ГИДРОПРИВОДНОЙ КОМПРЕССОР
HYDRAULIC DRIVE COMPRESSOR

Изобретение относится к компрессорной технике, а именно к устройствам для создания высоких давлений газа и может быть использовано, как в качестве самостоятельного компрессора, так и в качестве базового модуля для создания установок с более высокой производительностью, таких, например, как автомобильная газонаполнительная компрессорная станция.
Известен гидроприводной компрессор, содержащий гидроцилиндр с поршнем и штоком, на концах которого закреплены поршни оппозитно размещенных компрессорных цилиндров, выполненных равным внутренним диаметром цилиндра (RU 2215187, публ. 27.10.2003) [1]. Шток установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно поршня, жестко закрепленного в средней части цилиндра с образованием двух штоковых полостей. Компрессор содержит также гидрораспределитель, насос, линии нагнетания и слива, при этом по обе стороны поршня размещены механизмы переключения для взаимодействия компрессорных поршней с золотником гидрораспределителя, снабженные досылочными устройствами релейного типа, размещенными между компрессорными поршнями и золотником гидрораспределителя.
Гидроцилиндр данного компрессора представляет собой сложную в изготовлении конструкцию, т.к. поршень его цилиндра требует точной механической обработки и большое количество операций, которые нужно совершить за "один проход" для обеспечения точности и выдержки всех допусков. Три поршня оппозитно размещенных компрессорных цилиндров утяжеляют и удорожают всю конструкцию. Кроме того, известный компрессор требует изготовления своего уникального распределителя, что увеличивает сроки и сложность его ремонта или замены. Рабочая камера гидроцилиндра содержит подвижные части, на которые в условиях высоких давлений и скоростей, характерных для работы данного компрессора, будут оказываться большие нагрузки, что может пагубно сказаться на состоянии этих частей. Система управления работы данного компрессора является механической и помимо гидрораспределителя включает механизмы переключения для взаимодействия компрессорных поршней с золотником гидрораспределителя, снабженные досылочными устройствами релейного типа, размещенными между компрессорными поршнями и золотником гидрораспределителя. Это система сложных механизмов, требующих точного изготовления и тонкой настройки. Более того, поскольку система управления является неотъемлимой частью конструкции данного компрессора, при выходе из строя одного из ее элементов, потребуется разборка всего компрессора. Поскольку каждый компрессор данной конструкции потребует индивидуальной настройки, он не может быть базовым модулем для создания установок с более высокой производительностью. Кроме того, механическая система управления, являющаяся системой управления работой собственно компрессора, не предусматривает возможности контроля за такими важными параметрами, как температура, уровень рабочей жидкости и др.
Гидроприводной компрессор, содержащий гидроцилиндр более простой конструкции известен из (RU 2321770, опубл. 10.04.2008) [2]. Гидроцилиндр этого компрессора содержит соосно размещенные компрессорный цилиндр и два гидроцилиндра с жестко соединенными между собой поршнями и две основные масляные магистрали, соединяющие насос компрессора с гидроцилиндрами. Система управления данным компрессором содержит челночный переключатель, двухступенчатый золотниковый гидрораспределитель, состоящий из золотников первой и второй ступени, при этом серьга челночного переключателя соединена с плунжером золотника первой ступени, штуцера в днище одного из цилиндров челночного переключателя и в боковой стенке того же цилиндра соединены трубопроводами с одной из основных масляных магистралей в зоне гидроцилиндра, соответственно штуцера в днище и боковой стенке другого цилиндра челночного переключателя соединены со второй масляной магистралью, причем между точками соединения на магистралях размещены сужающие устройства.
Челночный переключатель содержит большое количество деталей, требующих точности их изготовления. Более того, при сборке этого переключателя потребуется доработка и подгонка деталей по месту, что и усложняет сборку и увеличивает стоимость его производства. Дорогостоящий переключатель увеличивает стоимость компрессора, что является препятствием для использования его многомодульных установок. Система управления работой данного компрессора, не предусматривает возможности контроля за такими важными параметрами, как температура, уровень рабочей жидкости и пр.
Задача изобретения заключается в упрощении конструкции компрессора, его удешевления, улучшении условий для его ремонта и эксплуатации, расширении возможностей управления, а также возможности использования в качестве базового модуля для создания установок с более высокой производительностью.
Для этого предложен гидроприводной компрессор, который, как и прототип, содержит гидроцилиндр, соединенный с гидрораспределителем, который соединен с насосом. Компрессор отличается тем, что гидрораспределитель соединен с насосом через управляющий гидрораспределитель с электромагнитным приводом, компрессор содержит бак с рабочей жидкостью, над баком размещены охлаждающие вентиляторы, при этом гидроцилиндр, гидрораспределитель, насос и бак смонтированы на общей раме, в бак опущены чувствительные элементы датчиков температуры и уровня рабочей жидкости, соединенных с контроллером, в баке установлен фильтр очистки рабочей жидкости, соединенный с датчиками давления, установленными на входе в компрессор и на выходе из него, а на выходе из насоса установлен предохранительный клапан.
