Поршневой компрессор

Поршневой компрессор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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, N₂, N₃, N₄, количество пластин в которой может быть различным, кроме того пластины N₁ выполнены внутренним диаметром d₁=d_ц и наружным диаметром D₁=D_p, пластины N₂ выполнены внутренним диаметром d₂=d_ц+2h_p и наружным диаметром D₂=D_p-2Н_р, пластины N₃ выполнены внутренним диаметром d₃=d_ц и наружным диаметром D₃=D_p-2Н_р, а пластины N₄ выполнены внутренним диаметром d₄=d_ц+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 N₃,

d₄ - внутренний диаметр пластины N₄,

d_ц - внутренний диаметр цилиндра,

h_p - высота внутренних ребер цилиндра,

Н_р - высота внешних ребер цилиндра,

D₁ - наружный диаметр пластины N₁,

D₂ - наружный диаметр пластины N₂,

D₄ - наружный диаметр пластины N₄,

D_p - внешний диаметр цилиндра по высоте внешних ребер Н_р,

кроме того, нижняя часть цилиндра на расстоянии L может быть выполнена без ребер таким образом, что d₁=d₂=d₃=d₄=d_ц.

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 (N₂), 8 (N₃), 9 (N₄) (фиг.2), количество пластин в которой может быть различным, кроме того пластины 6 (N₁) выполнены внутренним диаметром d₁=d_ц и наружным диаметром D₁=D_p, пластины 7 (N₂) выполнены внутренним диаметром d₂=d_ц+2h_p и наружным диаметром D₂=D_p-2Н_р, пластины 8 (N₃) выполнены внутренним диаметром d₃=d_ц и наружным диаметром D₃=D_p-2Н_р, а пластины 9 (N₄) выполнены внутренним диаметром d₄=d_ц+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 N₃,

d₄ - внутренний диаметр пластины N₄,

d_ц - внутренний диаметр цилиндра,

h_p - высота внутренних ребер цилиндра,

Н_р - высота внешних ребер цилиндра,

D₁ - наружный диаметр пластины N₁,

D₂ - наружный диаметр пластины N₂,

D₃ - наружный диаметр пластины N₃,

D_p - внешний диаметр цилиндра по высоте внешних ребер Н_р,

кроме того, нижняя часть цилиндра 5 на расстоянии L может быть выполнена без ребер таким образом, что d₁=d₂=d₃=d₄=d_ц (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=d₂=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 - Р_вс 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 Р_н - 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 Т_вс>температуры всасываемого газа Т_г, 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.

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, N₄, количество пластин в которой может быть различным, кроме того, пластины N₁ выполнены внутренним диаметром d₁=d_ц и наружным диаметром D₁=D_p, пластины N₂ выполнены внутренним диаметром d₂=d_ц+2h_p и наружным диаметром D₂=D_p-2H_p, пластины N₃ выполнены внутренним диаметром d₃=d_ц и наружным диаметром D₃=D_p-2Н_р, а пластины N₄ выполнены внутренним диаметром d₄=d_ц+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 N₃;

d₄ - внутренний диаметр пластины N₄;

d_ц - внутренний диаметр цилиндра;

h_p - высота внутренних ребер цилиндра;

Н_р - высота внешних ребер цилиндра;

D₁ - наружный диаметр пластины N₁;

D₂ - наружный диаметр пластины N₂;

D₄ - наружный диаметр пластины N₄;

D_p - внешний диаметр цилиндра по высоте внешних ребер Н_р.

2. Поршневой компрессор по п.1, отличающийся тем, что нижняя часть цилиндра на расстоянии L может быть выполнена без ребер таким образом, что d₁=d₂=d₃=d₄=d_ц.