Телескопический длинноходовой линейный компрессор

Полезная модель относится к области машин объёмного действия и может быть использована при создании линейных поршневых компрессоров работающих без смазки рабочей камеры.
Технической задачей полезной модели является - создать компактный линейный компрессорный агрегат с возможностью осуществления многоступенчатого сжатия в бессмазочной среде, а также плавного регулирования производительности, используя один привод линейного движения.
Известен «Поршневой компрессор высокого давления» [RU 191806, опубл. 22.08.2019 г.], который содержит поршень-шток, который движется внутри цилиндра, рубашка охлаждения и цилиндр образуют пространство для прохождения охлаждающей жидкости, с торца цилиндра со стороны поршня-штока установлена головка цилиндра, в которой расположены клапан впуска и выпуска рабочего газа, с другого торца цилиндр закрыт торцевой крышкой, для обеспечения герметичности рабочей камеры, на поршне-штоке расположены уплотнения компрессионные, головка цилиндра держится крышкой фланцевой, поршень-шток герметизируется торцевым уплотнением. Ввиду длины конструкции ее жесткость обеспечивают шпильки. Поршень-шток приводится в движение линейным приводом (например, гидравлическим).
Данное техническое решение имеет следующий недостаток. Для реализации схемы многоступенчатого сжатия, необходимо устанавливать n-ое количество ступеней, работающих параллельно, и снабжать их дополнительными линейными приводами, блоками управления, коммуникациями; монтировать дополнительные рамы, опоры и т.д., что в значительной степени повысит массогабаритные характеристики всего компрессорного агрегата.
Наиболее близким техническим устройством того же назначения является «Линейный компрессорный двигатель» [WO 9801674 A1, опубл. 15.01.1998 г.], в котором линейный компрессор содержит связанные с приводом две ступени сжатия, первая из которых включает первый цилиндр с установленным в нем с возможностью осевого перемещения первым поршнем на штоке, вторую ступень сжатия, включающую второй цилиндр, в котором с возможностью осевого перемещения установлен второй поршень, и всасывающие, и нагнетательные клапаны.
Недостатком данного линейного компрессора является большая номенклатура основных и вспомогательных изделий, что усложняет процесс изготовления, сборки/демонтажа и увеличивает стоимость всего агрегата.
Задачей полезной модели является - создать компактный линейный компрессорный агрегат с возможностью осуществления многоступенчатого сжатия в бессмазочной среде, а также плавного регулирования производительности, используя один привод линейного движения.
Поставленная задача решена за счет того, что предложен телескопический длинноходный линейный компрессор, состоящий из цилиндра первой ступени сжатия, который сопряжен с цилиндром второй ступени сжатия и служит своеобразным поршнем. В верхней части цилиндров размещены всасывающие (два) и нагнетательные клапана (два), а в нижней части выполнены бурты со стопорными кольцами. Под уплотнительными элементами стопорных колец закреплены демпферы в виде кольцевых элементов с выступами, выполненные в виде коронообразного кольцевого элемента. В цилиндре находится поршень с зафиксированным демпфирующим элементом. Поршень закреплен на штоке с возможностью совершения возвратно-поступательного движения. Шток соединен с элементом линейного привода. Линейный привод соединен с блоком управления, к которому подсоединены герконы «конечных положений» подвижного поршня, один из которых - «неподвижный» зафиксирован в непосредственной близости к блоку управления и предназначен для определения нижней мертвой точки (НМТ), а другой фиксирует положение подвижного поршня в верхней мёртвой точке (ВМТ) и выполнен с возможностью перемещения по направляющей, для изменения хода подвижного поршня. На элементе линейного привода закреплен магнит, предназначенный для создания магнитного поля, воздействующего на герконы. Герконы предназначены для передачи управляющего сигнала на блок управления. Магнит подбирают экспериментально, таким образом, чтобы магнитный поток создаваемый магнитом был больше соответствующего параметра срабатывания геркона. В нижней части цилиндра первой ступени сжатия и второй ступени сжатия выполнены технологические проточки для соединения с внешней средой.
Предложенная конструкция поясняется чертежами, где на:
фиг. 1 - показан телескопический длинноходовой линейный компрессор с поршнем в нижней мертвой точке (НМТ);
фиг. 2 - показан телескопический длинноходовой линейный компрессор с поршнем в верхней мертвой точке (ВМТ);
фиг. 3 - показан телескопический длинноходовой линейный компрессор с поршнем в промежуточном положении, при необходимости регулирования производительности.
