ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР

ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР


RU (11) 2307953 (13) C1

(51) МПК
F04B 39/06 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2005141723/06 
(22) Дата подачи заявки: 2005.12.30 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.12.30 
(45) Опубликовано: 2007.10.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2244161 C2, 10.01.2005. SU 523190 A, 05.08.1976. SU 315791 А, 01.11.1971. SU 1495501 A1, 23.07.1989. ЕР 1643125 А, 05.04.2006. 
(72) Автор(ы): Юша Владимир Леонидович (RU); Бусаров Сергей Сергеевич (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" (RU) 
Адрес для переписки: 644050, г.Омск, пр. Мира, 11, ГОУ ВПО ОмГТУ, информационно-патентный отдел, О.И. Бабенко 

(54) ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР

Изобретение относится к поршневым компрессорам с охлаждением, работающим без смазки рабочей полости и предназначенным для сжатия и перемещения газов. Поршневой компрессор содержит цилиндр с всасывающими и нагнетательными клапанами. Крышка цилиндра и поршень размещены в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения. Корпус цилиндра выполнен с внутренними и наружными ребрами, которые образуются группой пластин N, причем каждая из групп состоит из пластин N1, N 2, N3, N4, количество пластин в которой может быть различным, кроме того пластины N1 выполнены внутренним диаметром d1=dц и наружным диаметром D1=Dp, пластины N2 выполнены внутренним диаметром d2=dц+2h p и наружным диаметром D2=D p-2Hp, пластины N 3 выполнены внутренним диаметром d3 =dц и наружным диаметром D 3=Dp-2Нр, а пластины N4 выполнены внутренним диаметром d4=dц+2h p и наружным диаметром D4=D p, где N1, N2 , N3, N4 - одна из групп пластин, d1 - внутренний диаметр пластины N1, d2 - внутренний диаметр пластины N2, d 3 - внутренний диаметр пластины N3 , d4 - внутренний диаметр пластины N 4, dц - внутренний диаметр цилиндра, hp - высота внутренних ребер цилиндра, Нр - высота внешних ребер цилиндра, D 1 - наружный диаметр пластины N1, D2 - наружный диаметр пластины N 2, D4 - наружный диаметр пластины N4, Dp - внешний диаметр цилиндра по высоте внешних ребер Нр . Нижняя часть цилиндра на расстоянии L может быть выполнена без ребер таким образом, что d1=d 2=d3=d4=d ц. Увеличивается коэффициент внутреннего оребрения при малой высоте ребра за счет уменьшения расстояния между ребрами, позволяющего в значительной степени охлаждать сжимаемый газ без существенного увеличения мертвого объема. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к поршневым компрессорам с охлаждением, работающим без смазки рабочей полости и предназначенным для сжатия и перемещения газов.

Известен поршневой компрессор с воздушным охлаждением, содержащий оребренный цилиндр, головку со всасывающим и нагнетательным клапанами, в котором для интенсификации процесса теплоотвода внешняя поверхность цилиндра оребрена [Авторское свидетельство СССР №1229181, 27.03.68, F04В 39/06].

Такая конструкция позволяет охлаждать цилиндр, но не позволяет в достаточной мере охлаждать сжимаемый газ, т.к. внутренняя поверхность цилиндра гладкая, а следовательно, мала и площадь внутреннего теплообмена, что не дает возможности передавать достаточное количество тепла от сжимаемого газа к охлаждающей среде. Известен поршневой компрессор, содержащий цилиндр с всасывающими и нагнетательными клапанами, крышку цилиндра и поршень, размещенный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения, уплотнение между цилиндром и поршнем в которых осуществлено с помощью лабиринтного уплотнения [Френкель М.И. Поршневые компрессоры, Л.: Машиностроение, 1969, с.744].

В данной конструкции значение коэффициента оребрения, получающегося за счет лабиринта, не позволяет в достаточной степени охлаждать сжимаемый газ.

Наиболее близким техническим решением является поршневой компрессор, содержащий цилиндр с всасывающими и нагнетательными клапанами, крышку цилиндра и поршень, размещенный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения [Патент на изобретение №2244161 от 01.10.2005, F04В 39/00].

