Гидроприводной компрессор

Полезная модель относится к компрессорной технике, более конкретно к устройствам для создания высоких давлений газа.
Известен компрессор с гидроприводом (см. патент RU 2220323), содержащий оппозитно установленные, жестко соединенные цилиндры с впускными и выпускными клапанами, поршни с двумя рядами уплотнений на наружной поверхности, закрепленные на общем штоке с возможностью возвратно-поступательного перемещения, насос, соединенный через распределительное устройство с полостями цилиндров, механизм переключения распределительного устройства.
Известен поршневой компрессор с гидравлическим приводом (см. авторское свидетельство SU 1783151 A1 F04B 35/02), содержащий оппозитно расположенные цилиндры, поршни с уплотнениями на наружной поверхности, установленные в цилиндрах с образованием рабочих и гидроприводных камер и связанные со стороны гидроприводных камер штоком, механизмы охлаждения поршней.
Известен компрессор с гидроприводом (см. патент 2215186), содержащий оппозитно установленные и жестко соединенные между собой цилиндры с поршнями, закрепленными на общем штоке с образованием газовых и гидравлических полстей, насос, соединенный через распределитель с гидравлическими полостями, механизмы управления работой распределителя.
Недостатком известных устройств является их невысокая надежность, вследствие того, что утечки газа через уплотнения поршней могут поступать в рабочую жидкость гидропривода и преждевременно выводить ее из строя. Утечки рабочей жидкости в свою очередь могут поступать в нагнетаемый газ и ухудшать его качество.
Известен модуль гидроприводного компрессора (см. патент 2342560), содержащий расположенные оппозитно друг другу гидравлические емкости для рабочей среды и газовые емкости для перекачиваемого газа. Гидравлические емкости посредством гидравлических магистралей имеют возможность соединения с нагнетательным насосом и сливом. Газовые емкости имеют возможность соединения посредством газовых магистралей с источником газа и его потребителем. Газовые емкости оппозитно друг другу размещены с возможностью перемещения в гидравлических емкостях, причем модуль снабжен плунжером, штоки которого размещены в газовых емкостях, при этом гидравлические емкости и плунжер смонтированы на общей раме. За счет исключения попадания рабочей жидкости в газовые полости повышается надежность работы модуля.
Однако решение этой задачи привело к значительному усложнению конструкции модуля. При этом наличие большого количества подвижных соединений не способствует также достижению высокой надежности модуля.
Известен компрессор с гидроприводом, взятый за прототип (см. патент RU 2215187), содержащий цилиндр гидродвигателя с поршнем, жестко закрепленным в средней части цилиндра, шток с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно поршня, на концах которого закреплены поршни оппозитно размещенных относительно цилиндра гидродвигателя компрессорных цилиндров с двумя рядами уплотнений по цилиндрам и штоку, крышки компрессорных цилиндров, гидропривод гидродвигателя, включающий насос, гидрораспределитель, механизмы переключения гидрораспределителя, линии нагнетания и слива.
Недостатком этого компрессора является его невысокая надежность, связанная с тем что утечки газа и рабочей жидкости через уплотнения поршней поступают соответственно в гидравлические и газовые полости, ухудшая качество рабочей жидкости и нагнетаемого газа.
Задачей изобретения является повышение надежности компрессора за счет выведения утечек газа и рабочей жидкости через уплотнения поршней за пределы компрессора.
Для достижения этого технического результата в компрессоре с гидроприводом, содержащем цилиндр гидродвигателя с поршнем, жестко закрепленным в средней части цилиндра, шток с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно поршня, на концах которого закреплены поршни оппозитно размещенных относительно цилиндра гидродвигателя компрессорных цилиндров с двумя рядами уплотнений по цилиндрам и штоку, крышки компрессорных цилиндров, гидропривод гидродвигателя, включающий насос, гидрораспределитель, механизмы переключения гидрораспределителя, линии нагнетания и слива, поршни штока между рядами уплотнений на наружных и внутренних поверхностях снабжены кольцевыми канавками, соединенными радиальными каналами, шток выполнен пустотелым с радиальными каналами, соединяющими полость штока с внутренними кольцевыми канавками поршней, при этом концевые части штока размещены в соосных относительно оси штока отверстиях крышек с уплотнениями, также на концах штока за радиальными каналами могут быть выполнены внутренние направляющие поверхности с уплотнениями для пустотелых плунжеров, установленных соосно штоку в отверстиях крышек с уплотнениями, при этом плунжеры размещены во внутренних направляющих поверхностях штока.
Устройство компрессора
На Фиг. 1 и Фиг. 2 представлены два варианта предлагаемой конструкции гидроприводного компрессора.
Гидроприводной компрессор на Фиг. 1 содержит цилиндр гидродвигателя 1 с неподвижным поршнем 2 в средней части и пустотелым штоком 3. На штоке 3 закреплены поршни 4 и 5 оппозитно размещенных и жестко соединенных с цилиндром гидродвигателя компрессорных цилиндров 6 и 7. Цилиндр гидродвигателя 1 и компрессорные цилиндры 6 и 7 выполнены с одинаковым внутренним диаметром. Шток 3 установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно поршня 2. С торцов компрессорных цилиндров установлены крышки 8.
