КОМПРЕССОР ПОРШНЕВОЙ ОППОЗИТНЫЙ ДВУХРЯДНЫЙ ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ БЕЗ СМАЗКИ ЦИЛИНДРОВ И САЛЬНИКОВ

Область техники.
Заявляемая полезная модель относится к области машиностроения, а именно к компрессоростроению. Заявляемый компрессор поршневой оппозитный двухрядный двухступенчатый без смазки цилиндров и сальников предназначен для сжатия азота и других газов с повышенными требованиями к чистоте.
Предшествующий уровень техники.
Известна, например, моноблочная компрессорная установка 2ВМ2,5-12/9, состоящая из оппозитного компрессора, приводного электродвигателя, аппаратуры, газовых коммуникаций и арматуры, систем охлаждения, смазки и автоматики. Компрессор с электродвигателем и промежуточным холодильником выполняется в виде готового блока на заводе-изготовителе. Компрессор выполнен двухступенчатым, горизонтальным на двухрядной оппозитной унифицированной базе. В каждом ряду размещено по одному цилиндру двойного действия. Патрубок входа газа цилиндра первой ступени выполнен в нижней части цилиндра, причем ось патрубка пересекает ось цилиндра. Патрубок выхода газа цилиндра первой ступени выполнен в верхней части цилиндра, под развернутым углом к патрубку входа газа. Холодильники представляют собой аппараты кожухотрубного типа. Промежуточный холодильник смонтирован над компрессором, а концевой установлен под цилиндром второй ступени. При этом штуцер входа газа промежуточного холодильника выполнен радиальным и соединен с патрубком выхода газа цилиндра первой ступени (Б.С.Фотин, И.Б.Пирумов, И.К.Прилуцкий, П.И.Пластинин "Поршневые компрессоры", Издательство «Машиностроение», 1987 г., стр.325-328, рис.12.5, рис.12.6, [1]).
Первым недостатком аналога [1] является выполнение компрессора со смазкой цилиндров и сальников, что увеличивает его габаритные размеры и приводит к образованию в системе газопровода компрессора масляных отложений. Кроме того содержание масла в газе на выходе из компрессора является высоким. Такой компрессор нельзя использовать на предприятиях тех отраслей промышленности, где высоки требования к качеству сжатого газа, например на предприятиях пищевой и фармацевтической промышленности. При этом у компрессоров со смазкой цилиндров и сальников поршневые кольца, как правило, выполняют из материалов с высоким коэффициентом трения, что приводит к образованию задиров на рабочих поверхностях цилиндров. Вторым недостатком аналога [1] является то, что штуцер входа газа промежуточного холодильника выполнен радиальным, а патрубок выхода газа цилиндра первой ступени размещен под развернутым углом к патрубку входа газа вышеуказанного цилиндра. При таких расположениях штуцера входа газа промежуточного холодильника и патрубка выхода газа цилиндра первой ступени, расстояние между выходом газа цилиндра первой ступени и входом газа промежуточного холодильника является наименьшим, поэтому газ поступает на вход холодильника и заполняет его межтрубное пространство с высокой скоростью. При прохождении газа по межтрубному пространству холодильника с высокой скоростью возникает его недоохлаждение. С целью частичного устранения этого недостатка промежуточный холодильник имеет относительно большие размеры, что увеличивает габаритные размеры и металлоемкость всего компрессора. Кроме того при радиальном подводе газа в промежуточный холодильник, газовый поток ударяется о внутренние стенки холодильника, что увеличивает гидравлическое сопротивление движению газа. Третьим недостатком является размещение концевого холодильника под цилиндром второй ступени. При таком размещении увеличена высота фундамента под компрессором, что также приводит к увеличению габаритов компрессора.
Раскрытие полезной модели.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемой полезной моделью, является уменьшение габаритов и металлоемкости компрессора с одновременным обеспечением возможности выполнения компрессора без смазки цилиндров и сальников. Также достигается снижение скорости прохождения сжатого газа в межступенчатом газоохладителе и снижение гидравлического сопротивления газу на входе межступенчатого газоохладителя.
