Спосіб роботи безкрейцкопфного компресора та поршневий компресор для його здійснення

1 Спосіб роботи безкрейцкопфного компресора, який полягає в стискуванні в його циліндрах газу за допомогою шатунно-поршневої групи, яка змащується мастилом, з відведенням від циліндрів частини теплоти стискування в навколишнє сере довище проміжним теплоносієм, який відрізняється тим, що теплоту від циліндрів відводять циркулюючим змащуючим мастилом 2 Поршневий компресор, в складі якого знаходяться картер, колінчастий вал, циліндри з охолоджуючою рубашкою, шатунно-поршнева група та мастильний насос, який відрізняється тим, що охолоджуюча рубашка циліндрів з'єднана мастильними трубопроводами з мастильним насосом та картером 3 Поршневий компресор по п 2, який відрізняється тим, що між охолоджуючою рубашкою циліндрів і картером встановлений охолоджувач 4 Поршневий компресор по п 2, який відрізняється тим, що між охолоджуючою рубашкою циліндрів і картером встановлений клапан О Пропонується винахід, що відноситься до енергетики, переважно до холодильної техніки, а конкретніше до способів та обладнання для стискування газів, переважно холодильних агентів Відомий поршневий компресор, що складається з картера, колінчастого вала, шатуннопоршневої групи, клапанної дошки, всмоктувальних та нагнітальних клапанів, циліндрів та змащувальної системи (Г М Швецов, Н В Ладин Судовые холодильные установки М Транспорт 1986 — 232с — с 72 73 — аналог) Поршневий компресор працює таким чином Визначений об'єм пари (робочої речовини) під низьким тиском всмоктують через всмоктувальний клапан у порожнину циліндра, тобто у замкнений об'єм, утворений циліндром, клапанною дошкою і поршнем, який збільшується за рахунок переміщення поршня колінчастим валом за допомогою шатуна При створенні максимального об'єму всмоктувальний клапан зачиняється Подальше обертання колінчастого вала супроводжується зменшенням замкненого об'єму з парою, в результаті чого тиск останньої підвищується, тобто пара стискується При досягненні тиску пари ВІДПОВІДНОГО значення, що визначається обладнанням, в яке його нагнітають, відчиняється нагнітальний клапан і стиснутий пар виштовхується з компресора доти, доки об'єм порожнини циліндра не прийме мінімальне значення Послідуюче обертання колінчастого вала приводить до збільшення цього замкненого об'єму, при цьому нагнітальний клапан зачиняється, а всмоктувальний відкривається (завершується цикл) і починається наступний процес всмоктування пари Стискання пари супроводжується підвищенням її температури і виділенням тепла, як безпосередньо у порожнині циліндра, так і в місцях з'єднання окремих частин компресора, які переміщуються одне відносно іншого з тертям (опорах колінчастого вала, підшипниках шатуна тощо) Для зменшення тепла тертя, ці пари тертя змащують мастилом, яке подають у них за рахунок розбризкування або мастильним насосом Тепло, що виділяється, відводять в навколишнє середовище (навколишнє повітря) за рахунок тепловіддачі через картер та стінки циліндрів Недоліком відомого компресора, який реалізує описаний спосіб стискання пари, є відносно невисокий ступінь стискання, який обмежується високою температурою кінця стискання ряду екологічно безпечних холодильних агентів, наприклад, аміаку Висока температура кінця стискання приводить до коксування змащуючих мастил, що за ю ю 54594 стосовуються і, як наслідок, до виводу з ладу компресорів Це обмежує область використання таких компресорів для стискання ряду перспективних холодильних агентів Відоме технічне рішення, в якому цей недолік усунено Це спосіб роботи поршневого безкрейцкопфного компресора, який полягає у стискуванні в його циліндрах робочої речовини шатуннопоршневою групою, яка поєднана з колінчастим валом Пари тертя змащуються циркулюючим мастилом з відведенням від циліндрів частини тепла стискування в навколишнє середовище проміжним теплоносієм і поршневий безкрейцкопфний компресор, в складі якого знаходяться картер, колінчастий вал, циліндри з охолоджуючою рубашкою, шатунно-поршнева група, мастильний насос, клапанна дошка та всмоктувальний і нагнітальний клапани (В Ф Лебедев, И Г Чумак, Г Д Аверин и др Холодильная техника М Агропромиздат 1986 —335 с — СЗЗ 35 —прототип) Поршневий компресор працює таким чином Визначений об'єм пари (робочої речовини) під низьким