ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР

ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР


RU (11) 2156887 (13) C2

(51) 7 F04B37/16 

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

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

(21) Заявка: 96112721/06 
(22) Дата подачи заявки: 1996.06.18 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1996.06.18 
(45) Опубликовано: 2000.09.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: МИХАЙЛОВ А.К. и др. Компрессионные машины. Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с. 288. SU 1590644 А1, 07.09.1990. SU 1765514 А1, 30.09.1992. GB 1168527 А2, 29.10.1969. CH 640606 А5, 13.01.1984. DE 4018055 А1, 12.12.1991. 
(71) Заявитель(и): Чоповский Борис Петрович 
(72) Автор(ы): Чоповский Б.П.; Козулин В.Б.; Козулин Н.В. 
(73) Патентообладатель(и): Чоповский Борис Петрович 
Адрес для переписки: 620077, г.Екатеринбург, ул. Шейнкмана 19, кв. 8, Чоповскому Б.П. 

(54) ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР 

Поршневой компрессор может быть использован для сжатия газообразной среды или для получения вакуума. Впускные и выпускные окна цилиндра соединены с всасывающими и нагнетательными клапанами. Поршень размещен в цилиндре. Над поршнем при его положении в верхней мертвой точке образован объем мертвого пространства цилиндра. Целью изобретения является повышение производительности и достижение большего вакуума, для чего необходимо уменьшить влияние объема мертвого пространства цилиндра. Впускные окна всасывающих клапанов расположены на участке цилиндра в осевом направлении так, что их верхняя кромка находится на уровне или вблизи от торцевой кромки поршня при его положении в точке окончания расширения газа из объема мертвого пространства до величины давления всасывания. На участке цилиндра в осевом направлении над или ниже торцевой кромки поршня при его положении в нижней мертвой точке выполнены дополнительные окна, соединенные напрямую с камерой всасывания. В поршне выполнен перепускной канал, соединяющий впускные окна всасывающих клапанов с дополнительными окнами в момент подхода поршня к верхней мертвой точке. Такое выполнение позволяет повысить производительность и обеспечить достижение большего вакуума путем уменьшения влияния объема мертвого пространства цилиндра. 2 з.п. ф-лы, 5 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к конструкции поршневых компрессоров (ПК), используемых для сжатия газообразной среды или для получения вакуума.

В настоящее время известны различные конструкции ПК, у которых в качестве газораспределительных органов используются самодействующие или принудительного действия всасывающие и нагнетательные клапаны, которые подключаются к цилиндру через соответственно впускные и выпускные окна.

Наличие клапанов, а также впускных и выпускных окон в цилиндре вызывает увеличение объема мертвого пространства цилиндра над поршнем при положении поршня в верхней мертвой точке (ВМТ), который снижает коэффициент наполнения цилиндра и производительность ПК.

При этом клапаны и окна имеют свой индивидуальный объем мертвого пространства. Отрицательное влияние объема мертвого пространства тем больше, чем выше степень сжатия в цилиндре. Особенно это ощущается у вакуумных компрессоров, степень сжатия в цилиндре у которых может быть больше десяти. В результате при достижении расчетной предельной степени сжатия вакуумный компрессор перестает откачивать газ из системы, т.к. объем вредного мертвого пространства цилиндра после расширения становится соизмерим с рабочим объемом цилиндра, который описывается поршнем.

У всех известных конструкций ПК всасывающие и нагнетательные клапаны, самодействующие или принудительные, располагаются в верхней части цилиндра или в крышке цилиндра и сообщаются с цилиндром через окна. Соответственно в суммарный объем мертвого пространства цилиндра входят объемы мертвого пространства этих элементов (Михайлов А.К., Ворошилов В.П. Компрессорные машины. Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с. 288).

Предлагаемая конструкция ПК, так же как и известные ПК, содержит цилиндр с впускными и выпускными окнами, соединенными с всасывающими и нагнетательными клапанами, поршень цилиндра и объем мертвого пространства над поршнем при его положении в ВМТ.

Целью изобретения является повышение производительности ПК и возможность получения большего вакуума, для чего необходимо уменьшить влияние объема мертвого пространства цилиндра.