Сущность полезной модели состоит в том, что компрессор поршневой оппозитный двухрядный двухступенчатый без смазки цилиндров и сальников содержит силовой привод, цилиндро-поршневую группу первой ступени, цилиндро-поршневую группу второй ступени, межступенчатый и концевой газоохладители. При этом межступенчатый газоохладитель закреплен к цилиндрам первой и второй ступеней и расположен над ними. При этом:
- выход газа цилиндра первой ступени расположен под тупым углом ко входу газа и соединен с осевым входом газа межступенчатого газоохладителя изогнутым трубопроводом;
- концевой газоохладитель расположен сбоку межступенчатого газоохладителя со стороны силового привода и жестко закреплен на корпусе межступенчатого газоохладителя;
- между первым фонарем станины и цилиндром первой ступени установлен первый дистанционный фонарь, а между вторым фонарем станины и цилиндром второй ступени установлен второй дистанционный фонарь;
- уплотнения штоков и уплотняющие элементы поршней выполнены из самосмазывающихся материалов.
Концевой газоохладитель закреплен предпочтительно стальными скобами.
Вход газа цилиндра первой ступени преимущественно расположен в нижней части цилиндра. При этом ось входа газа цилиндра первой ступени не пересекает ось цилиндра.
Между полостями дистанционных фонарей и полостями фонарей станины предпочтительно установлены маслосъемные сальники, выполненные из самосмазывающегося материала.
Самосмазывающимся материалом желательно является композитный материал на основе фторопласта.
На штоках поршней предпочтительно установлены маслоотбойники.
В каждом дистанционном фонаре может быть размещена трубка отвода газовых утечек, вход которой соединен с уплотнением штока, а выход закреплен в газовом отверстии на боковой поверхности дистанционного фонаря.
На боковой поверхности каждого дистанционного фонаря может быть выполнено отверстие отвода масла.
Силовой привод преимущественно выполнен в виде электродвигателя, ротор которого насажен на коленчатый вал компрессора.
Компрессор преимущественно содержит систему охлаждения и систему смазки механизма движения.
Компрессор преимущественно содержит шкаф управления.
Краткое описание чертежей.
На фигуре 1 показана схема компрессора поршневого оппозитного двухрядного двухступенчатого без смазки цилиндров (вид спереди), на фиг.2 - схема компрессора (вид сбоку).
Осуществление полезной модели.
Компрессор поршневой оппозитный двухрядный двухступенчатый без смазки цилиндров и сальников (фиг.1) содержит силовой привод (1), базу, цилиндро-поршневую группу первой ступени, цилиндро-поршневую группу второй ступени, уплотнения штоков (16), маслосъемные сальники (20), всасывающие и нагнетательные клапаны, межступенчатый газоохладитель (21), концевой газоохладитель (24), систему охлаждения, систему смазки механизма движения и шкаф управления.
Силовой привод (1) предназначен для привода компрессора и выполнен в виде электродвигателя, ротор которого насажен на коленчатый вал компрессора.
База компрессора содержит станину (2), коленчатый вал (3), шатуны (4) и крейцкопфы (5). Станина (2) состоит из рамы с первым и вторым фонарями (6, 7), размещенными с двух боковых сторон рамы.
Цилиндро-поршневая группа первой ступени расположена в первом ряду и содержит цилиндр первой ступени (8), поршень первой ступени (9) и шток поршня первой ступени (10). Цилиндро-поршневая группа второй ступени расположена во втором ряду и содержит цилиндр второй ступени (11), поршень второй ступени (12) и шток поршня второй ступени (13).
Цилиндры первой и второй ступеней (8, 11) выполнены двойного действия. Каждый из цилиндров содержит вход и выход газа, полости всасывания и нагнетания, водяные полости, рабочие полости и окна для всасывающий и нагнетательных клапанов. Выход газа (15) цилиндра первой ступени (8) расположен под тупым углом ко входу газа (14) (фиг.2). В каждом цилиндре (8, 11) со стороны его посадочной поверхности установлено уплотнение штока (16). При этом на каждом штоке (10, 13) установлен маслоотбойник (17), выполненный в виде манжеты и предназначенный для сброса со штока масла, заносимого из станины (2).
Между первым фонарем (6) и цилиндром первой ступени (8) установлен первый дистанционный фонарь (18), а между вторым фонарем (7) и цилиндром второй ступени (11) установлен второй дистанционный фонарь (19). С целью задержания капель масла, заносимых из станины (2), между полостями дистанционных фонарей (18, 19) и полостями фонарей (6, 7) установлены маслосъемные сальники (20), предназначенные для задержания капель масла, заносимых из станины (2). Для предотвращения утечек газа в окружающую среду в каждом дистанционном фонаре (18, 19) размещена трубка (21), вход которой соединен с уплотнением штока (16), а выход закреплен в газовом отверстии на боковой поверхности дистанционного фонаря. Для отвода газовых утечек в уплотнении штока выполняют специальные отводы (не показано). Отвод может быть выполнен в виде камеры с каналами во фланце уплотнения штока (16). Таким образом первый и второй дистанционные фонари (16, 17) предназначены для:
- размещения внутри себя штоков (10, 13) с закрепленными на них маслоотбойниками (17), с целью задержания капель масла, заносимых из станины (2);
- предотвращения отвода утечек газа из уплотнений штоков (16) в окружающую среду;
- монтажа и обслуживания уплотнений штоков (16);
- обслуживания маслосъемных сальников (20);
Для обеспечения возможности эксплуатации компрессора без смазки цилиндров и сальников, уплотнения штоков (16), маслосъемные сальники (20) и уплотняющие элементы поршней выполнены из самосмазывающихся материалов.
