EA014462B1 - Многоступенчатый компрессор - Google Patents

Abstract

Многоступенчатый компрессор (1) для сжатия газов в области (2) низкого давления и области (5) высокого давления, где в области (2) низкого давления предусмотрен по меньшей мере один роторный компрессор (3), а в области (5) высокого давления предусмотрен по меньшей мере один поршневой компрессор (6) с двумя цилиндрами (7) и предусмотрен стандартный двигатель (4) для привода роторного компрессора (3) и поршневого компрессора (6), при этом цилиндры (7) расположены в области (5) высокого давления развернутыми на 180° один относительно другого.

Description

Изобретение относится к многоступенчатому компрессору для сжатия газов в областях низкого и высокого давлений, причем в области низкого давления предусмотрен по меньшей мере один роторный компрессор и по меньшей мере один поршневой компрессор с двумя цилиндрами предусмотрен в области высокого давления, при этом предусмотрен стандартный двигатель для привода роторного и поршневого компрессоров.

Из документа XVО 03/010436 А1 известно совместное использование роторного компрессора, а именно - компрессора винтового типа, в области низкого давления с поршневым компрессором в области высокого давления. В данном случае раскрывается многоступенчатый поршневой компрессор для сжатия газа под высоким давлением, в котором цилиндры отдельных ступеней компрессора установлены в форме буквы V по направлению друг к другу. В этом случае поршневой компрессор и компрессор низкого давления приводятся общим коленвалом.

Также из документа ΌΕ 4313573 известно использование компрессора винтового типа для сжатия под низким давлением и поршневого компрессора высокого давления для сжатия под высоким давлением, который приводится отдельно от компрессора винтового типа.

Кроме того, из документа ΌΕ 19932433 А1 известен способ улучшения рентабельности компрессоров объемного типа, в котором был раскрыт привод центробежного компрессора с помощью приводящего двигателя поршневого компрессора или отдельным двигателем.

Кроме того, из документа И8 4662826 известен новый вакуумный насос, в котором газ сначала откачивается при помощи роторного вакуумного насоса и затем посредством насоса поршневого типа соединенного с коленвалом роторного вакуумного насоса. Поскольку в нем нет внутреннего сжатия откачиваемого газа, то сравнительно с многоступенчатым сжатием высокого давления не предполагается возможного нагрева сжимаемого газа и/или накапливания конденсата.

Кроме того, также известны поршневые компрессоры различных типов с оппозитной установкой поршней. Из документа νθ 2002/044564 А1 известен многоступенчатый поршневой компрессор для создания сжатого воздуха для рельсовых транспортных средств, причем указанный поршневой компрессор состоит из приводящего блока и установленного ниже компрессорного блока, а также имеет ступени низкого и высокого давлений. Каждый из шатунов, предусмотренных на коленвале, имеет по меньшей мере два оппозитных поршня, прикрепленных к нему, при этом соседние шатуны установлены со смещением друг относительно друга практически на 180°, таким образом, поршни могут быть установлены вертикально прямо, горизонтально или ν-образно.

Из документа ΌΕ 2939298 А1 известна поршневая компрессорная станция, в целом содержащая оппозитный компрессор, в котором гильзы цилиндра ступенчатого поршня развернуты на 180° и расположены противоположно.

Кроме того, из документа СВ 458333 А известно комбинированное устройство, состоящее из двигателя внутреннего сгорания и насоса или компрессора. Насосный или компрессорный блок имеет коленвал с тремя шатунами, при этом два соседних шатуна установлены со смещением друг относительно друга на 180°, а соответствующие им цилиндры расположены противоположно друг другу в горизонтальной плоскости.

Целью данного изобретения является создание многоступенчатого компрессора определенного ранее типа, который обладает меньшей вибрацией во время работы относительно сопоставимых многоступенчатых компрессоров.

