СТУПЕНЧАТЫЙ СПОСОБ СЖАТИЯ ГАЗА ГРУППОЙ СВОБОДНОПОРШНЕВЫХ С ОППОЗИТНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ПОРШНЕЙ ЭНЕРГОМОДУЛЯ, СОЕДИНЕННЫХ С ПОРШНЯМИ КОМПРЕССОРА СЖАТИЯ ГАЗОВ
METHOD OF GRADUAL GAS COMPRESSION BY GROUP OF FREE PISTONS WITH PISTONS OPPOSITE MOVEMENT POWER MODULE CONNECTED WITH PISTONS OF GAS COMPRESSORS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области энергомашиностроения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Ближайший прототип заявленного изобретения «Способ синхронизации движения поршней спаренного двухцилиндрового свободнопоршневого энергомодуля», патент 2441993.
Реферат к патенту 2441993. «Изобретение относится к области энергомашиностроения. В способе синхронизации движения поршней спаренного двухцилиндрового свободнопоршневого энергомодуля, включающего систему управления и два единичных однотактных свободнопоршневых энергомодуля с оппозитным движением поршней, система управления спаренного энергомодуля отслеживает значение скоростей поршней единичных энергомодулей и, если скорости их поршней не равны, система управления переводит газораспределительный клапан единичного энергомодуля, скорость поршней которого больше скорости поршней другого единичного энергомодуля, в противоположное положение, в результате этот единичный энергомодуль прекращает преобразовывать энергию расширяющихся продуктов сгорания в механическую энергию движения поршней на время, обеспечивающее одновременность прибытия поршней обоих единичных энергомодулей в точки схождения или расхождения, после чего система управления переводит газораспределительный клапан в исходное положение. Изобретение обеспечивает нейтрализацию вибрации поршней и их синхронное движение в противофазе».
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Современный ступенчатый компрессор газа, как правило, представляет собой агрегат в составе блока цилиндров с поршнями, приводимыми в движение через коленвал двигателем внутреннего сгорания или электродвигателем с вращающимся ротором. Диаметры (площади) поршней от цилиндра, в котором происходит начальное сжатие газа, последовательно уменьшаются и, следовательно, давление на выходе сжимаемого в каждом последующем цилиндре газа возрастает обратно пропорционально убыванию площадей поршней. Цель заявленного изобретения состоит в создании экономичного агрегата со ступенчатым сжатием газа и высокой удельной производительности.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ступенчатый способ сжатия газа заключается в последовательном сжатии газа несколькими свободнопоршневыми компрессорами с приводом их поршней энергией газов из внешней камеры сгорания двухцилиндрового свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля.
Компрессор состоит из свободнопоршневого двухцилиндрового энергомодуля с внешней камерой сгорания, поршневые группы которого соединены с поршнями компрессора. Действует компрессор следующим образом. Система управления компрессором подает во внешнюю камеру сгорания 1 (см. фиг., система управления не показана) топливо форсункой 2 и воспламеняет свечой зажигания 3. Продукты сгорания из камеры сгорания 1 по трубопроводу 4 через впускной клапан 5 поступают в правую (по фигуре) полость поршня 6, а через впускной клапан 7 в левую полость поршня 8, и под действием поступающих продуктов сгорания поршни начинают расходиться. Так как площадь правой поверхности поршня 6 больше площади его левой поверхности на разность площадей поперечного сечения штоков 9 и 10, то давление сжимаемого в левой полости поршня 6 воздуха будет больше, чем давление продуктов сгорания в его правой полости. Поэтому воздух из левой полости поршня 6 через обратный клапан 11 по трубопроводу 12 подается во внешнюю камеру сгорания 1. Туда же форсункой 2 впрыскивается очередная доза топлива. Одновременно через обратный клапан 13 из атмосферы засасывается воздух в правую полость поршня 14, а из его левой полости через выпускной клапан 15 воздух (в дальнейшем отработавшие продукты сгорания) выбрасываются в атмосферу. Аналогично по тем же причинам при движении поршня 8 сжимаемый в его правой полости воздух через обратный клапан 16 по трубопроводу 12 подается во внешнюю камеру сгорания 1. Через обратный клапан 17 из атмосферы засасывается воздух в левую полость поршня 18, а из его правой полости через выпускной клапан 19 воздух (в дальнейшем отработавшие продукты сгорания) выбрасывается в атмосферу. После достижения поршнями точек крайнего расхождения система управления переводит впускные клапаны 5, 7, 20, 21 и выпускные клапаны 15, 