тиском всмоктують через всмоктувальний клапан у порожнину циліндра з наступним стисканням за рахунок зменшення и об'єму, а потім нагнітають за призначенням, наприклад у конденсатор При стисканні робочого тіла виділяється тепло, яке відводять у навколишнє середовище При цьому частину теплоти від циліндрів у компресорах, що стискують агенти з великим значенням коефіцієнту адіабати, наприклад, аміак, повітря та ІНШІ, відводять у навколишнє середовище з використанням проміжного носія - води Це забезпечує надійну роботу поршневих компресорів у розрахункових режимах без коксування мастила, яке застосовують в цих компресорах, за рахунок підтримання температури кінця стискування не вище 145°С, а також зменшення роботи стискання газу Недоліками відомого технічного рішення є те, що при застосуванні таких компресорів в зимовий період року в місцях, де температура може знижуватись нижче ніж 0°С, можливі умови, коли вода буде переходити з рідинного стану в лід, що виведе з ладу компресор, а крім того можливе випадіння водяного каменю на теплопередавальній поверхні водяної рубашки при застосуванні води із розчиненими солями жорсткості, яке приведе до підвищення термічного опору передачі теплоти від стискуваного агенту до води В основу винаходу покладена задача забезпечення безаварійної роботи безкрейцкопфного поршневого компрессора при температурі навколишнього середовища нижчій ніж 0°С та без перевищення допустимої температури кінця стискування, за рахунок відводу частини теплоти від циліндрів у навколишнє середовище без застосування додаткового проміжного теплоносія Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в запропонованому способі роботи поршневого компресора, частину теплоти стискування робочого газу відводять циркулюючим змащуючим мастилом Для цього охолоджуюча рубашка циліндрів компресора поєднана в гідравлічний контур з теплообмінником та мастильним насосом компре сора Заявлене технічне рішення з переглянутих літературних джерел нам не відоме, дозволяє здобути позитивний ефект у вигляді забезпечення безаварійної роботи компресора без застосування додаткового проміжного теплоносія для відводу у навколишнє середовище від циліндрів частини теплоти стискання агенту, а це спрощує конструкцію та підвищує надійність його роботи Заявлений спосіб реалізують таким чином Як приклад розглядається випадок роботи аміачного компресора у складі холодильної установки, що працює у стандартному режимі, тобто при температурі випаровування холодильного агенту -15°С, температурі конденсації його +30°С Визначений об'єм пароподібного аміаку (робочої речовини) під низьким тиском (Р = 0,24МПа) всмоктують через всмоктувальний клапан у порожнину циліндра, яка збільшується за рахунок переміщення поршня колінчастим валом за допомогою шатуна При створенні максимального об'єму всмоктувальний клапан зачиняється Подальше обертання колінчастого валу супроводжується зменшенням замкненого об'єму з парою, в результаті чого тиск останньої підвищується, тобто пара стискується При досягненні тиску пари, що перевищує тиск у конденсаторі (Р = 1,19МПа) на прийняту величину депресії у нагнітальних клапанах (звичайно ця величина складає 0,005 0,01 МПа), відчиняється нагнітальний клапан і стиснена пара виштовхується з компресора у конденсатор холодильної установки доти, доки замкнений об'єм порожнини циліндра не прийме мінімальне значення Послідуюче обертання колінчастого валу приводить до збільшення цього замкненого об'єму, при цьому нагнітальний клапан зачиняється, а всмоктувальний відкривається (завершується цикл) і починається наступний процес всмоктування пари Стискання пари супроводжується виділенням тепла, як безпосередньо у замкненому об'ємі порожнини циліндра, так і в місцях поєднання окремих частин компресора в пари тертя, (опорах колінчастого валу, підшипниках шатуна тощо) Для зменшення тепла тертя, ці пари змащують мастилом, яке подають у них мастильним насосом Теплоту, що виділяється, відводять в навколишнє середовище (навколишнє повітря) за рахунок теплопередачі частково через корпус компресора, а частково через теплообмінник з використанням циркулюючого змащуючого мастила Одна з принципових схем поршневого компресора для реалізації заявленого способу зображена на Фіг Поршневий компресор складається з картера 1, колінчастого