Это достигается тем, что впускные окна всасывающих клапанов расположены на участке цилиндра в осевом направлении так, что их верхняя кромка находится на уровне или вблизи от торцевой кромки поршня при его положении в точке окончания расширения газа из объема мертвого пространства до величины давления всасывания, а на участке цилиндра в осевом направлении над или ниже торцевой кромки поршня при его положении в нижней мертвой точке (НМТ) выполнены дополнительные окна, соединенные напрямую с камерой всасывания. При этом в поршне выполнен перепускной канал, соединяющий впускные окна всасывающих клапанов с дополнительными окнами в момент подхода поршня к верхней мертвой точке.

Изложенная сущность изобретения поясняется на фиг. 1-5, на которых на фиг. 1, 2 и 3 показаны схемы ПК с различным положением поршней в цилиндре, на фиг. 4 показаны для сравнения две теоретические индикаторные диаграммы рабочего процесса ПК в координатах давление - ход поршня (P), на фиг. 5 показана схема расположения кривошипа и поршня в характерных точках индикаторной диаграммы.

В качестве примера рассматривается одноступенчатый одноцилиндровый ПК, у которого степень сжатия в цилиндре больше 3, в частности ПК для получения вакуума.

Предлагаемая конструкция ПК содержит цилиндр 1 с впускными 2 и выпускными 3 окнами, соединенными соответственно с всасывающими 4 и нагнетательными 5 клапанами, дополнительные окна 6 и поршень 7, соединенный с помощью шатуна 8 с кривошипом 9.

Впускные окна 2 имеют верхнюю кромку 10, а поршень 7 имеет торцевую кромку 11. Всасывающие клапаны 4 и дополнительные окна 6 соединены индивидуальными патрубками 12 с камерой всасывания 13, а нагнетательные клапаны соединены с камерой нагнетания 14.

Впускные окна 2 всасывающих клапанов 4 расположены на участке цилиндра в осевом направлении так, что их верхняя кромка 10 находится на уровне или вблизи от торцевой кромки 11 поршня 7 при его положении в точке окончания расширения газа из объема мертвого пространства до величины давления всасывания.

Дополнительные окна 6 соединены напрямую (без взасывающих клапанов) с камерой всасывания 13 и расположены на участке цилиндра в осевом направлении над или ниже торцевой кромки 11 поршня 7 при его положении в НМТ. При этом в поршне 7 выполнен перепускной канал 15, соединяющий окна 2 всасывающих клапанов 4 с дополнительными окнами 6 в момент подхода поршня к ВМТ.

Для пояснения принципа работы ПК на фиг. 4 приведены индикаторные диаграммы рабочего цикла ПК в координатах PV, на которых использованы обозначения:

ВМТ - верхняя мертвая точка,

НМТ - нижняя мертвая точка,

P - давление в цилиндре,

V - объем,

Pн - давление нагнетания,

Pа - атмосферное давление,

Pв - давление всасывания,

Vп - объем, описываемый поршнем,

Vв - объем, поступающий в цилиндр по условиям всасывания,

Vн - объем, выпускаемый из цилиндра по условиям нагнетания,

Vм - суммарный объем мертвого пространства,

Vмвк - объем мертвого пространства всасывающих клапанов и окон, впускных окон,

Vр - объем расширенного суммарного мертвого пространства до давления всасывания,

1 - точка окончания впуска и начало сжатия,

2 - точка окончания сжатия и начало выпуска,

3 - точка окончания выпуска и начало расширения газа из объема мертвого пространства,

- точка окончания расширения объема суммарного мертвого пространства до давления всасывания,

5 - величина давления возможного максимального вакуума.

На фиг. 4 одна индикаторная диаграмма соответствует рабочему циклу ПК ближайшего прототипа, у которого всасывающие клапаны и впускные окна находятся над поршнем при его положении в ВМТ. Другая индикаторная диаграмма соответствует рабочему циклу предлагаемого ПК. На этой диаграмме все характерные точки имеют такой же номер, как и на первой, но приведены со знаком штрих.

Принцип работы ПК заключается в следующем.

