ГАЗОВЫЙ КОМПРЕССОР
GAS COMPRESSOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к поршневому компрессору для сжатия газа.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Сжатый газ используется в качестве среды в многообразии технических областей, где примерами устройств, процессов и операций, в которых используется сжатый газ, могут быть холодильники, уплотнение порошковых или литых материалов в прессах высокого давления и смазочно-заправочные операции. Из числа различных известных способов сжатия газа поршневые компрессоры представляют собой конкретный пример устройств, используемых для сжатия. Поршневые компрессоры для малого и среднего давления обычно встречаются в автомобильных применениях, тогда как крупные поршневые компрессоры можно обычно найти в крупных промышленных и нефтяных применениях. Поршневые компрессоры с гидравлическим приводом часто устроены таким образом, что центральный поршень обеспечен в гидравлическом цилиндре. Поршень делит цилиндр на два подпространства цилиндра, в которые периодически нагнетается масло таким образом, что масло вынуждает центральный поршень двигаться в цилиндре взад и вперед. Центральный поршень соединен со штоком, который проходит в осевом направлении цилиндра и проходит в цилиндр для сжатия газа первой и второй ступени, при этом между этими цилиндрами обеспечен гидравлический цилиндр.
В цилиндре для сжатия газа первой ступени шток, проходящий из гидравлического цилиндра, снабжен поршнем, выполненным с возможностью сжимания газа, поступающего в цилиндр для сжатия. Затем сжатый газ может направляться из первой ступени в цилиндр для сжатия второй ступени, в котором поршень, соединенный со штоком, может дальше сжимать газ по существу аналогичным образом, как и в первой ступени. Цилиндр для сжатия газа второй ступени, а также аналогично его поршень, имеют меньший диаметр, чем первые цилиндр для сжатия и поршень, так что давление дополнительно усиливается.
Благодаря размещению совершающих возвратно-поступательное движение штока и поршней в поршневом компрессоре с гидравлическим приводом сжатие газа в цилиндре для сжатия газа первой ступени выполняется одновременно с притоком газа в цилиндр для сжатия газа второй ступени, когда поршни двигаются в одном направлении. Когда поршни двигаются в противоположном направлении, происходит обратное. Таким образом, газ может изначально поступать во впуск цилиндра для сжатия газа первой ступени поршневых компрессов с гидравлическим приводом, чтобы, в конце концов, выходить из выпуска цилиндра для сжатия газа второй ступени. Компрессоры этого типа используются для увеличения давления газа с данного первоначального давления до давления 100 МПа или более.
Впуск и выпуск цилиндра для сжатия газа первой и второй ступени управляются при помощи клапанов. При притоке газа в цилиндр, т.е. в точке изменения направления движения поршня в цилиндре, впускной клапан открыт, а выпускной клапан закрыт. В другой точке изменения направления движения поршня, когда цилиндр заполнен газом, впуск закрыт, и выпуск остается закрытым. Затем газ сжимается поршнем, и в точке изменения направления движения поршня выпускной клапан, через который выводится сжатый газ, открывается, и цикл после этого повторяется. Поскольку давление газа в поршневом компрессоре с гидравлическим приводом сильно увеличивается, к различным деталям и компонентам компрессора предъявляются высокие требования касательно износа и усталости. Клапаны должны быть герметичны даже при очень высоких давлениях. Кроме этого, у впусков в цилиндр для сжатия и выпусков из цилиндра для сжатия материал поршневого компрессора особенно подвержен влиянию давления от газа.
В некоторых поршневых компрессорах с гидравлическим приводом, известных в данной области техники, клапаны обеспечены на концах цилиндров для сжатия первой и второй ступени, перпендикулярно оси штока, так что впуск и выпуски между клапанами и пространством цилиндра обеспечены перпендикулярно оси штока. Однако с этими поршневыми компрессорами есть проблемы. Поскольку газ оказывает на материал цилиндра очень высокое давление, особенно в цилиндре для сжатия второй ступени, то перпендикулярный изгиб газа на впуске и выпусках приводит к негативному воздействию на материал цилиндра. Впуск и выпуск являются критическими точками и могут в результате этой установки отвечать за повреждение материала, как например трещины или разломы в поршневом компрессоре.
В публикации заявки EP 0064481 описывается возвратно-поступательный объемный компрессор с гидравлическим приводом. Вместо обеспечения клапанов вдоль оси, перпендикулярной оси штока компрессора, клапаны обеспечены вдоль оси штока компрессора. Однако описанная установка впуска и выпуска может приводить к ухудшению производительности компрессора.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы смягчить по меньшей мере некоторые из вышеупомянутых проблем и создать улучшенный поршневой компрессор. Другая задача настоящего изобретения заключается в обеспечении улучшенной установки клапанов компрессора.
