RU2825501C1 - Method of independent cooling of piston compressor and device for its implementation - Google Patents
Method of independent cooling of piston compressor and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2825501C1 RU2825501C1 RU2023120816A RU2023120816A RU2825501C1 RU 2825501 C1 RU2825501 C1 RU 2825501C1 RU 2023120816 A RU2023120816 A RU 2023120816A RU 2023120816 A RU2023120816 A RU 2023120816A RU 2825501 C1 RU2825501 C1 RU 2825501C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cavity
- piston
- suction
- cylinder
- compressor
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 18
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области машин объемного действия поршневого типа и может быть использовано при создании высокоэффективных поршневых машин малой и средней производительности с автономной жидкостной системой охлаждения.The invention relates to the field of piston-type volumetric machines and can be used in the creation of highly efficient piston machines of low and medium productivity with an autonomous liquid cooling system.
Известен способ охлаждения поршневых компрессоров, в котором цилиндр обтекается охлаждающей жидкостью (см., например, кн. Б.С. Фотин, И.Б. Пирумов, И.К. Прилуцкий, П.И. Пластинин. Поршневые компрессоры, стр. 184-185, рис. 6.32).A method of cooling piston compressors is known in which the cylinder is flowed around by a cooling liquid (see, for example, the book by B.S. Fotin, I.B. Pirumov, I.K. Prilutsky, P.I. Plastinin. Piston compressors, pp. 184-185, Fig. 6.32).
Недостатком такого способа является необходимость наличия сетевого источника охлаждающей жидкости, что ограничивает область их применения.The disadvantage of this method is the need for a network source of cooling liquid, which limits the scope of their application.
Известен также способ автономного охлаждения поршневого компрессора, в котором охлаждающая жидкость, находящаяся в рубашке цилиндра, содержащего поршень и рабочую полость, прокачивается за счет перепада давления между полостью всасывания и окружающей средой (см. например, патент РФ № 2578776 «Способ работы машины объемного действия и устройство для его осуществления», опубл. в БИ № 9, 27.03.2016, фиг. 4-7).A method for autonomous cooling of a piston compressor is also known, in which the cooling liquid located in the jacket of a cylinder containing a piston and a working cavity is pumped due to the pressure difference between the suction cavity and the surrounding environment (see, for example, Russian Federation Patent No. 2578776 “Method of Operation of a Volumetric Machine and Device for its Implementation”, published in BI No. 9, 03/27/2016, Figs. 4-7).
Недостатком известного способа, описанного в этом патенте, является громоздкость и большие массогабаритные параметры конструкции, и сложность настройки режимных параметров для обеспечения циркуляции жидкости в системе охлаждения, что ограничивает диапазон частоты вращения, экономичности и производительности машины.The disadvantage of the known method described in this patent is the bulkiness and large mass-dimensional parameters of the design, and the complexity of setting the operating parameters to ensure the circulation of liquid in the cooling system, which limits the range of rotation speed, efficiency and productivity of the machine.
Технической задачей изобретения является снижение массогабаритных параметров, повышение экономичности и расширение диапазона частоты работы компрессора.The technical objective of the invention is to reduce the weight and size parameters, increase efficiency and expand the operating frequency range of the compressor.
Указанная задача решается тем, что в способе автономного охлаждения поршневого компрессора, в котором охлаждающую жидкость, находящуюся в рубашке цилиндра, содержащего поршень и рабочую полость, прокачивают за счет перепада давления между полостью всасывания и окружающей средой, согласно изобретения, полость всасывания на части хода всасывания через промежуточную полость соединяют с нижней частью рабочей полости цилиндра при положении поршня в нижней мертвой точке.The said problem is solved in that in the method of autonomous cooling of a piston compressor, in which the cooling liquid located in the jacket of a cylinder containing a piston and a working cavity is pumped due to the pressure difference between the suction cavity and the surrounding environment, according to the invention, the suction cavity on part of the suction stroke is connected through an intermediate cavity to the lower part of the working cavity of the cylinder when the piston is in the position of the bottom dead center.
