Устройство для сжатия газа в цилиндрах двухстороннего действия с гидравлическим управлением
DEVICE FOR GAS COMPRESSION IN DOUBLE-ACTING CYLINDERS WITH HYDRAULIC CONTROL

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в компрессорном оборудовании для нагнетания газа под высоким давлением.
Известно устройство компрессора (А.с. №1687855 СССР; МПК F04B 35/02; опубл. 30.10.1989), содержащее две рабочие камеры, снабженные эластичными перегородками с газовыми и гидравлическими полостями, гидролинию, соединяющую гидравлические полости, включенный в гидролинию реверсирующий гидрораспределитель и установленные на камерах контакторы, электрически соединенные с гидрораспределителем.
Недостатком известного устройства компрессора является сложная и недостаточно надежная конструкция электромеханической системы управления попеременной работой рабочих камер.
Известно устройство газокомпрессорной системы (Патент №4585039 США; МПК В65В 31/00; опубл. 25.04.1986), содержащее механизм преобразования энергии давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа и гидравлическое устройство управления этим механизмом.
Недостатком известного устройства газокомпрессорной системы является наличие в системе управления попеременной работой цилиндров электрических приборов управления в виде электронных реле и электромагнитных клапанов переменного положения, требующих дополнительного электроснабжения устройства.
Известно устройство для преобразования энергии давления жидкости в энергию сжатого газа (Патент №2695169 РФ; МПК F04B 35/008; опубл. 22.07.2019), содержащее механизм преобразования энергии давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа, включающий в себя обратные пневматические клапаны, соединенные как с входным портом низкого давления, так и с выходным портом высокого давления, гидравлическое устройство управления механизмом преобразования энергии давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа, включающее входной порт подачи рабочей жидкости под давлением, управляемые гидравлически два нормально открытые и три нормально закрытые двухпозиционные двухлинейные гидрораспределители, гидравлические редукционные регулируемые и обратные клапаны, соединительные и сливные трубопроводы, гидробак. Принято за прототип.
Недостатком известного устройства для преобразования энергии давления жидкости в энергию сжатого газа является сложная конструкция механизма преобразования энергии давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа.
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в упрощении конструкции и снижении металлоемкости устройства.
Технический результат достигается тем, что устройство для сжатия газа в цилиндрах двухстороннего действия с гидравлическим управлением, содержащее механизм преобразования энергии давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа, включающий в себя обратные пневматические клапаны, соединенные как с входным портом низкого давления, так и с выходным портом высокого давления, гидравлическое устройство управления механизмом преобразования энергии давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа, включающее входной порт подачи рабочей жидкости под давлением, управляемые гидравлически два нормально открытые и три нормально закрытые двухпозиционные двухлинейные гидрораспределители, гидравлические редукционные регулируемые и обратные клапаны, соединительные и сливные трубопроводы, гидробак, согласно изобретению, механизм преобразования энергии давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа дополнительно содержит две или более пар цилиндров двухстороннего действия с подпружиненными штоками, в которых штоковые полости могут выполнять как функцию гидроцилиндров, а поршневые - пневмоцилиндров, так и наоборот.
На фиг. 1 изображена схема устройства для сжатия газа в цилиндрах двухстороннего действия с гидравлическим управлением.
