ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР

ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР


RU (11) 2098661 (13) C1

(51) 6 F04B25/00, F04B31/00 

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

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

(21) Заявка: 95114196/06 
(22) Дата подачи заявки: 1995.08.08 
(45) Опубликовано: 1997.12.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. SU, авторское свидетельство N 857541, кл. F 04 B 31/00, 1981. 2. SU, авторское свидетельство N 1682624, кл. F 04 B 25/00, 1991. 
(71) Заявитель(и): Омский государственный технический университет 
(72) Автор(ы): Болштянский А.П. 
(73) Патентообладатель(и): Омский государственный технический университет 

(54) ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР 

Использование: в компрессоростроении и может быть использовано при создании поршневых компрессоров, к которым предъявляются высокие требования по чистоте сжимаемого газа и ресурса работы. Сущность изобретения состоит в том, что в компрессоре, содержащем запрессованный в корпус цилиндр с камерой сжатия, всасывающим и нагнетательным клапанами, установленный в цилиндре с радиальным зазором поршень, соединенный с механизмом привода, корпус цилиндра выполнен из материала, температурный коэффициент линейного расширения /ТКЛР/ которого больше ТКЛР материала цилиндра, и выполнен в виде усеченного конуса с основанием, направленным в сторону механизма привода, и углом наклона образующей к оси конуса. Для определения угла наклона введено отношение. Изобретение позволяет добиться равномерного по образующей цилиндра тепловой деформации, несмотря на существенный перепад температур, образующийся в процессе работы компрессора, что позволяет работать с минимальными зазорами и повысить КПД компрессора. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к компрессоростроению и может быть использовано при создании поршневых компрессоров, к которым предъявляются высокие требования по ресурсу работы и чистоте сжимаемого газа.

Известен поршневой компрессор включающий цилиндр с камерой сжатия, всасывающим и нагнетательным клапанами, картер и установленный в цилиндре с радиальным зазором поршень, имеющий боковую поверхность, служащую статическим подшипником [1]

Известен также поршневой компрессор, содержащий запрессованный в полый корпус цилиндр с размещенным в нем с радиальным зазором поршнем, имеющим боковую поверхность в виде газостатического подшипника, подпитываемого через дроссели, подключенные к полости сжатия и выполненные в виде набора шероховатых дисков, служащих частью цилиндра [2]

Недостатком известных конструкций является невысокий КПД вследствие значительных утечек через зазор между поршнем и стенками цилиндра, величина которого должна быть достаточно большой для компенсации неравномерных температурных деформаций цилиндра. Во время работы цилиндр с корпусом нагреваются, а значит и расширяются, неравномерно (верх больше, низ - меньше), в то время как поршень, не имея практически контакта с окружающей средой, нагревается более равномерно, что подтверждено экспериментально. Это обстоятельство особенно сильно проявляется при использовании для центрирования поршня газостатического подвеса с питанием через полость поршня, заполняемую через обратный клапан из полости цилиндра горячим сжатым газом. В связи с изложенным приходится для обеспечения работоспособности конструкции существенно уменьшать ход поршня и, таким образом, снижать скорость его перемещения в цилиндре и производительность компрессора. Это, в свою очередь, приводит к неизбежному увеличению относительного мертвого пространства и относительных (по отношению к производительности) утечек сжимаемого газа и особенно относительному расходу газа на центрирование поршня, что существенно снижает КПД компрессора.

Задачей изобретения является повышение КПД компрессора путем снижения неравномерности температурной деформации цилиндра.

Поставленная задача может быть решена за счет того, что в компрессоре, содержащем запрессованный в корпус цилиндр с камерой сжатия, всасывающим и нагнетательным клапанами, установленный в цилиндре с радиальным зазором поршень, соединенный с механизмом привода, корпус цилиндра выполнен из материала, температурный коэффициент которого (ТКЛР) больше ТКЛР материала цилиндра и выполнен в виде усеченного конуса с основанием, направленным в сторону механизма привода, и углом наклона образующей к оси конуса, определяемым соотношением.



где C1 наружный радиус вершины усеченного конуса;

C2 наружный радиус основания усеченного конуса;

L высота конуса,

причем C1 и C2 определяются из соотношений



где b наружный радиус цилиндра,



где a внутренний радиус цилиндра;

к температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) материала корпуса цилиндра;

ц ТКЛР материала цилиндра;

1,2 соответственно ТКЛР низа и верха прессового соединения корпуса и цилиндра;

ц коэффициент Пуассона материала цилиндра;

к коэффициент Пуассона материала корпуса;

Eк, Eц соответственно модули упругости материалов корпуса и цилиндра;

при этом



где T2 температура верха корпуса цилиндра после выхода компрессора на установившийся тепловой режим работы (определяется расчетным путем или экспериментально по компрессору-аналогу);

T1 температура низа корпуса цилиндра после выхода компрессора на установившийся тепловой режим работы (определяется расчетным путем или экспериментально по компрессору-аналогу);

T0 температура корпуса цилиндра до запуска компрессора (определяется по температуре окружающей среды).