В поршневом компрессоре, использующемся для реализации данного способа, содержащем цилиндр с рубашкой охлаждения, рабочую полость и поршень с приводом, приводной вал и механизм преобразования вращательного движения вала в возвратно-поступательное движение поршня, всасывающие и нагнетательные клапаны, установленные в полости всасывания и нагнетания, и соединяющие рабочую полость цилиндра с всасывающей и нагнетательной линиями, причем рубашка охлаждения соединена с источником охлаждающей жидкости с помощью всасывающего и нагнетательного клапанов, согласно изобретению, полость всасывания на части хода всасывания соединена каналом через промежуточную полость с нижней частью рабочей полостью цилиндра при положении поршня в нижней мертвой точке. Причем поршень может содержать полость, снабженную обратным клапаном, соединяющим эту полость с рабочей полостью цилиндра, и отверстие в сторону боковой поверхности цилиндра, совпадающее с каналом при положении поршня в нижней мертвой точке, всасывающая линия может быть снабжена заслонкой, связанной с приводным валом через механизм ее перемещения, выполненный кулачкового или электромагнитного типа. В последнем случае механизм электромагнитного типа может содержать индуктор, состоящий из неподвижно закрепленной катушки индуктивности, и якорь в виде постоянного магнита, закрепленный на приводном валу с возможностью прохода мимо катушки индуктивности с малым зазором, а катушка индуктивности соединена с катушкой электромагнита, якорем которого является заслонка, и, кроме того, механизм кулачкового типа может содержать кулачок, кинематически или непосредственно связанный с приводным валом с возможностью воздействия на заслонку.In a piston compressor used to implement this method, containing a cylinder with a cooling jacket, a working cavity and a piston with a drive, a drive shaft and a mechanism for converting the rotational motion of the shaft into a reciprocating motion of the piston, suction and discharge valves installed in the suction and discharge cavity and connecting the working cavity of the cylinder with the suction and discharge lines, wherein the cooling jacket is connected to a source of cooling liquid using the suction and discharge valves, according to the invention, the suction cavity on part of the suction stroke is connected by a channel through an intermediate cavity with the lower part of the working cavity of the cylinder when the piston is in the position of the bottom dead center. Moreover, the piston may contain a cavity equipped with a check valve connecting this cavity with the working cavity of the cylinder, and an opening towards the side surface of the cylinder, coinciding with the channel when the piston is in the bottom dead center position, the suction line may be equipped with a flap connected to the drive shaft through a mechanism for moving it, made of a cam or electromagnetic type. In the latter case, the electromagnetic type mechanism may contain an inductor consisting of a fixed inductance coil, and an anchor in the form of a permanent magnet, fixed on the drive shaft with the ability to pass by the inductance coil with a small gap, and the inductance coil is connected to the coil of the electromagnet, the anchor of which is the flap, and, in addition, the cam type mechanism may contain a cam, kinematically or directly connected to the drive shaft with the ability to act on the flap.
Сущность изобретения поясняется чертежами.The essence of the invention is explained by drawings.
На фиг. 1 показана схема компрессора в простейшем варианте,Fig. 1 shows a diagram of a compressor in its simplest version,
на фиг. 2 - укрупненно его цилиндропоршневая группа.Fig. 2 shows an enlarged view of its cylinder-piston group.
На фиг. 3 показана схема компрессора в процессе нагнетания,Fig. 3 shows a diagram of the compressor during the pumping process,
на фиг. 4 показан схема компрессора в процессе всасывания,Fig. 4 shows a diagram of a compressor during the suction process,
на фиг. 5 показан этап работы компрессора, при котором происходит сообщение полости всасывания с рабочей полостью через дополнительный канал.Fig. 5 shows the stage of compressor operation during which the suction cavity communicates with the working cavity through an additional channel.
На фиг. 6 показана схема компрессора в процессе сжатия.Fig. 6 shows a diagram of a compressor during the compression process.
На фиг. 7 показана схема компрессора с промежуточной полостью, аFig. 7 shows a diagram of a compressor with an intermediate cavity, and
на фиг 8 - индикаторная диаграмма рабочей полости компрессора.Fig. 8 shows an indicator diagram of the compressor working cavity.
На фиг. 9 показан процесс всасывания в компрессоре с промежуточной полостью, при котором открыт клапан в промежуточную полость.Fig. 9 shows the suction process in a compressor with an intermediate cavity, in which the valve into the intermediate cavity is open.
На фиг. 10 показан момент работы компрессора в процессе всасывания с закрытым клапаном промежуточной полости.Fig. 10 shows the moment of compressor operation during the suction process with the intermediate cavity valve closed.
На фиг. 11 показан момент работы компрессора, при котором промежуточная полость сообщается с полостью всасывания.Fig. 11 shows the moment of compressor operation at which the intermediate cavity communicates with the suction cavity.
На фиг 12 показан момент работы компрессора с промежуточной полостью в процессе сжатия.Fig. 12 shows the moment of operation of a compressor with an intermediate cavity during the compression process.