Внутренняя поверхность крышки оребрена, что позволяет увеличить интенсивность отвода тепла от сжимаемого газа к охлаждаемому воздуху. Однако в данной конструкции при механической обработке невозможно получить значительный коэффициент внутреннего оребрения, позволяющего в достаточной степени охлаждать сжимаемый газ, т.к. высота ребер, получаемых при такой технологии, мала, при этом расстояние между ребрами - большое.

Задачей изобретения является увеличение коэффициента внутреннего оребрения при малой высоте ребра за счет уменьшения расстояния между ребрами, позволяющего в значительной степени охлаждать сжимаемый газ без существенного увеличения мертвого объема.

Указанный технический результат достигается тем, что в поршневом компрессоре, содержащем цилиндр с всасывающими и нагнетательными клапанами, крышку цилиндра и поршень, размещенный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения, корпус цилиндра выполнен с внутренними и наружными ребрами, которые образуются группой пластин N, причем каждая из групп состоит из пластин N1, N 2, N3, N4, количество пластин в которой может быть различным, кроме того пластины N1 выполнены внутренним диаметром d1=dц и наружным диаметром D1=Dp, пластины N2 выполнены внутренним диаметром d2=dц+2h p и наружным диаметром D2=D p-2Нр, пластины N 3 выполнены внутренним диаметром d3 =dц и наружным диаметром D 3=Dp-2Нр, а пластины N4 выполнены внутренним диаметром d4=dц+2h p и наружным диаметром D4=D p, где

N1, N 2, N3, N4 - одна из групп пластин,

d1 - внутренний диаметр пластины N1,

d 2 - внутренний диаметр пластины N2 ,

d3 - внутренний диаметр пластины N3,

d4 - внутренний диаметр пластины N4,

d ц - внутренний диаметр цилиндра,

h p - высота внутренних ребер цилиндра,

Н р - высота внешних ребер цилиндра,

D 1 - наружный диаметр пластины N1,

D2 - наружный диаметр пластины N 2,

D4 - наружный диаметр пластины N4,

Dp - внешний диаметр цилиндра по высоте внешних ребер Нр , 

кроме того, нижняя часть цилиндра на расстоянии L может быть выполнена без ребер таким образом, что d 1=d2=d3=d 4=dц.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен предложенный поршневой компрессор, на фиг.2 - группа оребренных пластин, на фиг.3 - группа не оребренных пластин.

Поршневой компрессор (фиг.1) состоит из крышки 1, нагнетательных 2 и всасывающих 3 клапанов, поршня 4 и цилиндра 5, выполненного с внутренними и наружными ребрами, которые образуются группой пластин N, причем каждая из групп состоит из пластин 6 (N1), 7 (N 2), 8 (N3), 9 (N4 ) (фиг.2), количество пластин в которой может быть различным, кроме того пластины 6 (N1) выполнены внутренним диаметром d1=dц и наружным диаметром D1=D p, пластины 7 (N2) выполнены внутренним диаметром d2=dц+2h p и наружным диаметром D2=D p-2Нр, пластины 8 (N 3) выполнены внутренним диаметром d3 =dц и наружным диаметром D 3=Dp-2Нр, а пластины 9 (N4) выполнены внутренним диаметром d4=dц+2h p и наружным диаметром D4=D p, где

N1, N 2, N3, N4 - одна из групп пластин,

d1 - внутренний диаметр пластины N1,

d 2 - внутренний диаметр пластины N2 ,

d3 - внутренний диаметр пластины N3,

d4 - внутренний диаметр пластины N4,

d ц - внутренний диаметр цилиндра,

h p - высота внутренних ребер цилиндра,

Н р - высота внешних ребер цилиндра,

D 1 - наружный диаметр пластины N1,

D2 - наружный диаметр пластины N 2,

D3 - наружный диаметр пластины N3,

Dp - внешний диаметр цилиндра по высоте внешних ребер Нр ,

кроме того, нижняя часть цилиндра 5 на расстоянии L может быть выполнена без ребер таким образом, что d 1=d2=d3=d 4=dц (фиг.3).

