[1]Настоящее изобретение относится к области машиностроения и может применяться в широком диапазоне отраслей и для различных видов работ, где необходима компрессорная техника.
[2]Известен компрессор с гидроприводом, содержащий оппозитно установленные и жестко соединенные между собой цилиндры, включающие газовые и гидравлические полости с впускными и выпускными клапанами и поршни, закрепленные на концах общего штока, насос, соединенный через распределительное устройство с исполнительным механизмом с гидравлическими полостями, конечные выключатели, выполненные в виде штоков, установленных в сквозных отверстиях торцов цилиндров с возможностью взаимодействия с поршнями в крайнем их положении (см. патент РФ №2220323, МПК F04B 35/02, опубл. 2003 г.).
[3]Известен гидравлический компрессор, принятый в качестве прототипа, содержащий цилиндр гидродвигателя с поршнем, на концах штока которого закреплены поршни оппозитно размещенных компрессорных цилиндров, выполненных с внутренним диаметром, равным внешнему диаметру цилиндра гидродвигателя. При этом шток гидроцилиндра установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно поршня, жестко закрепленного в средней части цилиндра гидродвигателя с образованием двух штоковых полостей. Гидродвигатель снабжен гидроприводом, включающим насос, гидрораспределитель, линии нагнетания и слива. При этом по обе стороны поршня размещены механизмы переключения для взаимодействия компрессорных поршней с золотником гидрораспределителя (см. патент РФ №2215187, МПК F04B 35/02, опубл. 2003 г.).
[4]Недостатком известного устройства является непременный нагрев устройства, что приводит к тепловым потерям и снижению КПД.
[5]Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение тепловых потерь при работе компрессора за счет использования тепла, вырабатываемого компрессором, и преобразование этого тепла в механическую энергию рабочих элементов.
[6]Поставленная техническая задача решается тем, что поршневой компрессор содержит цилиндрический корпус с двумя оппозитно установленными в нем компрессорным и приводным цилиндрами, в которых размещено по поршню, каждый из которых закреплен на общем штоке с возможностью возвратно-поступательного перемещения последнего относительно цилиндрического корпуса, входные и выходные линии связи рабочих полостей компрессорного цилиндра и систему подачи рабочей среды в рабочие полости приводного цилиндра, включающую источник рабочей среды с напорной и сливной линиями связи, распределительное устройство для переключения подачи рабочей среды, а также теплообменное устройство, снабженное контроллером температуры, и, согласно изобретению, компрессор снабжен дополнительным теплообменным устройством, а в качестве рабочей среды использована низкокипящая жидкость, при этом цилиндрический корпус выполнен с рубашкой охлаждения, подключенной к плунжерному микронасосу, который представляет собой рабочую полость, образованную крышкой цилиндрического корпуса со стороны компрессорного цилиндра и одним концом общего штока, являющимся плунжером микронасоса, а другой конец общего штока механически связан с распределительным устройством, теплообменное устройство установлено в напорной линии связи, соединенной с распределительным устройством через подпорный клапан с возможностью преобразования низкокипящей жидкости в парообразное состояние, причем дополнительное теплообменное устройство установлено в сливной линии связи с возможностью преобразования низкокипящей жидкости в жидкое состояние, при этом сливная линия связи через подпорный клапан соединена с источником низкокипящей жидкости, подключенным к рабочей полости плунжерного микронасоса.
[7]На решение поставленной технической задачи также направлено то, что в частном случае в качестве низкокипящей жидкости использован фреон.
[8]Решение поставленной технической задачи достигается за счет того, что в качестве рабочей среды использована низкокипящая жидкость, а не гидравлическая жидкость, как в прототипе, и присутствует рубашка охлаждения, встроенная в цилиндрический корпус, куда низкокипящая жидкость попадает после ее преобразования в жидкое состояние с помощью дополнительного теплообменного устройства. При этом устройство избавляется от лишнего тепла и рекуперирует его в механическую энергию рабочих элементов компрессора при помощи этой низкокипящей жидкости. Это препятствует нагреву устройства, а также преобразует тепловую энергию в механическую и пускает ее в работу, что снижает потребление энергии на привод.
[9]Изобретение поясняется чертежом, где изображена схема устройства.