На фиг. 13 показана схема компрессора с заслонкой на линии всасывания, приводимой в движение электромагнитом, аFig. 13 shows a diagram of a compressor with a damper on the suction line, driven by an electromagnet, and
на фиг. 14 - приводимой в движение кулачковым механизмом.in Fig. 14 - driven by a cam mechanism.
Компрессор (фиг. 1) содержит цилиндр 1 с рубашкой охлаждения 2, рабочую полость 3 и поршень 4 с приводом, состоящим из приводного вала 5 и кривошипно-шатунного механизма 6 преобразования вращательного движения вала 5 в возвратно-поступательное движение поршня 4, всасывающие 7 и нагнетательные 8 клапаны, установленные в полости всасывания 9и нагнетания 10, и соединяющие рабочую полость 3 цилиндра 1 с всасывающей 11 и нагнетательной 12 линиями, причем рубашка охлаждения 2 соединена с источником охлаждающей жидкости 13 с помощью всасывающего 14 и нагнетательного 15 клапанов.The compressor (Fig. 1) comprises a cylinder 1 with a cooling jacket 2, a working cavity 3 and a piston 4 with a drive consisting of a drive shaft 5 and a crank mechanism 6 for converting the rotational motion of the shaft 5 into a reciprocating motion of the piston 4, suction 7 and discharge 8 valves installed in the suction cavity 9 and discharge 10, and connecting the working cavity 3 of the cylinder 1 with the suction 11 and discharge 12 lines, wherein the cooling jacket 2 is connected to a source of cooling liquid 13 by means of a suction 14 and discharge 15 valve.
Полость всасывания 9 соединена каналом 16 с нижней частью рабочей полости 3 при положении поршня 4 в нижней мертвой точке НМТ, куда поршень 4 приходит из верхней мертвой точка ВМТ. Рубашка 2 соединена с источником жидкости 13 через каналы 17 и 18, причем на последнем установлен теплообменник 19. Линия всасывания 11 также снабжена обратным клапаном 20 с выходом в промежуточную полость 21.The suction cavity 9 is connected by a channel 16 with the lower part of the working cavity 3 when the piston 4 is in the position of the lower dead center BDC, where the piston 4 comes from the upper dead center TDC. The jacket 2 is connected to the liquid source 13 through channels 17 and 18, and a heat exchanger 19 is installed on the latter. The suction line 11 is also equipped with a check valve 20 with an outlet into the intermediate cavity 21.
На фиг. 2 также обозначены длина поршня L P , которая больше хода поршня S h . In Fig. 2 the length of the piston L P , which is greater than the stroke of the piston S h , is also indicated .
На фиг. 7 показана цилиндропоршневая группа компрессора, в котором поршень 4 содержит полость 22, снабженную обратным клапаном 23, соединяющим эту полость с рабочей полостью 3 цилиндра 1, и отверстие 24 в сторону боковой поверхности цилиндра, совпадающее с каналом 16 при положении поршня в нижней мертвой точке.Fig. 7 shows a cylinder-piston group of a compressor, in which piston 4 contains a cavity 22, equipped with a check valve 23, connecting this cavity with the working cavity 3 of cylinder 1, and an opening 24 towards the side surface of the cylinder, coinciding with channel 16 when the piston is in the position of the bottom dead center.
В этой конструкции также соблюдается условие L P > S h . In this construction, the condition L P > S h is also satisfied .
На фиг. 8 использованы следующие обозначения:In Fig. 8 the following notations are used:
- р - давление в рабочей полости 3;- p - pressure in the working cavity 3;
- р Н - давление нагнетания;- р Н - discharge pressure;
- р В - давление всасывания;- p B - suction pressure;
- ϕ - угол поворота приводного вала, начиная с ВМТ;- ϕ - angle of rotation of the drive shaft, starting from TDC;
- α - угол падения давления в конце процесса всасывания;- α - the angle of pressure drop at the end of the suction process;
- β - угол падения давления в начале процесса всасывания;- β - the angle of pressure drop at the beginning of the suction process;
- Δ р - перепад давления;- Δ p - pressure drop;
- а ÷ з - характерные точки диаграммы.- a ÷ z - characteristic points of the diagram.
На фиг. 13 и 14 показана схема поршневого компрессора, в котором всасывающая линия всасывающая линия 11 снабжена заслонкой 25, связанной с приводным валом 5 через механизм ее перемещения.Fig. 13 and 14 show a diagram of a piston compressor in which the suction line 11 is equipped with a valve 25 connected to the drive shaft 5 through a mechanism for moving it.