Чередование пластин 6, 7, 8, 9 позволяет получить внешнее и внутреннее оребрение цилиндра одновременно. Для уменьшения подогрева газа при всасывании нижняя часть цилиндра на расстоянии L может быть выполнена без ребер, таким образом, что d1=d 2=d3=d4=d ц, теплоотдающая поверхность мала, а основной процесс теплоотдачи происходит в конце процесса сжатия и при нагнетании, в этот момент коэффициент теплоотдачи воздуха из-за большого давления велик, а нижняя часть получается отсеченной от сжимаемого воздуха поршнем 4 и фактически не участвует в теплообмене.

Поршневой компрессор работает следующим образом. Поршень 4 совершает возвратно-поступательные движения, изменяя объем газовой полости цилиндра 5. При увеличении объема рабочий газ с температурой всасывания - Т вс и давлением всасывания - Рвс поступает через всасывающий клапан 3 в газовую полость цилиндра 5. При достижении максимального объема газовой полости всасывание прекращается, всасывающий клапан 3 закрывается, поршень меняет направление своего движения и начинается процесс сжатия в газовой полости, давление и температура газа внутри цилиндра 5 повышаются. При достижении давлением газа величины Рн - давление нагнетания, нагнетательный клапан 2 открывается, и дальнейшее уменьшение объема газовой полости в цилиндре 5 сопровождается выталкиванием рабочего газа, которое прекращается при минимальном объеме.

В процессе всасывания температура стенок рабочей камеры Твс>температуры всасываемого газа Тг, что ведет к подогреву газа в компрессоре. Для снижения подогрева нижняя часть цилиндра на расстоянии L может быть выполнена без ребер, что уменьшает площадь внутренней стенки цилиндра 5, а следовательно, и тепловой поток, подводимый к газу, пропорциональный площади этой стенки.

Таким образом, в предложенном поршневом компрессоре процесс сжатия и нагнетания характеризуется по сравнению с процессом всасывания более высокой температурой рабочего газа, которую стремятся снизить, и более высоким давлением. Так как количество тепла, отводимого от горячего газа к стенке рабочей камеры цилиндра 5, прямо пропорционально площади этой стенки и коэффициенту теплоотдачи, который растет с ростом давления, то оребренная поверхность цилиндра позволяет существенно увеличить площадь контакта, особенно в период, когда велико давление газа, а следовательно, увеличить количество тепла, отводимое от сжимаемого и нагнетаемого газа.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Поршневой компрессор, содержащий цилиндр с всасывающими и нагнетательными клапанами, крышку цилиндра и поршень, размещенный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения, отличающийся тем, что корпус цилиндра выполнен с внутренними и наружными ребрами, которые образуются группой пластин N, причем каждая из групп состоит из пластин N1, N2, N3, N 4, количество пластин в которой может быть различным, кроме того, пластины N1 выполнены внутренним диаметром d1=dц и наружным диаметром D1=D p, пластины N2 выполнены внутренним диаметром d2=dц+2h p и наружным диаметром D2=D p-2Hp, пластины N 3 выполнены внутренним диаметром d3 =dц и наружным диаметром D 3=Dp-2Нр, а пластины N4 выполнены внутренним диаметром d4=dц+2h p и наружным диаметром D4=D p, где N1, N2 , N3, N4 - одна из групп пластин,

d1 внутренний диаметр пластины N1;

d2 - внутренний диаметр пластины N2;

d3 - внутренний диаметр пластины N 3;

d4 - внутренний диаметр пластины N4;

dц - внутренний диаметр цилиндра;

hp - высота внутренних ребер цилиндра;

Нр - высота внешних ребер цилиндра;

D1 - наружный диаметр пластины N1;

D2 - наружный диаметр пластины N 2;

D4 - наружный диаметр пластины N4;

Dp - внешний диаметр цилиндра по высоте внешних ребер Нр .

2. Поршневой компрессор по п.1, отличающийся тем, что нижняя часть цилиндра на расстоянии L может быть выполнена без ребер таким образом, что d1=d 2=d3=d4=d ц.