Изобретение позволяет сохранить неизменной геометрию зазора вдоль образующей цилиндра, т.е. добиться одинакового расширения верхней и нижней части цилиндра, несмотря на существенный перепад температур между ними, образующийся в процессе сжатия газа компрессором.

Уравнение (1) получено из геометрических соотношений. В основу уравнений (2) и (3) положены зависимости, приведенные в книге "Опоры скольжения с газовой смазкой" под ред. Шейнберга С.А. М. Машиностроение, 1979, с. 6-27 для расчета прессового соединений двух цилиндрических труб.

На чертеже схематично изображено продольное сечение компрессора с бесконтактным уплотнением поршня, имеющего газостатический подвес, обеспечивающий надежное центрирование.

Компрессор состоит из цилиндра 1, запрессованного в конический корпус 2, которые с поршнем 3 и клапанной плитой 4 образуют рабочую полость 5. Поршень 3 выполнен полым и связан с рабочей полостью 5 через обратный клапан 6 и с зазором 7 через дроссели 8, равномерно расположенные по окружности. Клапаны 9 и 10 служат для организации всасывания и нагнетания газа, шток 11 соединен с механизмом привода и служит для перемещения поршня 3. Наружная поверхность корпуса 2 расширяется под углом к оси цилиндра в направлении механизма привода.

Компрессор работает следующим образом. При возвратно-поступательном движении поршня 3 происходит изменение объема полости 5, в результате чего газ всасывается через клапан 9 и нагнетается потребителю через клапан 10. Кроме того, сжатый газ через клапан 6 попадает в полость поршня 3 и истекает из оттуда через дроссели 8 в зазор 7, образуя несущий газовый слой, удерживающий поршень 3 от касания о стенки цилиндра 1. Выделяющаяся при сжатии теплота передается поршню 3, цилиндру 1 и корпусу 2. При этом поршень 3 нагревается практически равномерно по длине, а на цилиндре появляется существенный перепад температур. Однако благодаря тому, что цилиндр запрессован в корпус, выполненный из материала с ТКЛР большим, чем ТКЛР материала цилиндра, и расширяется в сторону механизма привода (в сторону меньшей теплонапряженности), температурные деформации прессового соединения "корпус-цилиндр" выравниваются, обеспечивая одинаковый зазор между поршнем и цилиндром вдоль его образующей.

Это дает возможность выполнять зазор между поршнем и цилиндром минимальным, снижая тем самым утечки газа и затраты его на центрирование поршня, использовать большой ход поршня, снижая относительные потери от утечек и на центрирование, увеличить производительность и КПД компрессора. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Поршневой компрессор, содержащий запрессованный в корпус цилиндр с камерой сжатия, всасывающим и нагнетательным клапанами, установленный в цилиндре с радиальным зазором поршень, соединенный с механизмом привода, отличающийся тем, что корпус цилиндра выполнен из материала, температурный коэффициент линейного расширения которого (ТКЛР) больше ТКЛР материала цилиндра и выполнен в виде усеченного конуса с основанием, направленным в сторону механизма привода, и углом наклона образующей к оси конуса, определяемым соотношнием



где С1 наружный радиус вершины усеченного конуса;

С2 наружный радиус основания усеченного конуса;

L высота конуса,

причем С1 и С2 определяются из соотношений



где b наружный радиус цилиндра;



где a внутренний радиус цилиндра;

к- ТКЛР материала корпуса цилиндра;

ц- ТКЛР материала цилиндра;

1,2- приведенный ТКЛР низа и верха прессового соединения цилиндра и корпуса цилиндра;

ц- коэффициент Пуассона материала цилиндра;

к- коэффициент Пуассона материала корпуса;

Ек, Ец соответственно модули упругости материалов корпуса и цилиндра,

при этом



где

Т1 температура низа цилиндра при установившемся тепловом режиме;

Т2 температура верха цилиндра при установившемся тепловом режиме;

Т0 температура корпуса цилиндра до запуска компрессора.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Насосы и компрессорное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+центробежный -насос".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "насос" будут найдены слова "насосы", "насосом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("насос!").



Рейтинг@Mail.ru