ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР

Полезная модель относится к поршневым компрессорам с охлаждением, предназначенным для сжатия и перемещения газов.
Известен «Поршневой компрессор с водяным охлаждением» [патент №2429378, опубл. 26.06.2007]. Сущность изобретения заключается в том, что средства водяного охлаждения включают изначально имеющий двойные стенки корпус блока цилиндров, на торцевой стороне которого, обращенной к головке цилиндра, расположено несколько отверстий для охлаждения, через которые охлаждающая вода, проходящая через имеющие двойные стенки корпуса блока цилиндров, входит в контакт с головкой цилиндра.
Недостатками аналога является то, что в известном техническом решении охлаждение цилиндра обеспечивается рациональным расположением и простотой изготовления отверстий для прохождения охлаждающей жидкости, однако остается не решенным вопрос по уменьшению термического сопротивления стенки цилиндра для обеспечения интенсивного теплоотвода от сжимаемого газа.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является «Поршневой компрессор с автономным жидкостным охлаждением» [RU №2578748, опубл. 27.03.2016г.], в котором нижняя часть жидкостной рубашки охлаждения соединена с источником охлаждающей жидкости, а верхняя часть рубашки охлаждения соединена каналом с полостью нагнетания, источник охлаждающей жидкости может быть выполнен в виде дополнительной кольцевой рубашки, которая подсоединена к низу рубашки охлаждения каналом (или каналами) как сообщающийся герметичный сосуд и имеет на своей поверхности ребра охлаждения, в рубашке охлаждения с небольшим радиальным зазором относительно наружного и внутреннего ее диаметра может быть установлен поплавок, имеющий форму плоского кольца, нижняя часть жидкостной рубашки охлаждения может быть соединена с кольцевой рубашкой с помощью, по меньшей мере, двух каналов, в каждом из которых установлено, по крайней мере, по одной втулке в виде усеченного конуса, причем в одном канале втулка установлена вершиной в сторону рубашки охлаждения, а в другом - вершиной в сторону источника жидкости, канал, соединяющий полость нагнетания с верхней частью рубашки, может иметь вход со стороны этой полости, расположенный непосредственно над нагнетательным клапаном, в виде усеченного конуса, с большим основанием, направленным в сторону этого клапана, источник охлаждающей жидкости может быть выполнен в виде емкости, частично заполненной жидкостью, которая через обратный клапан и теплообменник соединена с буферной полостью, которая через обратный клапан соединена с верхней частью рубашки охлаждения, и при этом полость нагнетания соединена с верхней частью рубашки охлаждения через упомянутые буферную полость и обратный клапан.
Недостатками прототипа является невозможность обеспечения достаточной интенсификации теплоотвода от сжимаемого газа за счет толщины стенки цилиндра, определяемой величиной давления в рабочей камере.
Задачей изобретения является повышение КПД компрессора за счет более эффективного охлаждения газа в рабочем объеме компрессора, что ведет к увеличению теплоотвода.
Данный технический результат достигается тем, что предложен поршневой компрессор, в корпусе которого расположены цилиндр, с размещенным в нем поршнем с механизмом привода с образованием рабочего объема, полость всасывания, соединенная с рабочим объемом через всасывающий клапан, полость нагнетания, соединенная с рабочим объемом через нагнетательный клапан, жидкостная рубашка охлаждения, расположенная вокруг рабочего объема, размещенная и соединенная с источником охлаждающей жидкости, согласно заявляемому техническому решению, поршень с механизмом привода расположен герметично по отношению к цилиндру с возможностью перемещения относительно цилиндра, в жидкостной рубашке охлаждения герметично относительно цилиндра и корпуса компрессора установлен «кольцевой» поршень, соединенный с механизмом движения, со стороны рабочей камеры на поршне с приводом и в «кольцевом» поршне, со стороны жидкостной рубашки охлаждения, на одном уровне с их поверхностями в пазах зафиксированы датчики перемещения, расположенные в контакте между собой для передачи сигнала друг другу в случае не равномерного движения поршней друг относительно друга и предназначенные для передачи сигнала на блок управления, который предназначен для выравнивания поршня с приводом и «кольцевого поршня» и обеспечения синхронного перемещения их по корпусу компрессора. Для подвода и отвода жидкости в жидкостную рубашку охлаждения  и из нее предназначены подводящий и отводящий патрубки. Для контроля давления и передачи сигнала о давлении на блок управления в жидкостной рубашке охлаждения и рабочем объеме предусмотрены датчики давления.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 представлена схема компрессора с водяным охлаждением;
на фиг. 2 представлена схема сил действующих на стенку цилиндра.