Поршни 2, 4, 5 и крышки 8 образуют в цилиндрах 1, 6 и 7 гидравлические 9 и газовые 10 полости.
Поршни 4 и 5 снабжены двумя рядами уплотнений Пи 12 соответственно по цилиндрам и штоку. На поршнях между рядами уплотнений выполнены кольцевые канавки 13 и 14, соединенные радиальными каналами 15. Полость штока 3 соединена с кольцевыми канавками на поршнях 4 и 5 радиальными отверстиями 16.
Концевые части штока 3 находятся в осевых отверстиях крышек 8 с уплотнениями 17.
Таким образом, кольцевые канавки 13 и 14 через отверстия 15 и 16, полость штока 3 соединены с атмосферой.
По обе стороны поршня 2 размещены правые и левые механизмы переключения 18 гидрораспределителя 19, обеспечивающие переменную подачу жидкости от гидропривода в гидравлические полости 9 компрессора.
При работе гидроприводной компрессор со стороны крышек 8 подключен через всасывающие клапаны к газовой системе низкого давления и через нагнетательные клапаны к газовой системе высокого давления (на рисунке не представлены).
На Фиг. 2 представлен вариант предлагаемой конструкции гидроприводного компрессора с уменьшенными размерами по длине.
В этом варианте компрессора в крышках 8 соосно штоку 3 закреплены с уплотнениями 20 полые плунжеры 21. Концевые части плунжеров размещены в направляющих поверхностях штока 3 с уплотнениями 22, выполненных на внутренней поверхности концевых частей штока за радиальными канавками 16.
Таким образом, и в этом случае кольцевые канавки 13 и 14 через отверстия 15 16, полость штока 3 и полости плунжеров 21 соединены с атмосферой.
Удаление утечек газа и рабочей жидкости из кольцевых канавок на наружной поверхности поршней через систему каналов и полостей в деталях компрессора в двух направлениях связано с необходимостью иметь одинаковое исполнение компрессорных цилиндров. В этом случае за цикл работы компрессора объем газа, подаваемого в газовую систему высокого давления каждым компрессорным цилиндром, будет одинаковым. Это исключает появление вибраций в газовой системе.
Гидроприводной компрессор работает следующим образом.
При включении компрессора (см. Фиг. 1) в первый момент газ низкого давления через всасывающие клапаны поступает в левые и правые газовые полости 10. Рабочая жидкость от гидропривода под давлением через гидрораспределитель 19 поступает, например, в левую гидравлическую полость 9. Поршни 4 и 5 со штоком 3 под действием давления жидкости в левой гидравлической полости 9 и давления газа в правой газовой полости 10 перемещаются влево. При этом поршень 4 вытесняет газ из левой газовой полсти через открытый нагнетательный клапан при закрытом всасывающем клапане в газовую систему высокого давления. В правую газовую полость поступает газ из газовой системы низкого давления через всасывающий клапан при закрытом нагнетательном клапане.
При достижении крайнего левого положения поршень 5 взаимодействует с правым механизмом переключения 18 распределителя 19. Происходит переключение подачи рабочей жидкости в правую гидравлическую полость 9. При этом поршни 4 и 5 со штоком 3 перемещаются вправо. Вытеснение газа из правой газовой полости 10 в газовую систему высокого давления происходит через нагнетательный клапан под действием суммарного давления газа, поступающего в левую газовую полость 10 через всасывающий клапан, и давления жидкости в правой гидравлической полости 9 при закрытых нагнетательном клапане левой газовой полости и всасывающем клапане правой газовой полости.
При достижении крайнего правого положения поршень 4 взаимодействует с левым механизмом переключения 18 распределителя 19. Происходит переключение подачи рабочей жидкости в левую гидравлическую полость 9.
Далее цикл работы компрессора повторяется.
При этом все утечки газа и рабочей жидкости через уплотнения поршней 4 и 5 поступают в наружные кольцевые канавки 13 поршней. Поскольку эти канавки через радиальные отверстия 15 в поршнях, внутренние канавки 14 в них, радиальные отверстия штока 3, полость штока соединены с атмосферой, то все утечки газа и жидкости удаляются за пределы компрессора. Это уменьшает возможность поступления газа в рабочую жидкость гидропривода и преждевременного выхода ее из строя. Уменьшается также возможность поступления рабочей жидкости в нагнетаемый газ и, следовательно, ухудшения его качества. В результате повышается надежность работы компрессора.
Аналогичным образом осуществляется работа гидроприводного компрессора, представленного на Фиг. 2.
Наличие осевых полостей у плунжеров 21 обеспечивает удаление из канавок 13 поршней 4 и 5 утечек газа и рабочей жидкости за пределы компрессора.