Эта и другие задачи решаются путем создания поршневого компрессора, обладающего признаками, определенными в независимом пункте формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения обеспечен поршневой компрессор высокого давления для сжатия газа, содержащий резервуар с камерой резервуара, в которой во время работы поршневого компрессора возвратно-поступательно направляется поршень для сжатия газа в камере резервуара. Поршневой компрессор высокого давления дополнительно содержит коробку впускного клапана, содержащую впускной клапан для управления подачей газа в камеру резервуара, и коробку выпускного клапана, содержащую выпускной клапан для управления отводом газа из камеры резервуара. Коробка впускного клапана и коробка выпускного клапана установлены в части стенки камеры резервуара, и часть стенки камеры резервуара окружает коробку впускного клапана и коробку выпускного клапана так, что часть стенки камеры резервуара производит на коробку впускного клапана и коробку выпускного клапана в ответ на давление на коробку впускного клапана и коробку выпускного клапана со стороны газа в камере резервуара во время работы поршневого компрессора изостатическое противодавление.
Таким образом, поршневой компрессор по настоящему изобретению основан на идее обеспечения улучшенной установки коробок впускного и выпускного клапанов поршневого компрессора. Это реализовано путем обеспечения части стенки камеры резервуара, которая окружает коробку впускного клапана и коробку выпускного клапана. В результате этого давлению на коробку впускного клапана и коробку выпускного клапана от газа в камере резервуара противодействует часть стенки камеры резервуара, которая производит на коробку впускного клапана и коробку выпускного клапана изостатическое противодавление.
Изостатическое противодавление обеспечивает среди прочего преимущество в том, что срок службы клапанов может быть увеличен. Это обусловлено тем, что анизостатическое давление, оказываемое на коробки клапанов, может приводить к вредным напряжениям на клапанах, что исключается в настоящем изобретении. Таким образом, в настоящем изобретении описывается улучшение поршневого компрессора по сравнению с другими поршневыми компрессорами, известными в данной области техники. Следовательно, можно обойти некоторые препятствия, как например сбойная работа клапанов вследствие износа и/или сокращенный срок службы клапанов.
Поршневым компрессором высокого давления для сжатия газа может быть одноступенчатый поршневой компрессор, в камере резервуара которого газ сжимается во время работы. Как вариант, упомянутым поршневым компрессором может быть двухступенчатый поршневой компрессор, содержащий камеру первого и второго резервуаров. Во время работы в двухступенчатом поршневом компрессоре газ в камере первого резервуара сжимается до первого давления, а затем направляется из камеры первого резервуара в камеру второго резервуара, где газ сжимается дальше до второго давления, более высокого, чем первое давление. Поскольку и одно- и двухступенчатые поршневые компрессоры известны специалисту в данной области техники, дополнительные подробности, относящиеся к их соответствующим функциям, опущены.
В контексте настоящего изобретения термин «коробка клапана» относится к коробке, крышке или кожуху клапана, т.е. защите клапана и его функционирования.
Подача газа в камеру резервуара поршневого компрессора управляется при помощи впускного клапана. Другими словами, клапан может быть открыт, чтобы газ подавался в камеру резервуара, или, аналогично, он может быть закрыт, чтобы в камеру резервуара газ не подавался. Кроме этого, отвод газа из камеры резервуара поршневого компрессора управляется при помощи выпускного клапана. Другими словами, клапан может быть открыт, чтобы газ отводился из камеры резервуара, или, аналогично, он может быть закрыт, чтобы газ из камеры резервуара не отводился. Впускными и выпускными клапанами могут быть клапаны любого типа, обеспечиваемые в устройствах для сжатия газа, или подобное, так чтобы впускные и выпускные клапаны были непроницаемы для текучей среды, когда клапаны закрыты. К примеру, впускными и выпускными клапанами могут быть подпружиненные обратные клапаны, в которых давление газа обеспечивает открытие или закрытие клапанов. Как вариант, электронное управление впускными и выпускными клапанами является дополнительным возможным вариантом осуществления, где клапаны могут открываться или закрываться при помощи электронных средств. Функционирование впускных и выпускных клапанов, рассмотренное выше, известно специалистам в данной области техники, и поэтому дальнейшие подробности, относящиеся к их соответствующим функциям и/или управлению, опущены.
Кроме этого коробка впускного клапана и коробка выпускного клапана поршневого компрессора установлены в части стенки камеры резервуара. Стенка камеры резервуара определяет камеру резервуара, а, следовательно, коробки впускного и выпускного клапанов установлены в части стенки камеры резервуара, по меньшей мере частично определяющей камеру резервуара. В контексте настоящего изобретения под термином «установлены» подразумевается, что коробки впускного и выпускного клапанов, например, обеспечены, размещены или выполнены в части камеры резервуара.
Помимо этого часть стенки камеры резервуара окружает коробку впускного клапана и коробку выпускного клапана. В контексте настоящего изобретения это означает, что часть стенки камеры резервуара герметично окружает коробки впускного и выпускного клапанов, так что между частью стенки камеры резервуара и коробками впускного и выпускного клапанов существует тугая и герметичная посадка. Кроме этого, в контексте настоящего изобретения под термином «окружает» подразумевается, что коробки впускного и выпускного клапанов окружены, тогда как впускной и выпускной клапаны, поскольку заключены в коробки впускного и выпускного клапанов, соответственно, не окружены частью стенки камеры резервуара. К примеру, материал части стенки камеры резервуара может охватывать коробки впускного и выпускного клапанов, не окружая, тем не менее, впускного и выпускного клапанов, так что при помощи клапанов можно управлять подачей и отводом газа в и из камеры резервуара соответственно.