19, 22, 23 в противоположные положения. Теперь продукты сгорания из внешней камеры сгорания 1 по трубопроводу 4 через впускной клапан 20 поступают в левую полость поршня 14 и через впускной клапан 21 в правую полость поршня 18, и поршни начинают сходиться. Через обратные клапаны 24 и 25 сжимаемый в правой полости поршня 14 и в левой полости поршня 18 воздух по трубопроводу 12 поступает во внешнюю камеру сгорания 1. Туда же форсункой 2 впрыскивается очередная доза топлива. Через обратные клапаны 26 и 27 из атмосферы засасывается воздух в левую полость поршня 6 и правую полость поршня 8. Из правой полости поршня 6 через выпускной клапан 22 и из левой полости поршня 8 через выпускной клапан 23 воздух (в дальнейшем отработавшие продукты сгорания) выбрасывается в атмосферу. Одновременно в цилиндрах компрессора происходит сжатие различных газов - основная функция компрессора. Сжимаемый в левой полости поршня 28 газ через выпускной клапан 29 по трубопроводу 30 поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 33 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его правую полость. Соответственно сжимаемый в правой полости поршня 34 газ через выпускной клапан 35 также по трубопроводу 30 поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 36 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его левую полость. По достижению поршнями крайних точек расхождения система управления переводит выпускные клапаны 29, 35, 37, 38 в противоположные положения. Теперь сжимаемый в правой полости поршня 28 газ через выпускной клапан 37 по трубопроводу 30 поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 39 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его левую полость. Сжимаемый в левой полости поршня 34 газ через выпускной клапан 38 по трубопроводу 30 также поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 40 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его правую полость. Сжатый таким образом в компрессоре газ из ресивера 32 по трубопроводу 41 подается потребителю. Как только давление в ресивере 32 достигнет максимального значения компрессора первой ступени сжатия, система управления включает компрессор второй ступени сжатия газа, газ к которым поступает из ресивера 32 по трубопроводу 41. Принцип действия компрессора второй ступени сжатия идентичен таковому компрессора первой ступени. Сжимаемый в компрессоре второй ступени газ поступает потребителю или компрессору очередной ступени сжатия. Площадь рабочих поверхностей поршней компрессора второй ступени меньше площади рабочих поверхностей поршней компрессора первой ступени. Следовательно, максимальное давление газа в компрессоре второй ступени сжатия газа по отношению к максимальному давлению в компрессоре первой ступени сжатия газа обратно пропорционально площадям рабочих поверхностей поршней первого и второго компрессоров.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ступенчатый способ сжатия газа группой свободнопоршневых с оппозитным движением поршней компрессорами с приводом их поршней энергией газов из внешней камеры сгорания двухцилиндрового свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, включающего внешнюю камеру сгорания, поршни энергомодуля и соединенные с ними поршни компрессора, отличающийся тем, что поступающие из внешней камеры сгорания энергомодуля в полости поршней энергомодуля продукты сгорания приводят в колебательное движение поршни энергомодуля и соединенные с ними поршни компрессора, сжимают газ поршнями компрессора первой ступени сжатия и подают сжатый газ для всасывания и последующего сжатия газа компрессором второй ступени сжатия газа, отличающийся от компрессора первой ступени сжатия меньшей площадью поршней компрессора, откуда таким же образом подается для всасывания и сжатия компрессором следующей ступени сжатия газа, площади поршней которого также меньше площади поршней предыдущего компрессора.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Затраты на НИОКР и производство заявленного изобретения не могут значительно отличаться от таковых при проектировании и отработке классических компрессоров.
ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
Фигура. Принципиальная схема свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов.
1 - внешняя камера сгорания; 2 - форсунка; 3 - свеча зажигания; 4, 12, 30, 41 - трубопровод; 5, 7, 20, 21 - впускной клапан; 6, 8, 14, 18, 28, 34 - поршень; 9, 10 - шток; 11, 13, 16, 17, 24, 25, 26, 27, 33, 36, 39, 40 - обратный клапан; 15, 19, 22, 23, 29, 35, 37, 38 - выпускной клапан; 31 - радиатор; 32 - ресивер.