой отдельной цилиндропоршневой группы 4,5 выполняются равными друг другу. В случае, если предлагаемый компрессор имеет нечетное количество цилиндропоршневых групп 4, 5, суммарная масса поршня 20 и штока 21 наиболее массивной, центральной цилиндропоршневой группы должна быть принята в два раза большей, чем суммарная масса поршня 20 и штока 21 остальных цилиндропоршневых групп.
Оси всех цилиндропоршневых групп 4,5 расположены в горизонтальной плоскости 1, причем цилиндропоршневые группы с меньшими размерами устанавливаются на кронштейны 16, 17, 18 большей высоты. Цилиндропоршневые группы 4, 5 расположены параллельно друг другу в такой последовательности и на таком расстоянии друг от друга, что их общий центр масс максимально совпадает с геометрическим центром основания 7, на котором они установлены.
Схема уравновешивания предлагаемого компрессора определяется количеством цилиндропоршневых групп 4, 5. При количестве цилиндропоршневых групп, равном двум, они располагаются соосно в одном направлении; поршни 20 движутся синхронно в противоположных направлениях. При количестве цилиндропоршневых групп, равном трем и более, они располагаются параллельно друг другу в ряд, в одном направлении, причем наиболее массивные цилиндропоршневые группы устанавливаются ближе к средней части основания 7, а наименее массивные - ближе к краям; поршни 20 движутся двумя группами синхронно в противоположных направлениях; причем в одну группу входят поршни 20, расположенные ближе к краям основания 7, а в другую - поршни 20, расположенные ближе к средней части основания 7, причем суммарные массы поршней и штоков двух групп равны.
Цилиндропоршневые группы 4, 5 закреплены на основании 7, подвешенном на амортизаторах 8 над основанием 9, которое, в свою очередь, подвешено на амортизаторах 10 над фундаментом 11. Основания 7 и 9 и амортизаторы 8 и 10 в сборе образуют двухуровневую систему амортизации.
При этом амортизаторы 8 и 10 устанавливаются на уровне центров масс 2 и 3 оснований 7 и 9 со всеми установленными на них элементами соответственно.
В случае, если предлагаемый компрессор должен содержать теплообменники, емкости, дополнительную арматуру, все эти элементы располагаются на основании 9 и соединяются со ступенями посредством гибких виброгасящих трубопроводов.