Согласно данному изобретению, это достигается путем того, что цилиндры в области высокого давления расположены развернутыми на 180° друг относительно друга. Результатом развернутого на 180° оппозитного расположения цилиндров является работа поршней в цилиндрах со значительно меньшей вибрацией при сжатии сжимаемого газа. Таким образом, вместе с роторным компрессором, предусмотренным в области низкого давления, в результате получается очень компактный многоступенчатый компрессор, который наряду с высокой степенью сжатия сжимаемого газа также обладает низкой вибрацией, генерируемой многоступенчатым компрессором. Поэтому данный патентоспособный многоступенчатый компрессор особенно подходит для использования как на передвижных компрессорных станциях, так и на компрессорных станциях кораблей. Еще одним важным преимуществом является то, что центр масс поршневого компрессора, два цилиндра которого развернуты друг относительно друга на 180°, т.е. расположены так называемым оппозитным образом, расположен ниже по сравнению с обычными цилиндрами, например цилиндрами, расположенными V-образно по направлению друг к другу.

Для того чтобы удержать общий центр масс многоступенчатого компрессора как можно ниже, что является очень важным для передвижных компрессорных станций, также предпочтительно, чтобы двигатель был расположен рядом с поршневым компрессором. Более того, для плоской конфигурации с соответственно низким центром масс является предпочтительным, чтобы продольная ось коленвала двигателя была расположена практически горизонтально, как и продольная ось цилиндра.

Что касается компактной конструкции многоступенчатого компрессора, то является предпочтительным обеспечить стандартный двигатель двумя концами вала таким образом, чтобы роторный компрессор и поршневой компрессор можно было легко соединить с двигателем на противоположных выходных сторонах.

- 1 014462

Альтернативно, в компактной конструкции возможно соединить роторный компрессор с приводимым двигателем поршневым компрессором. В данном случае для привода роторного компрессора и поршневого компрессора необходим лишь один одинарный коленвал.

Поскольку патентоспособный многоступенчатый компрессор должен, в частности, подходить для мобильного использования на кораблях и грузовиках, является предпочтительным, чтобы многоступенчатый компрессор имел сравнительно малые длину/ширину без ухудшения рабочих характеристик. Это преимущественно достигается путем того, что каждый ступенчатый поршень входит в цилиндр. Альтернативно, для получения малой длины также можно выполнить цилиндры двойного действия. Относительно малая длина делает возможной перевозку многоступенчатого компрессора в Ι8Ο контейнерах шириной 8 футов (2,54 м) и длиной 20 футов (6,079 м) или 40 футов (12,9 м). Известные многоступенчатые компрессоры, имеющие роторный компрессор и поршневой компрессор, а также поршневые компрессоры, расположенные ν-образно друг относительно друга, не помещаются в Ι8Ο контейнерах, что значительно затрудняет их мобильное использование.

Для ограничения предельных температур компрессора в области высокого давления до приемлемого уровня предпочтительно, чтобы поршневой компрессор имел несколько ступеней. В случае слишком высокого уровня компрессии в компрессоре с одной ступенью дальнейшее сжатие будет малоэффективным из-за повышенной температуры сжимаемого газа.

Для получения эффективного управления многоступенчатым компрессором, предпочтительно обеспечить средства управления между отдельными ступенями компрессора, при этом средствами управления могут быть: нагнетательный клапан, клапан сброса избыточного давления, регулируемые зазоры, регуляторы скорости вращения и другие инструменты. В частности, для управления многоступенчатым компрессором могут использоваться различные механические, пневматические, гидравлические, электрические и электронные компоненты, таким образом, обеспечивая как контроль на месте, так и удаленный контроль.

Что касается эффективного сжатия в отдельных ступенях компрессора, предпочтительно обеспечить между отдельными ступенями компрессора по меньшей мере один аттенюатор, одно охладительное устройство, один сепаратор конденсата, одно осушающее устройство или один газовый сепаратор. Таким образом, отдельные ступени компрессора могут использоваться в областях низкого или высокого давлений, или они обе могут использоваться в области высокого давления.

Далее изобретение будет раскрыто более подробно при помощи примерных вариантов осуществления, изображенных на фигурах, но не ограниченных ими. На которых более подробно показаны на фиг. 1 - схематический общий вид многоступенчатого компрессора, при этом роторный компрессор и поршневой компрессор расположены оппозит-но на противоположных выходных сторонах центрального приводящего двигателя;

на фиг. 2 - схематический общий вид другого примерного варианта осуществления, в котором роторный компрессор соединен с коленвалом поршневого компрессора оппозитного типа;

на фиг. 3 - схематически структурная схема многоступенчатого компрессора с двухступенчатым компрессором высокого давления;

на фиг. 4 - вид в разрезе другого примерного варианта осуществления с двухступенчатым поршневым компрессором оппозитного типа;

на фиг. 5 - схематический вид в разрезе цилиндра со ступенчатым поршнем и на фиг. 6 - схематический вид в разрезе цилиндра двойного действия.