Коробка впускного клапана и коробка выпускного клапана установлены в части стенки камеры резервуара, и часть стенки камеры резервуара герметично окружает коробку впускного клапана и коробку выпускного клапана, так что часть стенки камеры резервуара производит на коробку впускного клапана и коробку выпускного клапана в ответ на давление на коробку впускного клапана и коробку выпускного клапана от газа в камере резервуара во время работы поршневого компрессора изостатическое противодавление. Поэтому, когда во время работы газ в камере резервуара оказывает давление на коробки впускного и выпускного клапанов, со стороны части стенки камеры резервуара на коробки впускного и выпускного клапанов производится изостатическое противодавление. Здесь коробки впускного клапана и выпускного клапана подвергаются во время работы поршневого компрессора воздействию изостатического давления, т.е. давление от части стенки камеры резервуара на коробки впускного и выпускного клапанов распределено на коробки впускного и выпускного клапанов равномерно.
Преимущество изостатического противодавления, производимого частью стенки камеры резервуара, состоит в том что, она смягчает напряжения на коробках впускного и выпускного клапанов, которое иначе могло возникать при анизостатическом давлении. Анизостатическое давление может деформировать и/или повреждать коробки клапанов, так что функционирование клапанов становится затрудненным, ухудшенным, или анизостатическое давление может приводить к поломке клапанов. Например, если в давлении, оказываемом на коробки впускного и выпускного клапанов во время работы поршневого компрессора, возникают перепады давления, клапаны могут испытывать ухудшение функциональности или, возможно, поломку, вследствие получающегося в результате напряжения, разрывающего клапаны. Часть стенки камеры резервуара уменьшает частоту появления поврежденных клапанов и/или ухудшения функциональности клапанов и обеспечивает тем самым улучшенную работу клапанов в поршневом компрессоре. Другие словами, изостатическое противодавление от части стенки камеры резервуара на коробки впускного и выпускного клапанов повышает срок службы клапанов, поскольку коробки клапанов, подвергаемые воздействию изостатического давления, менее уязвимы к выходу из строя по сравнению с коробками клапанов, подвергаемых анизостатическому давлению. Как следствие, настоящим изобретением обеспечивается поршневой компрессор, который более надежен в работе и тем самым более экономически выгоден по сравнению с другими установками известного уровня техники.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения поршневой компрессор может дополнительно содержать впускной патрубок, установленный по меньшей мере частично в части стенки камеры резервуара для обеспечения подачи газа в камеру резервуара, где впускной клапан размещен во впускном патрубке и размещен непосредственно рядом с камерой резервуара. Как вариант, вместо впускного патрубка для обеспечения подачи газа в камеру резервуара может быть труба, канал, трубопровод или подобное.
Под термином «непосредственно рядом с» в этом контексте понимают, что коробка впускного клапана, размещенная во впускном патрубке, размещена в непосредственной близости от камеры резервуара. Иначе говоря, в одном примере коробка впускного клапана размещена у устья впускного патрубка в камеру резервуара, т.е. коробка впускного клапана обеспечена у конца впускного патрубка, так что поток газа из впускного патрубка до подачи в камеру резервуара проходит через впускной клапан. Например, пространство между впускным клапаном и камерой резервуара может быть 10-15 мм. В другом примере, пространство между выпускным клапаном и камерой резервуара также может быть 10-15 мм.
Преимущество коробки впускного клапана, размещенной непосредственно рядом с камерой резервуара, состоит в том, что при последующем сжатии газа, когда впускной клапан закрыт, мертвое пространство поршневого компрессора уменьшается. Другими словами, когда при сжатии газа в камере резервуара впускной клапан закрыт, газ в камере резервуара отделен от впускного патрубка. Поэтому, когда впускной клапан закрыт, впускной патрубок изолируется впускным клапаном от камеры резервуара. Размещение коробки впускного клапана непосредственно рядом с камерой резервуара в поршневом компрессоре преимущественно для производительности компрессора.