Заявленная конструкция не требует уникального гидрораспределителя, как в компрессоре [1], так и уникального переключателя, как в компрессоре [2], к ней подойдет покупной стандартный гидрораспределитель, что удешевляет компрессор, упрощает его ремонт и эксплуатацию. В конструкции компрессора отсутствуют сложные в изготовлении детали. Управление работой заявленного компрессора происходит при помощи контроллера. Система управления закладывается при проектировании модуля и включает гидрораспределитель, дополненный управляющим гидрораспределителем с электромагнитным приводом, а также чувствительные элементы датчиков температуры и уровня рабочей жидкости, соединенных с контроллером, датчики давления, установленные на входе в гидрокомпрессор и на выходе из него, соединенные с фильтром очистки рабочей жидкости, предохранительный клапан, установленный на выходе из насоса. При выходе из строя одного из элементов этой системы, не потребуется разборка всего компрессора. Более того, эта система управления является одинаковой для каждого модуля, позволяющей на одной и той же компонентной базе изменять температуру, уровень рабочей жидкости, а также степень очистки рабочей жидкости. Поэтому заявленный гидрокомпрессор может быть базовым модулем для создания установок с более высокой производительностью. Для этого бак для рабочей жидкости имеет каждый модуль, при этом гидроцилиндр, гидрораспределитель, насос и бак смонтированы на общей раме, в отличие от вышеприведенных аналогов, которые могут использоваться в установках, имеющих один бак на несколько модулей.
Таким образом, новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в отсутствии уникальных механизмов, сложных в изготовлении деталей, в универсальности системы управления работой компрессора, позволяющей использовать его в качестве самостоятельного компрессора, так и в качестве базового модуля для создания установок с более высокой производительностью, а также в расширении ее технических возможностей.
Компрессор с гидроприводом иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема гидрокомпрессора; на фиг. 2 - система управления гидрокомпрессором.
Гидроприводной компрессор содержит гидропневмоцилиндр 1 со штоком 2, поршнем 3, масляной полостью 4 и газовой полостью 5. На входе и выходе газовой магистрали компрессора установлены обратные клапаны 6, 7, 8, 9 для исключения перетечки газа. Гидроцилиндр 1 соединен с гидрораспределителем 10, дополненным управляющим гидрораспределителем 11 с электромагнитным приводом, который соединен с насосом 12, оснащенным электродвигателем 13. На выходе из насоса 12 установлен предохранительный клапан 14 механического действия. Компрессор содержит также бак 15 с рабочей жидкостью и контроллер 16 для управления работой компрессора. Контроллер считывает давление масла, температуру масла, которая не должна превышать 80 градусов, давление газа на входе и давление газа на выходе из компрессора. При помощи блока положения штока контроллер 16 отслеживает само положение штока, а также его скорость и ускорение, выбирая наиболее оптимальный режим работы, в соответствии с заданными параметрами: давление газа на выходе и производительность.
Над баком 15 размещены охлаждающие вентиляторы 17. Гидропневмоцилиндр 1, гидрораспределитель 10, насос 12 и бак 15 смонтированы на общей раме 18. В бак 15 опущены чувствительные элементы датчиков, соединенных с контроллером 16, а именно: датчика температуры 19 и датчика уровня рабочей жидкости 20. В баке 15 установлен фильтр очистки рабочей жидкости 21, соединенный с датчиками давления 22, установленными на входе в гидрокомпрессор и на выходе из него. Датчики 22 предназначены для измерения разности давлений рабочей жидкости в баке. Вместо двух датчиков 22 можно использовать один дифференцированный датчик. Перед работой компрессора предохранительный клапан 14 вручную настраивают на заданное давление рабочей жидкости. Номинально насос выдает давление 40 МПа, при помощи клапана 14 давление масла в гидросистеме можно изменять, регулируя таким образом выходное давление газа. С помощью насоса 12 рабочая жидкость через гидрораспределитель 10, управляемый гидрораспределителем 11, попадает в масляную полость 4 компрессора, вследствие чего масло выталкивает шток 2, на котором закреплен поршень 3. При движении поршня 3 вверх или вниз газ нагнетается в газовую полость 5, а с другой стороны поршня всасывается. После переключения гидрораспределителя 10 поршень двигается в противоположном направлении. Считав все параметры, контроллер 16 передает сигнал на управляющий гидрораспределитель 11, который переключается с выбранной контроллером скоростью, направляя по управляющим линиям рабочую жидкость (масло), которая в свою очередь перемещает золотник в гидрораспределителе 10, распределяя рабочую жидкость по масляным камерам гидроприводного компрессора. В процессе работы датчик 19 считывает температуру рабочей жидкости, и в случае ее превышения, контроллер 16 подает сигнал на включение охлаждающих вентиляторов 17. Датчик 20 контролирует уровень рабочей жидкости и в случае превышения его минимальной отметки, контроллер 16 подает сигнал на остановку компрессора. Датчики 22 считывают разность давлений на входе и выходе компрессора, подавая сигналы на контроллер, который определяет степень загрязнения фильтра 21 очистки рабочей жидкости и в зависимости от ее размера подает сигнал на очистку фильтра 21 или его замену. Работа системы управления учитывает такие параметры, как давление входного газа, давление газа на выходе, давление гидропривода и число двойных ходов.
Давление масла регулируется предохранительным клапаном 14 и пломбируется перед отправкой. Работа системы управления включает число двойных ходов гидроприводного компрессора, точнее, количество переключений гидрораспределителя, которое определяет производительность компрессора.
Заявленный компрессор упрощенной конструкции, улучшает условия для его ремонта и эксплуатации, а также дает возможность использовать его в качестве базового модуля для создания установок с более высокой производительностью.