На фиг. 1 показано начало рабочего цикла в точке 1. В этом положении поршень находится в НМТ и начинает движение вверх, что вызывает в цилиндре процесс сжатия газа. Газ сжимается в цилиндре 1, а также в объеме мертвого пространства нагнетательных клапанов 5 и всасывающих клапанов 4. По мере движения поршня вверх окна 2 всасывающих клапанов 4 при давлении меньшем Pн перекрываются поршнем и сжатие объема мертвого пространства всасывающих клапанов 4 прекращается и остается на расчетном уровне. В точке 2' давление до и после нагнетательных клапанов 5 выравнивается, и начинается процесс выталкивания газа на участке 2'-3, где точка 3 соответствует ВМТ. Величина этого отрезка V'н характеризует производительность ПК.

При положении поршня 7 в ВМТ, как показано на фиг. 2, окна 2 всасывающих клапанов 4 с помощью перепускного канала 15 на поршне соединяются с дополнительными окнами 6. В результате газ, сжатый в объеме мертвого пространства всасывающих клапанов 4, полностью стравливается в камеру всасывания 13, что исключает его дальнейшее вредное действие при расширении когда поршень откроет окна 2 всасывающих клапанов.

После ВМТ поршень 7 начинает двигаться вниз и начинается расширение объема мертвого пространства только из нагнетательных клапанов 5 и их окон 3. Расширение газа идет до точки 4' на диаграмме, которая соответствует давлению в камере всасывания 13. В этой же точке 4, которая соответствует совмещению торцевой кромки 11 поршня 7 с верхней кромкой 10 впускных окон 2, как показано на фиг. 3, начинается открытие впускных окон 2 всасывающих клапанов 4 и сразу начинается процесс начала всасывания в цилиндре 1, т.к. объем мертвого пространства всасывающих клапанов уже имеет давление, равное давлению в камере всасывания 13. Процесс всасывания идет на участке 4' - 1 и равен объему V'в. После точки 1 рабочий процесс ПК повторяется.

Как видно из индикаторных диаграмм, объем V'н больше Vн, V'в больше Vв. Кроме того, продолжение политропы расширения 3-4' до точки 5 по отношению к политропе расширения 3 - 4 - 5 показывает, что предложенный вариант конструкции ПК позволяет получить больший максимально достижимый вакуум в случае использования ПК как вакуумного.

Дополнительные окна 6 могут располагаться над или ниже торцевой кромки 11 поршня 7 при его положении в НМТ.

В первом случае, как показано на фиг.1 - 3, дополнительные окна 6 выполняют роль как перепускных, так и впускных окон, которые вступают в работу, когда поршень 7 подходит к НМТ и позволяют уменьшить сопротивление всасывающего тракта.

Во втором случае дополнительные окна 6 используется только как перепускные.

Предложенный вариант конструкции теоретически может быть применен на всех типах газовых ПК при их новом проектировании и позволит увеличить коэффициент наполнения цилиндра, а следовательно, позволит увеличить их удельную к массе производительность.

Наибольший эффект будет получен при использовании ПК как вакуумного, у которого высокая степень сжатия, а объем мертвого пространства, в том числе всасывающих клапанов, имеет наибольшее отрицательное влияние.

На фиг. 1-5 рассмотрен вариант вакуумного компрессора с высокой степенью сжатия. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Поршневой компрессор для сжатия газообразной среды или для получения вакуума, содержащий цилиндр с впускными и выпускными окнами, соединенными с всасывающими и нагнетательными клапанами, поршень цилиндра и объем мертвого пространства цилиндра над поршнем при его положении в верхней мертвой точке, отличающийся тем, что впускные окна всасывающих клапанов расположены на участке цилиндра в осевом направлении так, что их верхняя кромка находится на уровне или вблизи от торцевой кромки поршня при его положении в точке окончания расширения газа из объема мертвого пространства до величины давления всасывания.

2. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что на участке цилиндра в осевом направлении над или ниже торцевой кромки поршня при его положении в нижней мертвой точке выполнены дополнительные окна, соединенные напрямую с камерой всасывания.

3. Компрессор по пп. 1 или 2, отличающийся тем, что в поршне выполнен перепускной канал, соединяющий впускные окна всасывающих клапанов с дополнительными окнами в момент подхода поршня к верхней мертвой точке.




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