Во время работы поршневого компрессора поршень совершает возвратно-поступательное движение в камере резервуара так, что, когда поршень расширяет пространство цилиндра, газ, который надо сжимать, подается в камеру резервуара, а, когда поршень движется в противоположном направлении, газ сжимается. При сжатии газа впускной клапан закрыт, так что газ, который должен быть сжат, содержится в камере резервуара. Поскольку установка впускного клапана сводит к минимуму мертвое пространство камеры резервуара, в частности впускного патрубка, в которое мог бы утекать газ, который должен быть сжат, то производительность поршневого компрессора возрастает. Иными словами, размещение впускного клапана обеспечивает увеличенную порцию сжатого газа во время работы поршневого компрессора по сравнению с другими поршневыми компрессорами, известными в данной области техники, где мертвые пространства, как например впускные патрубки или подобное, могут приводить к ухудшению производительности поршневых компрессоров.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения впускной патрубок может проходить к камере резервуара по существу параллельно оси резервуара. Это выгодно для снижения износа поршневого компрессора. Поскольку во время работы газ в поршневом компрессоре сильно сжимается, то поток газа из впускного патрубка в камеру резервуара может отрицательно сказываться на деталях поршневого компрессора, подвергаемых воздействию сильно сжатого газа. Это можно в частности понять, когда поток газа изгибается, т.е. направление потока у впускного патрубка меняется. К примеру, в известном уровне техники описываются установки, в которых впуски и/или выпуски обеспечены перпендикулярно оси камеры резервуара. В таких установках поток газа в и/или из камеры резервуара может быть по существу вертикальным, тогда как поток в камере резервуара может быть по существу горизонтальным. Например, направление потока газа из впуска в камеру резервуара в известном уровне техники может быть равно по существу 90°. Таким образом, конструкция поршневого компрессора рядом с этими «изгибами» потока может подвергаться влиянию высокого напряжения. Это, в свою очередь, может приводить к повреждениям, например разломам и/или трещинам, поршневого компрессора, влекущим снижение производительности, дисфункции или даже выходу из строя поршневого компрессора.
Установка впускного патрубка по настоящему изобретению уменьшает износ частей поршневого компрессора, подвергаемых воздействию сжатого газа. Прохождение впускного патрубка к камере резервуара по существу параллельно оси резервуара устраняет любые резкие изгибы потока сжатого газа. Это уменьшает потенциально возможное негативное влияние сжатого газа на части поршневого компрессора, подвергаемые воздействию сжатого газа, что в свою очередь продлевает срок службы поршневого компрессора.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения поршневой компрессор может дополнительно содержать выпускной патрубок, установленный по меньшей мере частично в части стенки камеры резервуара для обеспечения отвода газа из камеры резервуара, при этом коробка выпускного клапана размещена в выпускном патрубке и размещена непосредственно рядом с камерой резервуара. Как вариант, вместо выпускного патрубка для обеспечения отвода газа из камеры резервуара может быть труба, канал, трубопровод или подобное.
Аналогично преимуществу размещения коробки впускного клапана, преимущество коробки выпускного клапана, размещенной непосредственно рядом с камерой резервуара, состоит в том, что при последующем сжатии газа, когда выпускной клапан закрыт, мертвое пространство поршневого компрессора уменьшается. Другими словами, когда при сжатии газа в камере резервуара выпускной клапан закрыт, газ в камере резервуара отделен от выпускного патрубка. Поэтому, когда выпускной клапан закрыт, выпускной патрубок изолируется выпускным клапаном от камеры резервуара. Аналогично размещению коробки впускного клапана, размещение коробки выпускного клапана непосредственно рядом с камерой резервуара в поршневом компрессоре преимущественно для производительности компрессора. При сжатии газа выпускной клапан закрыт, так что газ, который должен быть сжат, содержится в камере резервуара. Поскольку установка выпускного клапана сводит к минимуму мертвое пространство камеры резервуара, в частности выпускного патрубка, в которое мог бы утекать газ, который должен быть сжат, то производительность поршневого компрессора возрастает. Иными словами, размещение выпускного клапана обеспечивает увеличенную порцию сжатого газа во время работы поршневого компрессора по сравнению с другими поршневыми компрессорами, известными в данной области техники, где мертвые пространства, как например выпускные патрубки или подобное, могут приводить к ухудшению производительности поршневых компрессоров.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения выпускной патрубок может проходить от камеры резервуара по существу параллельно оси резервуара. Это выгодно для снижения износа поршневого компрессора, как упоминалось ранее относительно прохождения впускного патрубка. Поток газа из камеры резервуара в выпускной патрубок может негативно сказываться на деталях поршневого компрессора, подвергаемых воздействию газа, особенно когда поток газа изгибается. Например, в известном уровне техники описываются установки, где направление потока газа из камеры резервуара в выпускной патрубок может быть равно по существу 90°, возможно подвергая конструкцию поршневого компрессора, находящуюся рядом с этими «изгибами», высокому напряжению. Это, в свою очередь, может приводить к повреждениям поршневого компрессора, влекущим снижение производительности, дисфункции или даже выходу из строя поршневого компрессора. Установка выпускного патрубка уменьшает износ частей поршневого компрессора, подвергаемых воздействию сжатого газа. Прохождение выпускного патрубка от камеры резервуара по существу параллельно оси резервуара устраняет любые резкие изгибы потока сжатого газа. Это уменьшает негативное влияние сжатого газа на части поршневого компрессора, подвергаемые воздействию сжатого газа, продлевая тем самым срок службы поршневого компрессора.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения частью стенки камеры резервуара может быть блочный элемент, отсоединяемый от поршневого компрессора. Под термином «блок» здесь понимают часть, секцию, фрагмент, кожух или подобное.