Всасывающие клапаны (не показано) предназначены для того, чтобы пропускать газ в рабочие полости цилиндров первой и второй ступеней (8, 11) 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 (8, 11) в полости нагнетания и не пропускать его из полостей нагнетания в рабочие полости.
Межступенчатый газоохладитель (21) предназначен для охлаждения газа между первой и второй ступенями сжатия. Вход газа межступенчатого газоохладителя (21) выполнен осевым и соединен с выходом газа (15) цилиндра первой ступени (8) изогнутым трубопроводом (22). Выход газа межступенчатого газоохладителя (21) соединен со входом газа (23) цилиндра второй ступени (11).
Концевой газоохладитель (24) предназначен для охлаждения газа после второй ступени сжатия. Вход концевого газоохладителя (24) соединен с выходом газа (25) цилиндра второй ступени (11). Концевой газоохладитель (24) расположен сбоку межступенчатого газоохладителя (21) со стороны силового привода (1) и жестко закреплен на корпусе межступенчатого газоохладителя (21) стальными скобами (фиг.2).
Межступенчатый (21) и концевой (24) газоохладители предпочтительно выполнены кожухотрубчатыми. При этом трубное пространство газоохладителей предназначено для охлаждающей жидкости, а межтрубное для охлаждаемого сжатого газа.
Система охлаждения компрессора выполнена жидкостной, циркулирующей и предназначена для отвода выделяющейся при сжатии газа теплоты от цилиндров (8, 11), межступенчатого (21) и концевого (24) газоохладителей компрессора.
Система смазки механизма движения (не показано) предназначена для смазки трущихся поверхностей механизма движения, а именно коленчатого вала (3), шатунов (4) и крейцкопфов (5). Вышеупомянутая система смазки выполнена циркуляционной, от шестеренного насоса.
Шкаф управления (не показано) предназначен для управления работой компрессора.
Примеры конкретного выполнения.
3
2
2
Пример 1. С целью обеспечения производительности компрессора равной 9,65-12,35 м/мин и давления нагнетания равного 0,9 МПа (9 кгс/см), при его работе с начальным давлением равным 0,113 Мпа (1,15 кгс/см), основные размеры и параметры компрессора составляют следующие величины (табл.1)
Таблица 1
Основные параметры и характеристики компрессора
Наименование параметра
Значение
Ход поршня, мм
150
Диаметр цилиндра первой ступени (8), мм
370
Диаметр цилиндра второй ступени (11), мм
190
Потребляемая мощность на валу компрессора, кВт, не более
85
Частота вращения коленчатого вала (3), об/мин
600
Давление нагнетания первой ступени, МПа
0,2-0,25
Температура всасывания, °C
-25-35
Габариты компрессора, м: длина × ширина·× высота
3,5×1,5×2,2
Пример 2. На боковой поверхности каждого дистанционного фонаря (18, 19) выполнено отверстие отвода масла (не показано).
Пример 3. Самосмазывающимся материалом является композитный материал на основе фторопласта.
Реализация конструктивных элементов заявленной полезной модели не ограничивается приведенными выше примерами.
Описание работы.
Газ, преимущественно азот, поступает в цилиндр первой ступени (8) компрессора, где происходит его сжатие. С выхода газа (15) цилиндра первой ступени (8) сжатый газ по изогнутому трубопроводу (22) поступает на вход газа межступенчатого газоохладителя (21). С выхода газа межступенчатого газоохладителя (21) сжатый газ поступает в цилиндр второй ступени (11), где сжимается до конечного давления. Затем сжатый газ охлаждается в концевом газоохладителе (24) и поступает к потребителю. При этом сжатый газ получается повышенной чистоты - без содержания паров масла.
При работе компрессора маслоотбойник (17) сбрасывает со штока масло, заносимое из станины (2). При этом самосмазывающийся материал уплотнений штоков (16), маслосъемных сальников (20) и уплотняющих элементов поршней смазывает трущиеся поверхности, что обеспечивает возможность работы компрессора без подвода смазки.