На фиг. 13 это механизм перемещения электромагнитного типа, который содержит индуктор, состоящий из неподвижно закрепленной на картере 26 компрессора катушки индуктивности 27, и якоря в виде постоянного магнита 28, закрепленного через фланец 29 с фиксатором 30 на приводном валу 5 с возможностью прохода мимо катушки индуктивности 27 с малым зазором. Катушка индуктивности 27 при этом электрически соединена (соединение показано штриховыми линиями) с катушкой 31 электромагнита 32, якорем которого является заслонка 25, подпружиненная в противоположную сторону от линии всасывания 25 пружиной 33.In Fig. 13 this is an electromagnetic type movement mechanism which contains an inductor consisting of an inductance coil 27 fixedly secured to the crankcase 26 of the compressor, and an anchor in the form of a permanent magnet 28 secured through a flange 29 with a lock 30 on the drive shaft 5 with the ability to pass by the inductance coil 27 with a small gap. The inductance coil 27 is electrically connected (the connection is shown by dashed lines) to the coil 31 of the electromagnet 32, the anchor of which is the flap 25, spring-loaded in the opposite direction from the suction line 25 by a spring 33.
На фиг. 14 показан компрессор с механизмом перемещения заслонки кулачкового типа, содержащий кулачок 34, который установлен на приводном валу 5 и воздействует на заслонку 35, установленную во всасывающей линии 11 через шток 36. Заслонка 35 подпружинена пружиной 37 в противоположную сторону от линии всасывания 25. Кулачок 34 зафиксирован на валу 5 фиксатором 38.Fig. 14 shows a compressor with a cam-type damper movement mechanism, containing a cam 34, which is mounted on a drive shaft 5 and acts on a damper 35, mounted in a suction line 11 through a rod 36. The damper 35 is spring-loaded by a spring 37 in the opposite direction from the suction line 25. The cam 34 is fixed on the shaft 5 by a lock 38.
Процессы в рабочей камере 3 компрессора происходят следующим образом (фиг. 1 и 8).The processes in the working chamber 3 of the compressor occur as follows (Fig. 1 and 8).
При вращении приводного вала 5 поршень 4 движется вниз из положения ВМТ в сторону НМТ. В начале этого движения в полости 3 происходит расширение ранее сжатого газа из мертвого объема, заключенного между днищем поршня 4 в положении ВМТ и верхним сечением цилиндра 1 (линия а→б на фиг. 8). Оба клапана 7 и 8 находятся в закрытом положении.When the drive shaft 5 rotates, the piston 4 moves downwards from the TDC position towards the BDC. At the beginning of this movement, the previously compressed gas from the dead volume enclosed between the piston bottom 4 in the TDC position and the upper section of the cylinder 1 (line a→b in Fig. 8) expands in the cavity 3. Both valves 7 and 8 are in the closed position.
Расширение происходит до тех пор, пока давление в полости 3 не снизится до давления всасывания р В (точка б ), когда начинается открытие всасывающего клапана 7 (линия б→в ).The expansion continues until the pressure in cavity 3 decreases to the suction pressure p B (point b ), when the suction valve 7 begins to open (line b→c ).
В точке в клапан 7 полностью открывается, и начинается всасывание газа из линии всасывания 11, сопровождающееся колебаниями давления (линия в→е ).At point B, valve 7 opens completely and gas suction begins from suction line 11, accompanied by pressure fluctuations (line B→E ).
После прихода поршня 4 в положение НМТ (точка е ) поршень меняет направление движения и движется к ВМТ, начинается процесс сжатия, при котором давление в полости 3 растет (линия е→ж ), что приводит к закрытию клапана 7.After piston 4 reaches the BDC position (point e ), the piston changes direction of movement and moves to TDC, the compression process begins, during which the pressure in cavity 3 increases (line e→ж ), which leads to the closing of valve 7.
В точке ж давление газа становится равным давлению нагнетания р Н , и начинается открытие нагнетательного клапана 8 (линия ж→ з ). В точке з клапан полностью открывается, и начинается процесс нагнетания газа в линию нагнетания 12, сопровождающийся колебаниями давления газа (линия з→а ).At point zh, the gas pressure becomes equal to the discharge pressure p H , and the discharge valve 8 begins to open (line zh → z ). At point z , the valve opens completely, and the process of gas injection into discharge line 12 begins, accompanied by fluctuations in gas pressure (line z → a ).