Коробку впускного клапана и коробку выпускного клапана устанавливают в блочном элементе. В результате этого вместе с блочным элементом, отсоединяемым от поршневого компрессора, можно снимать и заменять коробки впускного и выпускного клапанов. Это выгодно в отношении работ по техническому обслуживанию впускного и/или выпускного клапанов, если клапаны нужно починить или заменить на новые клапаны. Таким образом, отсоединяемый блочный элемент обеспечивает более легкое и более эффективное техническое обслуживание клапанов.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения блочный элемент может крепиться резьбовой гайкой, при этом блочный элемент размещается между резьбовой гайкой и камерой резервуара. Этот вариант осуществления упрощает отсоединение блочного элемента от поршневого компрессора, поскольку резьбовую гайку можно легко отвинтить перед отсоединением блочного элемента. Кроме этого резьбовую гайку можно отвинчивать для удаления блочного элемента без необходимости в каком-либо демонтаже соединительных тяг поршневого компрессора, что еще больше упрощает отсоединение блочного элемента. Аналогично, повторная вставка блочного элемента в поршневой компрессор выполняется путем навинчивания резьбой гайки после вставки блочного элемента. Следовательно, вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает еще более упрощенное и эффективное техническое обслуживание клапанов, когда необходимо.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения поглощающая силы рама пресса может крепиться при помощи множества соединительных тяг, проходящих параллельно оси резервуара. Например, множество соединительных тяг может проходить симметрично и параллельно оси резервуара и проходить через элементы, такие как головки и тому подобное, причем соединительные тяги могут крепиться к головкам гайками. Таким образом, элементы могут противостоять очень высокому давлению от газа в осевом направлении, где давление поглощается соединительными тягами.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения резервуар может быть обмотан проволокой, вызывая предварительное напряжение, так что во время работы поршневого компрессора резервуар подвергнут предварительному напряжению в радиальном направлении. Под термином «в радиальном направлении» здесь понимается то, что предварительное напряжение, вызываемое проволокой, действует в направлении радиуса резервуара высокого давления. Преимущество этого варианта осуществления состоит в том, что подвергнутый предварительному напряжению резервуар может в гораздо большей степени по сравнению с другими установками известного уровня техники выдерживать очень высокие давления, возникающие в камере резервуара во время работы поршневого компрессора. В результате этого газ можно сжимать еще больше, увеличивая производительность поршневого компрессора. Другим преимуществом предварительно напряженного резервуара является то, что вследствие повышенной прочности поршневого компрессора резервуар можно делать более тонким. Преимущество этого заключается в том, что охлаждение камеры резервуара можно улучшить, так как любое охлаждение камеры резервуара в резервуаре становится более эффективным при более тонкой стенке резервуара, уменьшая потери при охлаждении. Следовательно, производительность поршневого компрессора можно улучшить еще больше.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения резервуар может быть окружен поглощающей усилия рамой пресса. Под поглощающей усилия рамой пресса понимается то, что резервуар окружен в осевом направлении рамой, которая поглощает давление в осевом направлении от сжатого газа во время работы поршневого компрессора. Поскольку поглощающая усилия рама пресса еще больше повышает способность выдерживать давление, возникающее от сжатого газа во время работы, производительность поршневого компрессора еще больше усиливается.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения поглощающая усилия рама пресса обмотана проволокой, вызывая предварительное напряжение, так что во время работы поршневого компрессора резервуар предварительно напряжен в осевом направлении. В этом варианте осуществления проволока намотана в осевом направлении резервуара, так что резервуар предварительно напряжен в направлении оси резервуара. Благодаря этому производительность поршневого компрессора можно улучшить еще больше, поглощая осевое давление от газа во время работы.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения резервуар охлаждается посредством охлаждающих ребер, прилегающих к резервуару. В результате такой установки во время работы поршневого компрессора обеспечивается передача холода от охлаждающих ребер к резервуару. В свою очередь резервуар передает холод к камере резервуара, так что газ в камере резервуара охлаждается. Вследствие охлаждения газа в камере резервуара, снижение температуры газа приводит к уменьшению объема газа, так что газ можно сжать в поршневом компрессоре еще больше. Таким образом, преимуществом этого является то, что производительность поршневого компрессора повышается еще больше.
Другие задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидны при изучении следующих далее подробного описания, чертежей и прилагаемой формулы изобретения. Специалистам в данной области техники будет понятно, что различные признаки настоящего изобретения можно сочетать для создания вариантов осуществления, отличных от тех, что описаны далее.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут теперь описаны более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показан предпочтительный в настоящее время вариант осуществления изобретения. На чертежах:
Фиг. 1 - вид в поперечном разрезе поршневого компрессора, и
фиг. 2-5 - виды концевой части поршневого компрессора.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В следующем далее описании настоящее изобретение описано со ссылкой на поршневой компрессор.
На фиг. 1 показан вид в поперечном разрезе поршневого компрессора 1. Поскольку поршневой компрессор 1 вытянут в горизонтальном направлении, чертеж, чтобы сделать его более компактным, представлен в виде секторов 2a, 2b, 2c. Соответственно, это нужно учитывать при толковании габаритных соотношений в горизонтальном направлении на чертеже поршневого компрессора 1.