Предложен телескопический длинноходный линейный компрессор, состоящий из цилиндра первой ступени сжатия 1, который сопряжен с цилиндром второй ступени сжатия 2 и служит своеобразным поршнем. В верхней части цилиндров 1 и 2 размещены всасывающие (два) и нагнетательные клапана (два) 3, 3’ и 4, 4’ соответственно, а в нижней части выполнены бурты со стопорными кольцами 5 и 5’. Под уплотнительными элементами стопорных колец закреплены демпферы в виде кольцевых элементов с выступами 6, выполненные в виде коронообразного кольцевого элемента. В цилиндре 1 находится поршень 7 с зафиксированным демпфирующим элементом 8. Поршень 7 закреплен на штоке 9 с возможностью совершения возвратно-поступательного движения. Шток 9 соединен с элементом линейного привода 10. Линейный привод 10 соединен с блоком управления 11, к которому подсоединены герконы 12 и 13 «конечных положений» подвижного поршня 7, один из которых 12 - «неподвижный» зафиксирован в непосредственной близости к блоку управления 11 и предназначен для определения нижней мертвой точки (НМТ), а другой 13 фиксирует положение подвижного поршня 7 в верхней мёртвой точке (ВМТ) и выполнен с возможностью перемещения по направляющей 15, для изменения хода подвижного поршня 7. На элементе линейного привода 10 закреплен магнит 14, предназначенный для создания магнитного поля, воздействующего на герконы 12 и 13. Герконы 12 и 13 предназначены для передачи управляющего сигнала на блок управления 11. Магнит 14 подбирают экспериментально, таким образом, чтобы магнитный поток, создаваемый магнитом 14, был больше соответствующего параметра срабатывания геркона. В нижней части цилиндра первой ступени сжатия 1 и второй ступени сжатия 2 выполнены технологические проточки 16 для соединения с внешней средой.
1
2
1
2
max
Телескопический длинноходовой линейный компрессор работает следующим образом: усилие, создаваемое в линейном приводе 10, передается на шток 9, закрепленный поршень 7 с демпфирующим элементом 8, начинает совершать поступательное движение в цилиндре первой ступени сжатия 1, постепенно сжимая рабочую среду. Ход подвижного поршня 7 ограничен герконами 12 и 13. На элементе линейного привода 10, закреплен магнит 14. Сжатый газ через открытый нагнетательный клапан 4 первой ступени сжатия 1 поступает во вторую ступень сжатия 2. После прохождения пути "S" поршень 7 упрется в верхнюю крышку цилиндра 1 демпфирующим элементом 8 для исключения жёсткого удара. Поршень 7 совместно с первой ступенью сжатия 1, продолжает совершать поступательное движение, сжимая рабочую среду, сжатая среда до конечного давления поступает через нагнетательный клапан 4' второй ступени сжатия к потребителю. После прохождения пути "S" поршень 7 совместно с цилиндром первой ступени сжатия 1, упрутся в верхнюю крышку цилиндра второй ступени сжатия 2 (ВМТ), магнитное поле, создаваемое магнитом 14, воздействует на геркон 13, который выдает сигнал на блок управления 11 и поступательное движение заканчивается. Поршень 7 начинает совершать возвратное движение к геркону 12 в корпусе цилиндра первой ступени сжатия 1, создавая разряжение. Посредствам созданного разряжения в первой ступени сжатия 1 поршнем 7, откроется всасывающий клапан 3 первой ступени сжатия 1. Через открытый всасывающий клапан 3 и возвратное движение поршня 7, будет создаваться разряжение во второй ступени сжатия 2 и произойдет открытие всасывающего клапана 3' второй ступени сжатия 2. Через открытые всасывающие клапана 3' и 3, происходит всасывание рабочей среды в первую ступень сжатия 1. После полного прохождения пути "S" в обратном направлении, поршень 7 упрется в стопорное кольцо 5 первой ступени сжатия 1. Поршень 7 совместно с первой ступенью сжатия 1 продолжает совершать возвратное движение, постепенно всасывая рабочую среду во вторую ступень сжатия 2. После полного прохождения пути "S" в обратном направлении, верхняя часть цилиндра первой ступени сжатия 1 упрется в стопорное кольцо 5' (НМТ), магнитное поле, создаваемое магнитом 14, воздействует на геркон 12, который выдает сигнал на блок управления 11 и возвратное движение заканчивается. После этого поступательный цикл (цикл сжатия) повторяется снова. Ход подвижного поршня 7 S равен расстоянию между герконами 12 и 13 (см фиг. 1).
max
Когда герконы 12 и 13 находятся на максимальном друг от друга расстоянии, ход поршня при этом - S, теоретическая производительность агрегата определяется по формуле:
,
где ,  - диаметр цилиндра первой и второй ступени, соответственно, м;
- максимальный ход поршня, когда герконы 12 и 13 находятся на расстоянии, соответствующее расстоянию ;
- количество рабочих циклов в секунду.
При необходимости уменьшения производительности геркон 13 перемещается по направляющей 15 к геркону 12 расстояние между герконами 12 и 13 становится Sп(см. фиг.3), тогда теоретическая производительность компрессора в данном промежуточном положении может быть представлена формулой:
,
где  - промежуточный ход поршня, когда герконы 12 и 13 находятся на расстоянии, соответствующее расстоянию .
Предложенный компактный телескопический длинноходовой линейный компрессор позволяет осуществлять многоступенчатое сжатие в бессмазочной среде, используя один привод линейного движения, с возможностью регулирования производительности.