Устройство для сжатия газа в цилиндрах двухстороннего действия с гидравлическим управлением содержит механизм преобразования энергии 1 давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа и гидравлическое устройство 2 управления механизмом преобразования энергии 1 давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа. Механизм преобразования энергии 1 давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа состоит из двух или более пар цилиндров двухстороннего действия 3, 4, штоковые полости которых могут выполнять как функции гидроцилиндров, а поршневые - пневмоцилиндров, так и наоборот, причем штоки цилиндров двухстороннего действия 3, 4 подпружинены возвратными пружинами 5. Поршневые полости цилиндров двухстороннего действия 3, 4 с помощью обратных пневматических клапанов 6, 7 соединены как с входным портом низкого давления 10, так и с помощью обратных пневматических клапанов 8, 9 с выходным портом высокого давления 11. Гидравлическое устройство 2 управления механизмом преобразования энергии 1 давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа содержит входной порт подачи рабочей жидкости под давлением 12, управляемые гидравлически двухпозиционные двухлинейные гидрораспределители 13-17, из которых 13 и 15 - нормально закрытые гидрораспределители, 14 и 16 - нормально открытые гидрораспределители, 17 - дополнительный нормально закрытый гидрораспределитель, гидравлические редукционные регулируемые 18, 19 и обратные 20, 21 клапаны, соединительные 22-29 и сливные 30, 31 трубопроводы, гидробак 32. Штоковые полости каждого из цилиндров двухстороннего действия 3, 4 соединены посредством соединительных трубопроводов 22-29, нормально открытых 14, 16 и нормально закрытых 13, 15 гидрораспределителей и гидравлических обратных клапанов 20, 21 с входным портом подачи рабочей жидкости под давлением 12 гидравлического устройства 2 управления механизмом преобразования энергии 1 давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа. При этом штоковые полости каждого из цилиндров двухстороннего действия 3, 4 при работе устройства автоматически попеременно соединяются с входным портом подачи рабочей жидкости под давлением 12 посредством нормально открытых 14, 16 и нормально закрытых 13, 15 гидрораспределителей, гидравлических редукционных регулируемых 18, 19 и обратных 20, 21 клапанов, обеспечивающих с помощью дополнительного нормально закрытого гидрораспределителя 17 подачу рабочей жидкости в штоковые полости цилиндров двухстороннего действия 3, 4 при их рабочем ходе и сброс жидкости в гидробак 32 при возвращении в исходное положение штоков цилиндров двухстороннего действия 3, 4 под воздействием их возвратных пружин 5.
Работа устройства для сжатия газа в цилиндрах двухстороннего действия с гидравлическим управлением заключается в следующем.
В исходном положении устройства для сжатия газа в цилиндрах двухстороннего действия с гидравлическим управлением, при отсутствии давления рабочей жидкости на входном порте подачи рабочей жидкости под давлением 12, поршни обоих цилиндров двухстороннего действия 3, 4 полностью выдвинуты из цилиндров под воздействием усилий возвратных пружин 5, размещенных на штоках этих цилиндров. При подаче рабочей жидкости под давлением на входной порт подачи рабочей жидкости под давлением 12 она беспрепятственно поступает через нормально открытый гидрораспределитель 14, гидравлический обратный клапан 20 и соединительный трубопровод 25 в штоковую полость цилиндра двухстороннего действия 3. При этом гидравлический редукционный регулируемый клапан 18 закрывает доступ рабочей жидкости в соединительные трубопроводы 23 и 27, посредством которых осуществляется гидравлическое управление нормально открытыми 14, 16 и нормально закрытыми 13, 15 гидрораспределителями, предотвращая их срабатывание. Далее, под воздействием рабочей жидкости, шток цилиндра двухстороннего действия 3 вдвигается полностью в цилиндр, разжимая возвратную пружину 5 и сжимая находящийся в поршневой полости цилиндра двухстороннего действия 3 газ, который через обратный пневматический клапан 8 под давлением поступает потребителю через выходной порт высокого давления 11. При этом, вследствие возросшего давления рабочей жидкости в штоковой полости цилиндра двухстороннего действия 3 и соответственно в соединительном трубопроводе 25 от поступающей под давлением рабочей жидкости через входной порт подачи рабочей жидкости под давлением 12, гидравлический редукционный регулируемый клапан 18 срабатывает, открывая доступ рабочей жидкости в соединительные трубопроводы 23 и 27, вследствие чего нормально открытые 14, 16 и нормально закрытые 13, 15 гидрораспределители переключаются из исходной первой (положение на фиг. 1) во вторую позицию. В результате этого нормально открытый гидрораспределитель 14 после переключения в закрытую позицию перекрывает доступ рабочей жидкости с входного порта подачи рабочей жидкости под давлением 12 по соединительному трубопроводу 25 в штоковую полость цилиндра двухстороннего действия 3, а с помощью нормально закрытого гидрораспределителя 13, переключенного в открытую позицию, рабочая жидкость посредством соединительного 22 и сливного 30 трубопроводов вытесняется под воздействием возвратной пружины 5 цилиндра двухстороннего действия 3 в гидробак 32. Одновременно с этим, под воздействием возвратной пружины 5 шток цилиндра двухстороннего действия 3 выдвигается из него, создавая в его поршневой полости разряжение газа, приводящее к закрытию обратного пневматического клапана 8, открытию обратного пневматического клапана 6 и поступлению очередной порции газа низкого давления через входной порт низкого давления 10 в поршневую полость цилиндра двухстороннего действия 3.