В поршневом компрессоре 1 поршень 3 обеспечен в центральном резервуаре 4, куда в пространство 5 центрального резервуара периодически с каждой стороны поршня 3 нагнетается масло, так что давление от масла вынуждает поршень 3 двигаться в пространстве центрального резервуара 5 взад и вперед.
Вдоль осевого направления центрального резервуара 4 обеспечена первая внутренняя головка 6 и вторая внутренняя головка 7, определяющие в осевом направлении центрального резервуара 4 пространство 5 центрального резервуара.
Поршень 3 проходит в осевом направлении центрального резервуара 4 и проходит в камеру резервуара для сжатия газа первой ступени, обозначенную в этом документе, как первая камера 8 резервуара. Камера 8 первого резервуара вытянута в горизонтальном направлении.
В радиальном направлении камера 8 первого резервуара окружена первым резервуаром 9, причем камера 8 первого резервуара и первый резервуар 9 имеют общую центральную ось. К первому резервуару 9 в его осевом направлении прилегает множество охлаждающих ребер 10. Через множество охлаждающих ребер 10 может проводиться охлаждающая среда, такая как вода, чтобы первый резервуар 9 охлаждался во время работы поршневого компрессора 1.
Охлажденный первый резервуар 9 передает в свою очередь холод к камере 8 первого резервуара, чтобы охлаждать газ, обеспечиваемый в камеру 8 первого резервуара. Для эффективного охлаждения камеры 8 первого резервуара охлаждающие ребра 10 могут быть обеспечены на первом резервуаре 9 плотно.
Первая внешняя головка 11 примыкает к первому резервуару 9, так что первый резервуар 9 обеспечен между первой внутренней головкой 6 и первой внешней головкой 11. Сквозь первую внутреннюю головку 6 обеспечено множество соединительных тяг 12, проходящих параллельно первому резервуару 9 и проходящих сквозь первую внешнюю головку 11. Множество соединительных тяг 12 крепятся к первой внешней головке 11 при помощи гаек 13. Первая внешняя головка 11 окружает по меньшей мере частично первую часть стенки 14 камеры резервуара, именуемую далее первым блоком 14. На фиг. 1 первый блок 14 входит внутрь первой внешней головки 11 и проходит в камеру 8 первого резервуара. В первом блоке 14 обеспечена коробка 17 первого впускного клапана, содержащая первый впускной клапан 18, и коробка 15 первого выпускного клапана, содержащая первый выпускной клапан 16. Первый блок 14 плотно окружает коробку 17 первого впускного клапана и коробку 15 первого выпускного клапана, установленные в первом блоке 14. Вследствие этого первый блок 14 в ответ на давление от газа в камере 8 первого резервуара во время работы поршневого компрессора 1 на коробку 17 первого впускного клапана и коробку 15 первого выпускного клапана производит на коробку 17 первого впускного клапана и коробку 15 первого выпускного клапана изостатическое противодавление.
Кроме этого, во время работы поршневого компрессора 1 подача газа в камеру 8 первого резервуара управляется при помощи первого впускного клапана 18, а отвод газа из камеры 8 первого резервуара управляется с помощью первого выпускного клапана 16.
По меньшей мере частично в первом блоке 14 обеспечен первый впускной патрубок 20, проходящий параллельно оси первого резервуара 9. Во время работы поршневого компрессора 1 газ подается в камеру 8 первого резервуара через первый впускной патрубок 20 и через первый впускной клапан 18.
Аналогичным образом, по меньшей мере частично в первом блоке 14 обеспечен первый выпускной патрубок 19, проходящий параллельно оси первого резервуара 9. Во время работы поршневого компрессора 1 газ отводится из камеры 8 первого резервуара через первый выпускной клапан 16 и в первый выпускной патрубок 19.
Следовательно, первый впускной клапан 18 обеспечен между первым впускным патрубком 20 и камерой 8 первого резервуара, так что при работе поршневого компрессора 1, когда впускной клапан открыт, газ может поступать в камеру 8 первого резервуара через первый впускной патрубок 20, а затем через первый впускной клапан 18. Другими словами, первый впускной клапан 18 обеспечен на стороне выхода первого впускного патрубка 20.
Более того, первый впускной клапан 18 обеспечен у конца первого впускного патрубка 20 с точки зрения направления потока газа. Говоря иначе, первый впускной клапан 18 обеспечен непосредственно рядом с камерой 8 первого резервуара. Таким образом, при последующем сжатии газа, когда первый впускной клапан 18 закрыт, «мертвое пространство» поршневого компрессора 1 уменьшается. Другими словами, когда первый впускной клапан 18 закрыт при сжатии газа, газ в камере 8 первого резервуара отделен от первого впускного патрубка 20, поскольку первый впускной клапан 18 размещен у конца выхода из первого впускного патрубка 20.