В точке а процесс нагнетания заканчивается, клапан 8 закрывается, поршень 4, достигший положения ВМТ, меняет направление движения на противоположное, и процесс повторяется.At point a the injection process ends, valve 8 closes, piston 4, having reached the TDC position, changes the direction of movement to the opposite, and the process is repeated.
Способ автономного охлаждения компрессора путем организации движения жидкости через рубашку охлаждения за счет временного соединения полости всасывания с рабочей полостью цилиндра осуществляется следующим образом (фиг. 2 - 6 и 8).The method of autonomous cooling of a compressor by organizing the movement of liquid through the cooling jacket due to the temporary connection of the suction cavity with the working cavity of the cylinder is carried out as follows (Fig. 2 - 6 and 8).
При ходе поршня 4 вверх из НМТ в ВМТ (фиг. 3) клапан 7 закрыт, клапан 8 открывается при достижении давления в полости 3 давления нагнетания. В это время в линии всасывания 11 давление близко к давлению всасывания, и через клапан 20 происходит натекание газа в полости 21 и 9 до того момента, когда давление в этих полостях не станет равно давлению всасывания, например, равного давлению окружающей среды.During the upward stroke of piston 4 from BDC to TDC (Fig. 3), valve 7 is closed, valve 8 opens when the pressure in cavity 3 reaches the discharge pressure. At this time, the pressure in suction line 11 is close to the suction pressure, and gas flows through valve 20 into cavities 21 and 9 until the moment when the pressure in these cavities becomes equal to the suction pressure, for example, equal to the ambient pressure.
Жидкость из рубашки 2 под действием гравитационных сил стекает в полость 13 по каналу 18 и клапан 15, отдавая теплоту в окружающую среду через теплообменник 19. Поршень 4 перекрывает канал 16, и по этому каналу движения жидкости нетLiquid from jacket 2, under the action of gravitational forces, flows into cavity 13 through channel 18 and valve 15, giving off heat to the environment through heat exchanger 19. Piston 4 closes channel 16, and there is no movement of liquid through this channel.
При ходе поршня 4 вниз (фиг. 4) в полости 3 давление снижается, и клапан 8 закрывается. После расширения из мертвого объема и снижения давления ниже давления всасывания начинается процесс наполнения полости 3 через открывшийся клапан 7. При этом давление в полости 21 снижается ниже давления всасывания из-за сопротивления клапана 21, в связи с чем клапан 14 открывается и начинается пополнение полости 21 охлаждающей жидкостью.When piston 4 moves downwards (Fig. 4), the pressure in cavity 3 decreases and valve 8 closes. After expansion from the dead volume and pressure decreases below the suction pressure, the process of filling cavity 3 begins through the opened valve 7. In this case, the pressure in cavity 21 decreases below the suction pressure due to the resistance of valve 21, in connection with which valve 14 opens and cavity 21 begins to be filled with cooling liquid.
После прохождения поршнем 4 середины хода, его скорость начинает падать, соответственно уменьшается скорость движения газа в линии 11 и гидравлическое сопротивление клапана 20, давление в полости 21 начинает приближаться к давлению всасывания, и скорость течения жидкости из источника 13 замедляется.After piston 4 passes the middle of its stroke, its speed begins to fall, and accordingly the speed of gas movement in line 11 and the hydraulic resistance of valve 20 decrease, the pressure in cavity 21 begins to approach the suction pressure, and the speed of liquid flow from source 13 slows down.
Однако, при приближении поршня к НМТ (фиг. 5), вскрывается выходное в цилиндр отверстие канала 16 (точка д на фиг. 8), через который полость всасывания 9 соединяется с полостью 3 цилиндра, происходит резкий сброс давления в полости 21, т.к. давление в полости 3 в этот момент существенно ниже давления в линии 11 на величину Δ р1 , и жидкость снова начинает активно течь из источника 13 в полость 21. Процесс активизации движения жидкости занимает отрезок д→е и угол α индикаторной диаграммы (фиг. 8).However, when the piston approaches BDC (Fig. 5), the outlet opening of channel 16 into the cylinder opens (point d in Fig. 8), through which suction cavity 9 connects with cavity 3 of the cylinder, a sharp pressure drop in cavity 21 occurs, since the pressure in cavity 3 at this moment is significantly lower than the pressure in line 11 by the value Δ p1 , and the liquid again begins to actively flow from source 13 into cavity 21. The process of activating the movement of liquid occupies the segment d→e and angle α of the indicator diagram (Fig. 8).
