АВТОНОМНЫЙ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИЙ АГРЕГАТ

Полезная модель относится к области компрессоростроения, в частности к газоперекачивающим агрегатам головных, линейных и дожимных компрессорных станций.
Известны различные устройства, ускоряющие основные технологические процессы дополнительным воздействием на вещество (см., патент RU 2003100176, кл. F02C 6/00).
Достоинством таких устройств является то, что в качестве топлива для питания силового агрегата используется перекачиваемый газ, и подвод дополнительной энергии не требуется. Все это сопровождается существенной экономической эффективностью.
Недостатком устройств-аналогов является то, что для их реализации требуются значительные затраты энергии и создание дополнительного дорогостоящего и громоздкого оборудования, содержащего технически сложные детали, вращающиеся с высокой частотой.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство по патенту №2256821, кл. F04D 25/08 под названием «АВТОНОМНЫЙ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА» (прототип). В качестве силового агрегата в нем используется газотурбинный двигатель, а в качестве нагнетателя газа - турбокомпрессор. Газотурбинный двигатель вращает турбогенератор, а турбонагнетатель приводится во вращение с помощью электродвигателя. Недостатками прототипа является, то что:
1. Эта конструкция может работать только в дефлаграционном режиме горения.
2. Агрегат технически сложен, содержит сложные детали, вращающиеся с большой скоростью, имеет малый ресурс, а также требует высоких затрат на обслуживание и ремонт.
3. Комплекс обладает высокими потерями в различных агрегатах.
Предлагаемая полезная модель решает тех. задачу повышения КПД, снижения стоимости, увеличение срока работы и повышения ремонтопригодности агрегата за счет того, что силовой агрегат выполнен в виде свободнопоршневого двигателя, а нагнетатель газа выполнен в виде одного или более свободнопоршневых компрессоров, поршни которых соединены устройством, передающим усилие.
Поставленная техническая задача решается тем, что силовой агрегат выполнен в виде свободнопоршневого двигателя, а нагнетатель газа выполнен в виде одного или более свободнопоршневых компрессоров, поршни которых соединены устройством, передающим усилие, при этом выхлопное отверстие силового агрегата соединено со входом импульсной турбины, установленной для предварительного сжатия газа либо получения электроэнергии.
Свободнопоршневой двигатель характеризуется тем, что стенки поршня и камеры сгорания имеют специальные отверстия и в момент инициирования горения эти отверстия не совмещены, поэтому камера сгорания закрыта, а по мере движения поршня отверстия совмещаются, и происходит наполнение камеры сгорания горючей смесью и выхлоп продуктов сгорания из камеры сгорания. Поршень производит возвратно-поступательные движения, а мощность снимается со штока, жестко закрепленного на поршне.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, состоит в повышении КПД, снижении стоимости, увеличении срока работы, повышении ремонтопригодности и обеспечении работы, как при детонационном, так и при дефлаграционном сгорании топлива. Реализация цикла горения топлива при закрытой камере сгорания снижает расход топлива.
Сущность предложенной полезной модели поясняется схемой, показанной на фиг.1. Автономный газоперекачивающий агрегат состоит из корпуса 1, поршня 2, компрессорной камеры 3, камеры сгорания 4, пружинного толкателя 5, перепускного канала 6, выпускного канала 7, входного отверстия перепускного канала 8, выходного отверстия перепускного канала 9, входного отверстия выпускного канала 10, перепускных отверстий в поршне 11 и 12, воздухозаборника 13, инжектора горючего 14, выпускного отверстия 15, запальника 16, передающего усилие устройства 17, корпуса компрессора 18, поршня 19, 3, впускного клапана 20, выпускного клапана 21, впускного трубопровода 22 и выпускного трубопровода 23.
В зависимости от особенностей эксплуатации могут применяться различные конструкции инжекторов горючего 14 и запальников 16. Выпускное отверстие 15 может быть соединено со входом импульсной турбины, использующейся для привода компрессора предварительного сжатия либо генератора электрического тока. Воздухозаборник схематично изображен отверстием в стенке компрессорной камеры силового агрегата.
Работа автономного газоперекачивающего агрегата происходит следующим образом:
На первом этапе такта I (этап сгорания) поршень 2 находится в крайнем правом положении. Камера сгорания 4 заполнена горючей смесью. Стенки поршня перекрывают отверстия 8, 9 и 10 в перепускном канале 6 и в выпускном канале 7 соответственно. Запальник 16 инициирует горение в камере сгорания. В камере сгорания 4 происходит сжигание горючего. На поршень 2 действует перепад давления, и он начинает двигаться влево.
На втором этапе такта I (этап выхлопа) поршень 2 движется влево в сторону компрессорной камеры 3. Отверстие 12 в поршне совмещается с отверстием 10 в выпускном канале 7. Происходит истечение продуктов сгорания из камеры сгорания 4 наружу через отверстия 15.
На третьем этапе такта I (этап сжатия) поршень 2 продолжает вследствие инерции движение влево. Стенки поршня 2 перекрывают отверстие воздухозаборника 13, и происходит сжатие воздуха в компрессорной камере 3 до давления 20 атм и выше. Пружинный толкатель 5 начинает сжиматься и поршень останавливается.
На четвертом этапе такта I (этап перепуска) отверстия в поршне 11 и 12 совмещаются с отверстиями 8 и 9 перепускного канала. Происходит перепуск воздуха из компрессорной камеры 3 в камеру сгорания 4 с инжекцией горючего через инжектор 14. При этом пружинный толкатель 5 сжат.
На такте II работы поршень 2 возвращается в начальное положение под действием пружинного толкателя 5. Стенки поршня 2 открывают отверстие воздухозаборника 13. Окружающий воздух засасывается в компрессорную камеру 3 за счет разрежения, созданного при движении поршня. После этого цикл работы камеры повторяется.
Работа поршневого компрессора происходит следующим образом:
При движении поршня 19 влево происходит наполнение компрессорной камеры перекачиваемым газом из подающего трубопровода 22 через клапан 20, при этом клапан 21 предотвращает истечение газа из принимающего трубопровода 23.
При движении поршня 19 вправо происходит вытеснение перекачиваемого газа из компрессорной камеры в принимающий трубопровод 23 через клапан 21, при этом клапан 20 предотвращает истечение газа в подающий тpyбoпpoвoд 22.
Использование предложенного устройства приводит к следующему:
1. Повышается давление в газовой магистрали.
2. Снижается расход топлива, обусловленный реализацией высокоэффективного термодинамического цикла, близкого к циклу при постоянном объеме.
3. Обеспечивается возможность работы как при дефлаграционном, так и при детонационном горении.