Кроме того при работе компрессора присутствуют незначительные протечки сжимаемого газа через уплотнения штоков (16). Вышеупомянутые протечки незначительны, однако их попадание в окружающую среду недопустимо. Для предотвращения попадания сжимаемого азота в окружающую среду, утечки отводятся из уплотнений штоков (16) по трубкам (21), например, на вход компрессора.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что в заявляемом компрессоре поршневом оппозитном двухрядном двухступенчатом без смазки цилиндров и сальников заявляемый технический результат: «уменьшение габаритов и металлоемкости компрессора с одновременным обеспечением возможности выполнения компрессора без смазки цилиндров и сальников» достигается за счет того, что компрессор поршневой оппозитный двухрядный двухступенчатый без смазки цилиндров и сальников содержит силовой привод, цилиндро-поршневую группу первой ступени, цилиндро-поршневую группу второй ступени, межступенчатый и концевой газоохладители. При этом межступенчатый газоохладитель закреплен к цилиндрам первой и второй ступеней и расположен над ними. При этом:
- выход газа цилиндра первой ступени расположен под тупым углом ко входу газа и соединен с осевым входом газа межступенчатого газоохладителя изогнутым трубопроводом;
- концевой газоохладитель расположен сбоку межступенчатого газоохладителя со стороны силового привода и жестко закреплен на корпусе межступенчатого газоохладителя;
- между первым фонарем станины и цилиндром первой ступени установлен первый дистанционный фонарь, а между вторым фонарем станины и цилиндром второй ступени установлен второй дистанционный фонарь;
- уплотнения штоков и уплотняющие элементы поршней выполнены из самосмазывающихся материалов.
При монтаже компрессора, концевой газоохладитель (24) жестко закрепляют к корпусу межступенчатого газоохладителя (21) преимущественно стальными скобами. При этом закрепление концевого газоохладителя (24) осуществляют сбоку межступенчатого газоохладителя (21), со стороны силового привода (1). В отличие от прототипа [1] такое расположение концевого газоохладителя (24) заявленного компрессора уменьшает его габаритные размеры, так как нет необходимости увеличивать высоту надземной части фундамента под компрессор. Кроме того в отличие от прототипа [1] выход газа (15) цилиндра первой ступени (8) расположен под тупым углом ко входу газа (14) и соединен со входом газа межступенчатого газоохладителя (21) изогнутым трубопроводом (22). За счет этого время прохождения сжатого газа от выхода газа (15) цилиндра первой ступени (8) до входа газа межступенчатого газоохладителя (21) увеличивается. При этом снижаются скорость поступления газа в межступенчатый газоохладитель (21) и скорость прохождения газа внутри газоохладителя (21). Это улучшает охлаждение газа и позволяет уменьшить размеры межступенчатого газоохладителя (21). При этом наличие дистанционных фонарей (18, 19) и выполнение уплотнений штоков и уплотняющих элементов поршней из самосмазывающихся материалов позволяет выполнять компрессор без смазки цилиндров и сальников. Отсутствие системы смазки цилиндров и сальников также уменьшает габариты компрессора и позволяет использовать его в пищевой и фармацевтической промышленностях, так как в сжатом газе отсутствуют масляные включения.
Технический результат «снижение скорости прохождения сжатого газа в межступенчатом газоохладителе и снижение гидравлического сопротивления газу на входе межступенчатого газоохладителя» достигается за счет того, что компрессор поршневой оппозитный двухрядный двухступенчатый без смазки цилиндров и сальников содержит силовой привод, цилиндро-поршневую группу первой ступени, цилиндро-поршневую группу второй ступени, межступенчатый и концевой газоохладители. При этом межступенчатый газоохладитель закреплен к цилиндрам первой и второй ступеней и расположен над ними. При этом выход газа цилиндра первой ступени расположен под тупым углом ко входу газа и соединен с осевым входом газа межступенчатого газоохладителя изогнутым трубопроводом.
В отличие от прототипа [1] выполнение входа газа межступенчатого газоохладителя (21) осевым снижает гидравлическое сопротивление газу, так как газ не ударяется о внутренние стенки газоохладителя (21).
Промышленная применимость.
Автором полезной модели изготовлен опытный образец заявленного компрессора поршневого оппозитного двухрядного двухступенчатого без смазки цилиндров и сальников.
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. Б.С.Фотин, И.Б.Пирумов, И.К.Прилуцкий, П.И.Пластинин "Поршневые компрессоры", Издательство «Машиностроение», 1987 г.