вала 2, шатуна 3, поршня 4, циліндра 5 з охолоджуючою рубашкою 6, мастильного насоса 7 з всмоктувальним патрубком 8 Насос 7 з трубопроводом 9 створюють систему змащування пар тертя компресора, а через запорний вентиль 10 і трубопровід 11 поєднаний з входом у охолоджуючу рубашку 6, вихід з якої через регулюючий вентиль 12 та трубопровід 13 поєднаний із входом у охолоджувач мастила 14 Вихід із охолоджувача мастила 14 трубопроводом 15, у розрив якого встановлений запорний вентиль 16, поєднаний з 54594 картером 1 Нижня частина картера 1 створює мастильну ванну 17 Компресор має клапанну дошку 18 з всмоктувальним 19 та нагнітальним 20 клапанами і доповнений всмоктувальним та нагнітальним вентилями 21 та 22 ВІДПОВІДНО Компресор доповнений манометром 23 тиску мастила, який встановлений на трубопроводі 11, а також клапаном 24, що поєднує трубопровід 13 з трубопроводом 15 після вентиля 16 Компресор працює таким чином Для прикладу розглядається випадок, коли при роботі компресор відкритими вентилями 21 та 22 поєднаний з випарником та конденсатором холодильної установки, що на Фіг не показані При переміщенні поршня 4 вниз об'єм, створений циліндром 5, поршнем 4, який переміщується, та клапанною дошкою 18 збільшується і тиск агента (аміаку) в ньому знижується Коли тиск агента стане нижчим від тиску у випарнику холодильної машини, (~Ро - АРкпап) відкривається всмоктувальний клапан 19 і агент через всмоктувальний вентиль 21 починає поступати в циліндр 16 компресора При переміщенні поршня 17 догори всмоктувальний клапан 19 зачиняється, агент стискується і коли тиск агенту в циліндрі 16 стане вищим, ніж тиск у нагнітальному вентилі 22 (тобто конденсаторі холодильної установки), відкривається нагнітальний клапан 20 і стиснений агент виштовхується з циліндра 16 через вентиль 22 в конденсатор холодильної установки При роботі компресора мастильний насос, який може бути встановлений також як у відомих компресорах на колінчастому валі 2, нагнітає всмоктане через патрубок 8 мастило через трубопровід 9 на пари тертя компресора (опори колінчастого валу, шатунні підшипники і таке інше), а через запорнии вентиль 10 та трубопровід 11 в охолоджуючу рубашку 6 циліндра 5, після якої через регулюючий вентиль 12, трубопровід 13, охолоджувач мастила 14, трубопровід 15 та запорнии вентиль 16 знов в картер 1 При цьому, якщо температура мастила на вихо ді з насоса 7 становить приблизно ЗО 40°С то на виході з рубашки приблизно 50 60°С Як охолоджувач мастила може використовуватись звичайний теплообмінник (трубчастий або пластинчатий чи інший) Нагріте мастило охолоджується в ньому до температури ЗО 40°С і по трубопроводу 15 та запорнии вентиль 16 повертається у картер Температуру мастила на виході з охолоджуючої рубашки регулюють за допомогою регулюючого вентиля 12, який змінює КІЛЬКІСТЬ мастила, яке насос прокачує через охолоджуючу рубашку Тиск, що забезпечує насос (0,15 0,35МПа), достатній для проштовхування мастила через охолоджуючий контур, який створений насосом, вентилями, охолоджуючою рубашкою та охолоджувачем мастила У пусковий період, коли температура мастила низька, може трапитись, що напір насоса не достатній для проштовхування мастила через охолоджувач В цьому випадку мастило, що охолоджує циліндри, циркулює по контуру насос 7, вентиль 10, трубопровід 11 охолоджуюча рубашка 6, регулюючий вентиль 12, клапан 24, картер 1 Клапан 24 настроєний таким чином, що відчиняється коли різниця тиску між охолоджуючою рубашкою та картером перевищує задану величину, наприклад О.ЗОМПа По мірі нагрівання мастила різниця тиску буде зменшуватися, клапан 24 закриється і мастило почне циркулювати як у робочому режимі, що описаний вище Регулюючий вентиль 12 може бути встановлений як після охолоджуючої рубашки 6, як описано вище, так і до неї Таким чином, запропоновані спосіб роботи безкрейцкопфного компресора та поршневий компресор для його здійснення дозволяють здобути позитивний ефект у вигляді забезпечення безаварійної роботи компресора без застосування додаткового проміжного теплоносія для відводу у навколишнє середовище від циліндрів частини теплоти стискання агенту, а це спрощує конструкцію та підвищує надійність роботи останнього 54594 13 12 20 8 22 2І /8 Фіг. Підписано до друку 03 04 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24 В