Поршневой одноступенчатый компрессор высокого давления
PISTON SINGLE-STAGE COMPRESSOR OF HIGH PRESSURE

Изобретение относится к компрессорам высокого давления для сжатия газов.
Известен компрессор высокого давления и способ его работы [Патент RU №2432496, F04B 25/00, опубл. 27.10.2011]. Сущность изобретения заключается в том, что многоступенчатый компрессор высокого давления для сжатия газов содержит по меньшей мере две рабочие полости, которые соединены последовательно для получения высокого давления.
Недостатком аналога является то, что в известном техническом решении ресурс цилиндропоршневых уплотнений невысок из-за значительной скорости движения поршня.
Известен компрессор высокого давления [Патент RU №191806, F04B 35/04, опубл. 22.08.2019], в котором сжатие газов осуществляется в поршневой ступени с параметрами - время рабочего цикла - более 1с и параметр компрессора ψ=S/D>10.
Недостатком данного технического решения является невысокий ресурс поршневых уплотнений из-за большого значения хода поршня.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является компрессор [Патент CN 109681401 A, F04B 27/02; F04B 27/06; F04B 39/00; F04B 39/12, опубл. 26.04.2019], в котором цилиндры расположены радиально с образованием единой рабочей камерой, причем работа цилиндров происходит попарно.
Недостатком данного технического решения является большой мертвый объем, поскольку при сжатии газа в двух цилиндрах газ переходит в полости цилиндров, не работающих в данный момент (поршни находятся в нижних мертвых точках), как следствие это уменьшает производительность компрессора.
Задачей изобретения является увеличение ресурса работы поршневого одноступенчатого компрессора высокого давления.
Поставленная задача достигается тем, что в поршневом одноступенчатом компрессоре высокого давления для сжатия газов, содержащем N цилиндров, в которых установлены поршни с образованием единой рабочей камеры, при этом суммарный ход поршней равен N*S, где S - ход поршня, согласно изобретению, цилиндры единой рабочей камеры расположены на одной оси либо на параллельных осях, а поршни установлены с возможностью поочередного поступательного движения с остановкой в верхней мертвой точке, причем начало движения следующего поршня начинается после остановки в верхней мертвой точке предыдущего, а в момент окончания нагнетания все поршни N цилиндров расположены в верхней мертвой точке.
Достигаемым техническим результатом является повышение ресурса работы компрессора и повышение его производительности.
На фиг. 1 представлено параллельное расположение цилиндров.
На фиг.2 представлен разрез А-А на фиг.1
На фиг. 3 представлено расположение цилиндров на одной оси, вариант 1.
На фиг. 4 представлено расположение цилиндров на одной оси, вариант 2.
Поршневой компрессор содержит корпус 1, с установленными цилиндрами 2 и возвратно-поступательно движущимися поршнями 3, причем цилиндры образуют единую рабочую камеру 4, в которой установлены всасывающий клапан 5 и нагнетательный клапан 6.
Поршневой компрессор работает следующим образом: в первоначальный момент времени поршни 3 находятся в нижних мертвых точках (НМТ). Движение поршней 3 происходит одновременно либо поочередно. При поочередном движении поршень одного цилиндра движется от НМТ к верхней мертвой точке (ВМТ) и останавливается, после этого начинает движение следующий поршень 3 и также останавливается в ВМТ и так далее до последнего цилиндра. Таким образом, суммарный ход поршней составляет N*S, где N - количество цилиндров 2, a S - ход поршня 3. В процессе движения поршней 3 от НМТ к ВМТ объем рабочей камеры 4 уменьшается, давление сжимаемого газа растет и при достижении давления нагнетания открывается нагнетательный клапан 6 и газ выходит из рабочей камеры 4 потребителю, при движении поршней от ВМТ к НМТ клапан всасывания 5 открыт и газ поступает в рабочую камеру 4. Поршни 3 достигают НМТ, рабочая камера заполнена газом и после этого процесс повторяется.
Таким образом, режим работы предложенной ступени с последовательно (это позволяет увеличить время сжатия газа и получить газ более низкой температуры) или одновременно движущимися (это позволяет сократить утечки сжимаемого газа через неплотности рабочей камеры) поршнями позволяет получить высокое давление нагнетания в одной ступени сжатия, поскольку имитируется изменение объема рабочей камеры, как и в аналоге с параметром ψ=S/D>10 при этом каждый из поршней за один цикл проходит путь в N раз короче, чем при одной рабочей камере. Известно, что при одинаковых условиях эксплуатации (скорость, температура, нагрузка) ресурс в парах трения напрямую зависит от пройденного пути [Основы трибологии (трение, износ, смазка): учеб. для техн. вузов / Э.Д. Браун [и др.]; под ред. А.В. Чичинадзе. - М.: Центр "Наука и техника", 1995. - 778 с]. Таким образом, ресурс работы уплотнений увеличивается в N раз.