После прохождения поршнем 4 положения НМТ, он движет вверх, отсекает канал 16 и полость всасывания 9 от полости 3, снижение давления в полости 21 прекращается, и в связи с натеканием газа из линии 11 в эту полость, давление в ней поднимается, что приводит к закрытию клапана 14 и открытию клана 15, жидкость начинает стекать через клапан 15 в источник 13, охлаждаясь в теплообменнике 19.After piston 4 passes the BDC position, it moves upward, cuts off channel 16 and suction cavity 9 from cavity 3, the pressure decrease in cavity 21 stops, and due to gas leaking from line 11 into this cavity, the pressure in it rises, which leads to the closing of valve 14 and the opening of valve 15, the liquid begins to flow through valve 15 into source 13, cooling in heat exchanger 19.
Таким образом, в данной конструкции происходит активное круговое движение охлаждающей жидкости и интенсивный отвод теплоты от стенок цилиндра 1.Thus, in this design, there is an active circular movement of the coolant and intensive heat removal from the walls of cylinder 1.
Принцип работы конструкции, изображенной на фиг. 7, аналогичен вышеописанной за исключением того, что для активизации движения охлаждающей жидкости в ней используется другая часть хода поршня в процессе всасывания.The operating principle of the design shown in Fig. 7 is similar to that described above, except that a different part of the piston stroke during the suction process is used to activate the movement of the coolant.
При движении поршня 4 из положения ВМТ в сторону НМТ (фиг. 9), на клапан 23 действует сила инерции, направленная вверх (поршень движется с ускорением). И когда давление в полости 3 становится значительно ниже давления в линии 11 (точка в на фиг. 8), сумма силы инерции и силы от перепада давления на этом клапане превышают силу его пружины, и он открывается, соединяя полость 22 с полостью всасывания 9 через открытый клапан 7. Поскольку давление в полости 3 в этот момент минимальное, газ из полости 22 через открытый клапан 23 истекает в полость 3, и в полости 22 фактически давление становится такое же, как в полости 3.When piston 4 moves from TDC towards BDC (Fig. 9), valve 23 is acted upon by the upward inertial force (the piston moves with acceleration). And when the pressure in cavity 3 becomes significantly lower than the pressure in line 11 (point b in Fig. 8), the sum of the inertial force and the force from the pressure drop on this valve exceed the force of its spring, and it opens, connecting cavity 22 with suction cavity 9 through open valve 7. Since the pressure in cavity 3 is minimal at this moment, gas from cavity 22 flows out through open valve 23 into cavity 3, and the pressure in cavity 22 actually becomes the same as in cavity 3.
Кроме того, как и в предыдущей конструкции, в связи с падением давления в полости 21, клапан 14 открывается, и жидкость из источника 13 течет в полость 21.In addition, as in the previous design, due to a drop in pressure in cavity 21, valve 14 opens and liquid from source 13 flows into cavity 21.
После прохода поршня середины пути от ВМТ к НМТ (фиг. 10) направление сил инерции, действующих на клапан 23, меняет свое направление, давление в полости 3 несколько увеличивается (оставаясь все-таки ниже давления в линии 11), и клапан 23 под действием своей пружины и сил инерции закрывается, сохраняя в полости 22 низкое давление.After the piston passes the middle of the path from TDC to BDC (Fig. 10), the direction of the inertial forces acting on valve 23 changes its direction, the pressure in cavity 3 increases somewhat (still remaining below the pressure in line 11), and valve 23, under the action of its spring and inertial forces, closes, maintaining a low pressure in cavity 22.
Как и в предыдущей конструкции, при подходе поршня 4 к положению НМТ (фиг. 11) клапан 7 закрывается, через клапан 20 происходит натекание газа. При этом выходное отверстие канала 16 совпадает с отверстием 24 полости 22, в которой давление гораздо ниже давления лини 11, в результате чего происходит резкое понижение давления в полости 21, что приводит к продолжению поступления жидкости через клапан 14 в полость 21.As in the previous design, when piston 4 approaches the BDC position (Fig. 11), valve 7 closes, and gas flows through valve 20. In this case, the outlet of channel 16 coincides with opening 24 of cavity 22, in which the pressure is much lower than the pressure of line 11, as a result of which there is a sharp decrease in pressure in cavity 21, which leads to continued flow of liquid through valve 14 into cavity 21.
Далее, как и в предыдущей конструкции, при ходе поршня вверх, в связи с тем, что отверстие 24 разобщается с каналом 16, давление в полости 21 поднимается в связи с натеканием в нее газа под давлением всасывания из линии 11, клапан 14 закрывается, и жидкость через рубашку 2 стекает в источник 13 через клапан 15, охлаждаясь в теплообменнике 19.Further, as in the previous design, during the piston's upward stroke, due to the fact that the opening 24 is disconnected from the channel 16, the pressure in the cavity 21 rises due to the gas flowing into it under the suction pressure from the line 11, the valve 14 closes, and the liquid flows through the jacket 2 into the source 13 through the valve 15, cooling in the heat exchanger 19.