Аналогичным образом, первый выпускной клапан 16 обеспечен между первым выпускным патрубком 19 и камерой 8 первого резервуара, так что при работе поршневого компрессора 1, когда выпускной клапан 16 открыт, газ может выходить из камеры 8 первого резервуара через первый выпускной клапан 16, а затем через первый выпускной патрубок 19. Говоря иначе, первый выпускной клапан 16 обеспечен на стороне входа первого выпускного патрубка 19.
Первый выпускной клапан 16 обеспечен у начала первого выпускного патрубка 19 с точки зрения направления потока газа. Другими словами, первый выпускной клапан 16 обеспечен непосредственно рядом с камерой 8 первого резервуара. Таким образом, при последующем сжатии газа, когда первый выпускной клапан 16 закрыт, «мертвое пространство» поршневого компрессора 1 уменьшается. То есть, когда первый выпускной клапан 16 закрыт при сжатии газа, газ в камере 8 первого резервуара отделен от первого выпускного патрубка 19, поскольку первый выпускной клапан 16 размещен у конца входа первого выпускного патрубка 19.
Первый блок 14 крепится при помощи резьбовой гайки 21, при этом первый блок 14 размещен между резьбовой гайкой 21 и камерой 8 первого резервуара.
Первый резервуар 9 обмотан в радиальном направлении камеры 8 первого резервуара проволокой. Вследствие этого камера 8 первого резервуара предварительно напряжена в радиальном направлении во время работы поршневого компрессора 1. На фиг. 1, несмотря на то, что предварительному напряжению проволоки подвергнуты коробка 17 первого впускного клапана, первый впускной клапан 18, коробка 15 первого выпускного клапана и первый выпускной клапан 16, предварительному напряжению проволоки подвергнута часть первого блока 14.
После сжатия газа в камере 8 первого резервуара, т.е. после сжатия газа в первой ступени поршневого компрессора, открывается первый выпускной клапан 16. Сжатый газ может после этого направляться из камеры 8 первого резервуара в патрубок к камере 23 второго резервуара поршневого компрессора 1 для дальнейшего сжатия газа во второй ступени. Должно быть понятно, что объем камеры 23 второго резервуара на фиг. 1 сильно уменьшен, поскольку поршень 3 находится в его конечном положении, и поэтому камера 23 второго резервуара указана пунктирной линией.
Поскольку функциональные возможности и признаки поршневого компрессора во второй ступени имеют сходство с функциональными возможностями и признаками, уже описанными для первой ступени, далее для второй ступени представлено более краткое описание, и может делаться отсылка к описанию первой ступени.
Аналогично работе поршневого компрессора 1 в камере 8 первого резервуара первой ступени, поршень3 совершает в камере 23 второго резервуара движение взад и вперед. Однако камера 23 второго резервуара имеет меньший диаметр, чем камера 8 первого резервуара, так что давление газа во время работы поршневого компрессора 1 еще больше увеличивается. Камера 23 второго резервуара окружена вторым резервуаром 24, причем камера 23 второго резервуара и второй резервуар 24 имеют общую центральную ось. Вокруг второго резервуара 24 полотно обеспечены множество охлаждающих ребер 25, проходящих в осевом направлении камеры 23 второго резервуара, так что камера 23 второго резервуара охлаждается во время работы поршневого компрессора 1.
Ко второму резервуару 24 примыкает вторая внешняя головка 26. Множество соединительных тяг 12, выполненных сквозь первую внешнюю головку 11, проходят параллельно первому резервуару 9 и проходят сквозь первую внутреннюю головку 6, вторую внутреннюю головку 7 и вторую внешнюю головку 26. Множество соединительных тяг 12 крепятся ко второй внешней головке 26 при помощи гаек 27. Вторая внешняя головка 26 окружает по меньшей мере частично вторую часть стенки 28 камеры резервуара, именуемую далее вторым блоком 28. Второй блок 28 входит внутрь второй внешней головки 26 в форме клина или конуса с уменьшением его окружности в направлении от второй внешней головки 26 к камере 23 второго резервуара. Поскольку диаметр камеры 23 второго резервуара меньше диаметра камеры 8 первого резервуара, форма клина, или конуса, второго блока 28 более заострена, или острая, по сравнению с формой первого блока 14.
Во втором блоке 28 обеспечена коробка 29 первого впускного клапана, содержащая второй впускной клапан 30, и коробка 31 второго выпускного клапана, содержащая второй выпускной клапан 32. Второй блок 28 плотно окружает коробку 29 второго впускного клапана и коробку 31 второго выпускного клапана, установленные во втором блоке 28. Вследствие этого второй блок 28 в ответ на давление от газа в камере 23 второго резервуара во время работы поршневого компрессора 1 на коробку 29 второго впускного клапана и коробку 31 второго выпускного клапана производит на коробку 29 второго впускного клапана и коробку 31 второго выпускного клапана изостатическое противодавление.
Во время работы поршневого компрессора 1 подача газа в камеру 23 второго резервуара управляется при помощи второго впускного клапана 30, а отвод газа из камеры 23 второго резервуара управляется с помощью второго выпускного клапана 32.