[10]Поршневой компрессор содержит цилиндрический корпус 1 с двумя оппозитно установленными в нем компрессорным и приводным цилиндрами 2 и 3 соответственно. В каждом из цилиндров 2 и 3 размещено по поршню 4 и 5 соответственно, которые закреплены на общем штоке 6 с возможностью возвратно-поступательного перемещения штока 6 относительно цилиндрического корпуса 1. В состав устройства входят входные и выходные линии 7 и 8 связи соответствующих рабочих полостей 9 и 10 компрессорного цилиндра 2 и система подачи рабочей среды (на чертеже не обозначена) в рабочие полости 11 и 12 приводного цилиндра 3, включающая источник 13 рабочей среды с напорной и сливной линиями 14 и 15 связи соответственно, распределительное устройство 16 для переключения подачи рабочей среды, а также теплообменное устройство 17, снабженное контроллером температуры (на чертеже не показан). Цилиндрический корпус 1 выполнен с рубашкой 18 охлаждения, подключенной к плунжерному микронасосу 19. При этом плунжерный микронасос 19 представляет собой рабочую полость (на чертеже не обозначена), образованную крышкой 20 цилиндрического корпуса 1 со стороны компрессорного цилиндра 2 и одним концом 21 общего штока 6, являющимся плунжером микронасоса 19. Его другой конец 22 механически связан с распределительным устройством 16. Теплообменное устройство 17 установлено в связанной с распределительным устройством 16 через подпорный клапан 23 напорной линии 14 связи с возможностью преобразования рабочей среды в парообразное состояние, причем компрессор снабжен установленным в сливной линии 15 связи дополнительным теплообменным устройством 24 с возможностью преобразования парообразной рабочей среды в жидкое состояние. В качестве рабочей среды используется низкокипящая жидкость. Сливная линия 15 связи через подпорный клапан 25 соединена с источником 13 рабочей среды в виде бака. В то же время, источник 13 низкокипящей жидкости подключен через линию 26 всасывания и обратный клапан 27 к плунжерному микронасосу 19. В напорной линии 14 связи на входе в теплообменное устройство 17 установлен обратный клапан 28, а между рабочей полостью микронасоса 19 и рубашкой охлаждения 18 - обратный клапан 29. В качестве низкокипящей рабочей среды в частном случае может использоваться фреон.
[11]Поршневой компрессор работает следующим образом.
[12]Первоначально напорная линия 14 связи, рабочая полость плунжерного микронасоса 19 и рубашка 18 охлаждения до подпорного клапана 23 заполняются жидкой низкокипящей рабочей средой. При включении теплообменного устройства 17 жидкая низкокипящая рабочая среда, например фреон в жидком состоянии, нагревается и начинает расширяться, повышая давление в напорной линии 14 связи до подпорного клапана 23. Когда подпорный клапан 23 открывается, жидкий фреон превращается в пар и поступает по напорной линии 14 связи в распределительное устройство 16, после которого поступает в одну из приводных полостей 11 или 12 приводного цилиндра 3. Обратный ток перегретого фреона, преобразованного в парообразное состояние, в полость рубашки 18 охлаждения предотвращается установленным в напорной линии 14 связи обратным клапаном 28. В приводной рабочей полости, например в полости 11, пар приводит в движение поршень 5 и вместе с ним шток 6 и поршень 4, из-за этого из плунжерного микронасоса 19 в напорную линию 14 связи поступает порция фреона в жидком состоянии. При обратном движении штока 6 в рабочую полость плунжерного микронасоса 19 поступает жидкий фреон от источника 13 рабочей среды. Из другой приводной рабочей полости 12 парообразный фреон вытесняется и через распределительное устройство 16 поступает по сливной линии 15 связи в источник 13 рабочей среды, проходя перед этим через дополнительное теплообменное устройство 24, где охлаждается и благодаря конденсации при избыточном давлении, устанавливаемым подпорным клапаном 25, переходит в жидкое состояние. В то же время поршень 4 вытесняет из одной из рабочих полостей 9 или 10 компрессорного цилиндра 2 перекачиваемый компрессором газ в рабочий орган (не показан). Затем цикл работы компрессора повторяется многократно.
[13]При работе устройства компрессорная часть - цилиндр 2, нагревается и передает тепло жидкому фреону в полости рубашки 18 охлаждения, при этом чем больше тепла выделяется и передается жидкому фреону, тем меньше энергии потребляет пусковое теплообменное устройство 17, нагревающее жидкий фреон до парообразного состояния. Этот процесс регулируется встроенным контроллером температуры. Затем парообразный фреон поступает в виде пара в одну из приводных рабочих полостей 11 или 12 приводного цилиндра 3. То есть теплообменное устройство 17 несет функцию пускового устройства системы и по мере прогревания цилиндрического корпуса необходимость в нем существенно снижается или отпадает полностью. Дополнительное теплообменное устройство 24 представляет собой систему естественного воздушного охлаждения без дополнительных трат энергии.
[14]В итоге, при использовании низкокипящей жидкости в качестве рабочей среды, такой, например, как фреон, происходит потребление им тепла, выделяемого при работе компрессора, и превращение его в пар, приводящий в движение рабочие элементы устройства, то есть происходит процесс рекуперации тепловой энергии, выделяемой компрессором, при одновременном снижении энергетических затрат на привод работы устройства.
[15]Таким образом, изобретение позволяет снизить механические потери при работе компрессора за счет использования тепла, вырабатываемого компрессором, и преобразовать это тепло в механическую энергию рабочих элементов.