В этой конструкции в полости 22, периодически на части хода поршня соединяющейся с полостью всасывания 9, постоянно образуется максимально низкое давление, что позволяет интенсифицировать круговое движение охлаждающей жидкости через рубашку 2.In this design, in cavity 22, periodically on the part of the piston stroke connecting with the suction cavity 9, the lowest possible pressure is constantly formed, which makes it possible to intensify the circular movement of the cooling liquid through the jacket 2.
В конструкциях, изображенных на фиг. 13 и 14, интенсификация движения жидкости в системе охлаждения также организуется за счет временного соединения полости всасывания 9 с полостью 3 через открытый всасывающий клапан 7. Это происходит следующим образом.In the designs shown in Fig. 13 and 14, the intensification of the movement of liquid in the cooling system is also organized by temporarily connecting the suction cavity 9 with the cavity 3 through the open suction valve 7. This occurs as follows.
При вращении приводного вала 5 вместе с ним вращается зафиксированный в определенно положении фиксатором 30 фланец 29. На этом фланце установлен постоянный магнит 28, при прохождении которого мимо неподвижной катушки 27 в ней индуцируется всплеск электрического тока, который поступает на катушку 31. При этом катушкой 31 создается кратковременное магнитное поле, втягивающее якорь в виде заслонки 25, которая преодолевает усилие пружины возврата 31 и частично перерывает линию всасывания 11. Данное действие происходит в тот отрезок времени, когда поршень 4 подходит к положению НМТ, и когда канал 6 соединяет рабочую полость цилиндра с полостью всасывания 9.When the drive shaft 5 rotates, the flange 29 fixed in a certain position by the lock 30 rotates together with it. A permanent magnet 28 is installed on this flange, when it passes by the fixed coil 27, a surge of electric current is induced in it, which is fed to the coil 31. In this case, the coil 31 creates a short-term magnetic field, drawing in the anchor in the form of a valve 25, which overcomes the force of the return spring 31 and partially interrupts the suction line 11. This action occurs in the period of time when the piston 4 approaches the BDC position, and when the channel 6 connects the working cavity of the cylinder with the suction cavity 9.
В связи с тем, что частичное перекрытие линии 11 сопровождается падением давления в полости 9, происходит интенсификация подачи жидкости через клапан 14 в полость 21.Due to the fact that partial blocking of line 11 is accompanied by a drop in pressure in cavity 9, the supply of liquid through valve 14 into cavity 21 is intensified.
В дальнейшем импульс магнитного поля прекращается, и заслонка 25 под действием пружины 33 возвращается в исходное положение.Subsequently, the magnetic field pulse ceases, and the shutter 25, under the action of the spring 33, returns to its original position.
В конструкции, схема которой показана на фиг. 14, движение подпружиненной пружиной возврата 37 заслонки 35 организуется кулачком 34 через шток 36. Кулачок имеет профиль, обеспечивающий частичное перекрытие линии 11 в момент подхода поршня 4 к положению НМТ.In the design, the diagram of which is shown in Fig. 14, the movement of the valve 35, which is spring-loaded by the return spring 37, is organized by the cam 34 through the rod 36. The cam has a profile that ensures partial overlap of the line 11 at the moment when the piston 4 approaches the BDC position.
Предложенный способ и его реализация в виде конструктивных решений позволяет существенно снизить массогабаритные параметры компрессора с автономным охлаждением за счет более компактного расположения действующих распределительных органов в пределах цилиндропоршневой группы, повысить экономичность работы за счет более интенсивного движения жидкости в системе охлаждения, что позволяет приблизить процесс сжатия газа к наиболее экономичному - изотермическому.The proposed method and its implementation in the form of design solutions allows to significantly reduce the weight and size parameters of a compressor with autonomous cooling due to a more compact arrangement of the operating distribution elements within the cylinder-piston group, to increase the efficiency of operation due to more intensive movement of liquid in the cooling system, which allows to bring the process of gas compression closer to the most economical - isothermal.