После окончания работы цилиндра двухстороннего действия 3 включение в работу цилиндра двухстороннего действия 4 осуществляется также автоматически с помощью переключенных во вторую позицию нормально закрытого 15 и нормально открытого 16 гидрораспределителей следующим образом. Нормально открытый гидрораспределитель 16, переключенный в закрытую позицию, перекрывает слив рабочей жидкости из штоковой полости цилиндра двухстороннего действия 4 в гидробак 32 посредством соединительных 26, 28 и сливного 30 трубопроводов. В то же время нормально закрытый гидрораспределитель 15, переключенный в открытую позицию, открывает доступ рабочей жидкости, поступающей под давлением от входного порта подачи рабочей жидкости под давлением 12 по соединительному трубопроводу 24 через гидравлический обратный клапан 21 и соединительные трубопроводы 29 и 26 в штоковую полость цилиндра двухстороннего действия 4. Далее работа цилиндра двухстороннего действия 4 осуществляется аналогично уже рассмотренному случаю работы цилиндра двухстороннего действия 3. После полного заполнения штоковой полости цилиндра двухстороннего действия 4 рабочей жидкостью давление в нем и соединительных трубопроводах 24, 26, 29 возрастает, вследствие чего срабатывает гидравлический редукционный регулируемый клапан 19, который переключает дополнительный нормально закрытый гидрораспределитель 17 в открытую позицию. В результате этого рабочая жидкость, посредством соединительных 23, 27 и сливного 31 трубопроводов, вытесняется в гидробак 32 из управляющих гидроэлементов (пилотов) нормально открытых 14, 16 и нормально закрытых 13, 15 гидрораспределителей, которые таким образом переключаются в исходную первую позицию (изображено на фиг. 1). В свою очередь, вернувшийся в исходное положение нормально открытый гидрораспределитель 16 возвращает в исходное (закрытое) положение гидравлический редукционный регулируемый клапан 19 вследствие уменьшения давления в соединительном трубопроводе 29 из-за сброса рабочей жидкости в гидробак 32 посредством соединительных 26, 28 и сливного 30 трубопроводов. Таким образом, устройство для сжатия газа в цилиндрах двухстороннего действия с гидравлическим управлением вернулось в исходное состояние, после чего в автоматическом режиме начинается очередной цикл его рабочего процесса, аналогично описанной выше последовательности. При необходимости использования штоковых полостей в качестве пневмоцилиндров, а поршневых полостей в качестве гидроцилиндров работа устройства аналогична представленному выше процессу.
Предлагаемое устройство для сжатия газа в цилиндрах двухстороннего действия с гидравлическим управлением позволяет разрабатывать более совершенные технологические процессы, системы и гидропневмоприводы машин и оборудования. В частности, устройство может найти широкое применение при транспортировании и аккумулировании различных газов под давлением, а также при создании эффективных рекуперативных механизмов и систем как стационарного оборудования, так и транспортных средств. При этом производительность получаемого сжатого газа может быть легко повышена до необходимой величины путем увеличения числа параллельно подключаемых пар цилиндров двухстороннего действия.