По меньшей мере частично во втором блоке 28 обеспечен второй впускной патрубок 33, причем второй впускной патрубок 33 немного наклонен по отношению к оси второго резервуара 24. Небольшой наклон обусловлен уменьшенным диаметром камеры 23 второго резервуара по сравнению с камерой 8 первого резервуара, чтобы второй впускной патрубок 33 мог легче уместиться во втором блоке 28. Во время работы поршневого компрессора 1 газ подается через второй впускной патрубок 33, через второй впускной клапан 30 и в камеру 23 второго резервуара.
Второй впускной клапан 30 обеспечен у конца второго впускного патрубка 33 с точки зрения направления потока газа. Говоря иначе, второй впускной клапан 30 обеспечен непосредственно рядом с камерой 23 второго резервуара. Таким образом, при последующем сжатии газа, когда второй впускной клапан 30 закрыт, «мертвое пространство» поршневого компрессора 1 уменьшается. Другими словами, когда второй впускной клапан 30 закрыт при сжатии газа, газ в камере 23 второго резервуара отделен от второго впускного патрубка 33, поскольку второй впускной клапан 30 размещен у конца выхода из второго впускного патрубка 33.
Аналогично, по меньшей мере частично во втором блоке 28 обеспечен второй выпускной патрубок 34. Второй выпускной патрубок 34 немного наклонен относительно оси первого резервуара 9 и образует вместе со вторым впускным патрубком 33 форму буквы V. Во время работы поршневого компрессора 1 газ отводится из камеры 23 второго резервуара через второй выпускной клапан 32 и через второй выпускной патрубок 34.
Второй выпускной клапан 32 обеспечен у начала второго выпускного патрубка 34 с точки зрения направления потока газа. Другими словами, второй выпускной клапан 32 обеспечен непосредственно рядом с камерой 23 второго резервуара. Таким образом, при последующем сжатии газа, когда второй выпускной клапан 32 закрыт, «мертвое пространство» поршневого компрессора 1 уменьшается. То есть, когда второй выпускной клапан 32 закрыт при сжатии газа, газ в камере 23 второго резервуара отделен от второго выпускного патрубка 34, поскольку второй выпускной клапан 32 размещен у конца входа второго выпускного патрубка 34.
На фиг. 2 показана самая правая часть поршневого компрессора 1, содержащая вторую ступень сжатия газа.
Вторая внешняя головка 26 примыкает к газовому цилиндру 35 с обмоткой, вокруг которого для обеспечения предварительного напряжения намотана проволока. Множество соединительных тяг 12, где на этом чертеже для большей ясности показаны лишь две, проходят параллельно газовому цилиндру 35 с обмоткой и проходят сквозь вторую внешнюю головку 26. Множество соединительных тяг 12 крепятся ко второй внешней головке 26 при помощи гаек 27. Продолжением каждого патрубка из второго впускного патрубка 33 и второго выпускного патрубка 34 служит цанга 36.
На фиг. 3 показана часть поршневого компрессора 1, изображенная на фиг. 2, но где был удален газовый цилиндр 35 с обмоткой. Вокруг второго резервуара 24 плотно обеспечены множество охлаждающих ребер 25, так что камера 23 второго резервуара охлаждается во время работы поршневого компрессора 1.
На фиг. 4 показана часть поршневого компрессора 1, изображенная на фиг. 3, но где были удалены множество охлаждающих ребер 25 и вторая внешняя головка 26. На чертеже показаны второй резервуар 24 и второй блок 28.
На фиг. 5 показана часть поршневого компрессора 1, изображенная на фиг. 4, но где были удалены второй резервуар 24 и второй блок 28. На чертеже показано размещение второго впускного клапана 30 и второго выпускного клапана 32.
Несмотря на то, что изобретение было описано со ссылкой на его конкретные иллюстративные варианты осуществления, специалистам в данной области техники будут очевидны многочисленные разные изменения, модификации и т.п. Таким образом, описанные варианты осуществления не предназначены ограничивать объем изобретения, определенный прилагаемой формулой изобретения. К примеру, размеры поршневого компрессора 1 можно толковать расширительно, поскольку поршневой компрессор 1 мог бы быть, например, длиннее или короче, чем это изображено и описано. Эти размерные особенности справедливы также для любого компонента, содержащегося в поршневом компрессоре 1.
Более того, хотя был описан двухступенчатый газовый компрессор, идея настоящего изобретения может вместо этого быть реализована в одноступенчатом газовом компрессоре.
Кроме этого, количество компонентов в поршневом компрессоре 1 может отличаться от описанных. Например, количество соединительных тяг 12, охлаждающих ребер 10 и 25 и/или головок 6 и 7 может изменяться.
Все ссылки на один/несколько элементов, устройств, компонентов, средств, этапов и прочее должны толковаться расширительно, как ссылка на по меньшей мере один экземпляр упомянутых элементов, устройств, компонентов, средств, этапов и прочее, если только иное не сформулировано явно. Этапы любого способа, описанного в этой заявке, не должны выполняться в описанном строгом порядке, если только не утверждается иное.