Интенсификация процесса охлаждения также позволяет стабилизировать температуру деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ) и за счет этого уменьшить величину мертвого объема, которая определяется как технологическими возможностями изготовителя, так и в значительной степени - температурными изменениями деталей ЦПГ в процессе их нагрева во время работы компрессора. Уменьшение мертвого объема позволяет повысить КПД, производительность и максимальный коэффициент повышения давления (отношение давления нагнетания к давлению всасывания) в одной ступени.Intensification of the cooling process also allows stabilizing the temperature of the cylinder-piston group (CPG) parts and thereby reducing the dead volume, which is determined both by the technological capabilities of the manufacturer and, to a large extent, by temperature changes in the CPG parts during their heating during compressor operation. Reducing the dead volume allows increasing the efficiency, performance, and maximum pressure increase coefficient (the ratio of the discharge pressure to the suction pressure) in one stage.
Более надежная организация движения жидкости через рубашку дает также возможность расширить диапазон частоты работы компрессора, особенно в сторону повышения частоты, что также позволяет улучшить массогабаритные показатели.More reliable organization of liquid movement through the jacket also makes it possible to expand the range of compressor operating frequencies, especially in the direction of increasing the frequency, which also improves the weight and size indicators.
В связи с вышеизложенным, следует признать, что поставленные технические задачи полностью выполнены.In connection with the above, it should be recognized that the set technical tasks have been fully accomplished.
Claims (6)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2825501C1 true RU2825501C1 (en) | 2024-08-26 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2578776C1 (en) * | 2015-04-03 | 2016-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Method of operating volumetric action machine and device therefor |
RU2600215C1 (en) * | 2015-04-29 | 2016-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Piston compressor with independent cooling of cylinder |
RU2784267C1 (en) * | 2022-07-29 | 2022-11-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" | Reciprocating compressor with self-contained liquid jacket cooling |
CN116044713A (en) * | 2023-01-16 | 2023-05-02 | 西安交通大学 | Ionic liquid compressor capable of controlling liquid supplementing cooling by air valve opening and closing signals and working method thereof |
EP4187089A1 (en) * | 2020-09-03 | 2023-05-31 | Mayekawa Mfg. Co., Ltd. | Compressor, and compressor system |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2578776C1 (en) * | 2015-04-03 | 2016-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Method of operating volumetric action machine and device therefor |
RU2600215C1 (en) * | 2015-04-29 | 2016-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Piston compressor with independent cooling of cylinder |
EP4187089A1 (en) * | 2020-09-03 | 2023-05-31 | Mayekawa Mfg. Co., Ltd. | Compressor, and compressor system |
RU2784267C1 (en) * | 2022-07-29 | 2022-11-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" | Reciprocating compressor with self-contained liquid jacket cooling |
CN116044713A (en) * | 2023-01-16 | 2023-05-02 | 西安交通大学 | Ionic liquid compressor capable of controlling liquid supplementing cooling by air valve opening and closing signals and working method thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3608794B2 (en) | Free piston end position limiter | |
US4000756A (en) | High speed engine valve actuator | |
US4215548A (en) | Free-piston regenerative hot gas hydraulic engine | |
KR0179077B1 (en) | Valve operating apparatus of internal combustion engine | |
US4945726A (en) | Leaky gas spring valve for preventing piston overstroke in a free piston stirling engine | |
US5700136A (en) | Digital pump with bypass inlet valve | |
US20060110259A1 (en) | System for adjusting resonance frequencies in a linear compressor | |
CN101305229A (en) | System and method for operating a compressor | |
KR20100040908A (en) | Hydro-mechanical valve actuation system for split-cycle engine | |
US3926159A (en) | High speed engine valve actuator | |
CN103038450A (en) | Free-piston internal combustion engine | |
KR20020075419A (en) | Free piston engine system with direct drive hydraulic output | |
US8807012B1 (en) | Harmonic engine | |
US3175758A (en) | Compressor construction with inertial suction valve | |
RU2825501C1 (en) | Method of independent cooling of piston compressor and device for its implementation | |
US6269783B1 (en) | Free piston internal combustion engine with pulse compression | |
WO1999018353A1 (en) | Reciprocating compressor with auxiliary port | |
RU2600215C1 (en) | Piston compressor with independent cooling of cylinder | |
RU2560649C1 (en) | Piston compression pump | |
RU2039879C1 (en) | Engine-pump device | |
JP3909699B2 (en) | Valve driving device for internal combustion engine | |
RU2818615C1 (en) | Method of piston compressor operation and device for implementation thereof (embodiments) | |
JPH0263084B2 (en) | ||
RU2784267C1 (en) | Reciprocating compressor with self-contained liquid jacket cooling | |
JP7556421B1 (en) | Fluid Machinery |