Поршневой компрессор, в корпусе 1 которого расположен цилиндр 2, с размещенным в нем поршнем 3 с механизмом привода 4, полость всасывания 5, соединенная с рабочим объемом 6 через всасывающий клапан 7, полость нагнетания 8, соединенная с рабочим объемом 6 через нагнетательный клапан 9, вокруг рабочего объема 6 размещена рубашка охлаждения 10. Поршень 3 с механизмом привода 4 установлен герметично в цилиндр 2, с возможностью перемещения относительно цилиндра 2, в рубашке охлаждения 10 установлен герметично относительно корпуса 1 и цилиндра 2 «кольцевой» поршень 11, соединенный с механизмом движения 12. В поршне 3 с приводом 4 со стороны рабочего объема 6 и в «кольцевом» поршне 11 со стороны жидкостной рубашки охлаждения 10 в пазах на одном уровне с их поверхностями зафиксированы датчики перемещения 13 и 14, расположенные в контакте между собой для передачи сигнала друг другу в случае не равномерного их движения друг относительно друга. Датчики перемещения 13 и 14 предназначены для передачи сигнала на блок управления 15, который предназначен для выравнивания поршня 3 и «кольцевого» поршня 11 и для их синхронного перемещения в корпусе компрессора 1. Для подачи жидкости в жидкостную рубашку охлаждения 10 в ней предусмотрен подводящий патрубок 16, а для отвода охлаждающей жидкости из жидкостной рубашки охлаждения 10 в «кольцевом» поршень 11 предусмотрен отводящий патрубок 17. Для контроля давления и передачи сигнала о давлении на блок управления 15 в жидкостной рубашке охлаждения 10 и в рабочем объеме 6 цилиндра 2 предусмотрены датчики давления 18 и 19.
Компрессор работает следующим образом.
В цилиндре 2 поршневого компрессора перемещается поршень 32, приводимый в движение механизмом привода 4. Поступающий газ из полости всасывания 5 через всасывающий клапан 7 в рабочий объем 6 имеет давление близкое к атмосферному, что фиксируется датчиком давления 18. Информация с датчика давления 18 передается на блок управления 15 и сравнивается с давлением в рубашке охлаждения 10, давление в которой измеряет датчик давления 19. На блок управления 15 поступают также данные о положении поршня 3 с помощью датчика положения 14, установленного на поршне 3 и положении «кольцевого» поршня 11 с помощью датчика положения 13, установленного на «кольцевом» поршне 11. Выдаваемые управляющие сигналы с блока управления 15 на механизм привода 4 и механизма движения 12 обеспечивают синхронное движение поршня 3 и кольцевого поршня 11, а также равенство давлений в рабочем объеме 6 и жидкостной рубашке охлаждения 10. При движении поршня 3 от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке давление газа в рабочем объеме 6 повышается и соответственно повышается температура газа. Жидкость охлаждает цилиндр 2 поршневого компрессора и через него охлаждает сжимаемый газ в рабочем объеме 6. Направление движение жидкости  от подводящего патрубка 16 к отводящему патрубку 17 обусловлена тем, что температура сжатого газа достигает максимального значения в рабочем объеме 6 в процессе нагнетания, когда сжатый газ поступает к потребителю через нагнетательный клапан 9 и полость нагнетания 8. Датчики положения 13,14, а также датчики давления 19 в рубашке охлаждения 10 и датчик давления 18 в рабочем объеме 6 выдают сигналы на блок управления 15, управляющий работой механизма привода 4 и механизмом движения 12. Блок управления 15 контролирует и выравнивает давление газа Рг в рабочем объеме 6 и давление жидкости Рж в жидкостной рубашке охлаждения 10 Рг=Рж, благодаря чему поршень 3 и кольцевой подвижный поршень 11 двигаются синхронно друг относительно друга (см. фиг.2), тем самым обеспечивая равенство усилий на стенку цилиндра 2 со стороны жидкости в рубашке охлаждения 10 и газа в рабочем объеме 6, в этом случае результирующее усилие суммы двух сил на стенку цилиндра равно 0, что позволяет выполнить цилиндр минимальной (технологически возможной) толщины - 0,5…1,5 мм, что сокращает термическое сопротивление теплопередачи согласно формулы (1) и позволяет более интенсивно охлаждать сжимаемый газ и повысить производительность компрессора [Исаченко, В.П. Теплопередача: учеб. для вузов. / В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоиздат, 1981. - 416 с. - стр.28]:
(1)
где δ - толщина стенки, м;
2
R - термическое сопротивление теплопередачи, м⋅К/Вт;
λ - коэффициент теплопроводности материала.
При движении поршня 3 от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке давление жидкости в жидкостной рубашке охлаждения 10 близко к атмосферному давлению всасываемого газа.
Таким образом, предложена конструкция поршневого компрессора, позволяющая повысить КПД компрессора за счет более эффективного охлаждения газа в рабочем объеме компрессора, а также уменьшить металлоемкость межступенчатых и концевых охладителей газа за счет уменьшения толщины стенки цилиндра.