На фиг. 1 показан многоступенчатый компрессор 1, в котором в области 2 низкого давления предусмотрен компрессор винтового типа 3. Компрессор винтового типа 3 соединен с центральным приводящим двигателем, который приводит поршневой компрессор 6, также расположенный в области 5 высокого давления, посредством дополнительного коленвала. Таким образом, поршневой компрессор 6 имеет два цилиндра 7, расположенных развернутыми на 180° друг относительно друга так, что поршневой компрессор 6 выполнен так называемого оппозитного типа, где поршни 7', входящие в цилиндры 7 (см. фиг. 3) двигаются в одной плоскости движения. Таким образом, результатом нейтрализации сил инерции первого порядка является более плавная работа поршневого компрессора 6, и поэтому многоступенчатый компрессор 1 меньше вибрирует при работе в сравнении с устройствами, известными из уровня техники. Более того, получена плоская и короткая конструкция, таким образом, центр масс находится ниже, чем у известных устройств, что является особым преимуществом при использовании многоступенчатого компрессора 1 на кораблях.

На фиг. 2 показан альтернативный вариант осуществления, в котором приводящий двигатель 4 имеет только один коленвал 8, который приводит поршневой компрессор 6 оппозитной конструкции посредством соединения 10, с размещенной вращающейся массой 9. Также компрессор винтового типа 3, предусмотренный в области 2 низкого давления, может приводиться тем же самым коленвалом.

В частности, из фиг. 1 и 2 видно, что входной контрольный клапан 11 относится к компрессору винтового типа, установленному в области 2 низкого давления обычным способом, при этом посредством указанного клапана контролируется впуск воздуха, и выпуск воздуха прекратится при выключении многоступенчатого компрессора 1. Более того, можно увидеть воздушный фильтр 12, масляный фильтр

- 2 014462 и топливный фильтр 14 приводящего двигателя 4. Также важным здесь является то, что присутствует блок лишь из двух цилиндров 7 поршневого компрессора 6, установленных оппозитно.

На структурной схеме фиг. 3 видно, что охладительное устройство 15 расположено между роторным компрессором или компрессором винтового типа 3 в области 2 низкого давления и областью 5 высокого давления, в которой расположен поршневой компрессор 6 с двумя ступенями сжатия 6', 6, при этом указанное охладительное устройство служит для охлаждения газа, имеющего повышенную температуру из-за внутреннего сжатия, причем сепаратор конденсата 16 расположен ниже для обеспечения эффективного сжатия в нижней области 5 высокого давления. Также предусмотрен аттенюатор 17 пульсации для уменьшения скачков давления сжимаемого газа. Затем уже предварительно сжатый газ подается в область 5 высокого давления, в которой расположен многоступенчатый поршневой компрессор 6, имеющий два оппозитных цилиндра 7 и поршни 7' на каждой ступени сжатия 6', 6, таким образом, наряду с компактной конструкцией многоступенчатого компрессора 1 и высокой эффективностью сжатия обеспечивается высокая плавность хода всей установки, что делает многоступенчатый компрессор 1 особенно подходящим для использования в передвижных компрессорных установках или на кораблях.

На фиг. 4 показан другой примерный вариант осуществления многоступенчатого компрессора 1, где хорошо виден расположенный по центру стандартный двигатель 4, который имеет коленвал 8 с двумя шейками вала 8', при этом компрессор винтового типа приводится в области 2 низкого давления одной шейкой вала 8', а двухступенчатый поршневой компрессор 6 приводится другой шейкой вала 8'.

Две ступени 6', 6 поршневого компрессора 6 оппозитной конструкции, как можно увидеть на фиг. 5 и 6, могут быть выполнены в виде ступенчатого поршня 15 или цилиндра 16 двойного действия. Эти два варианта осуществления обеспечивают сравнительно короткую конструкцию поршневого компрессора, таким образом делая возможной сравнительно малой длину всей установки 1 с блоком цилиндров 7 в области 5 высокого давления, развернутых на 180° друг относительно друга согласно данному изобретению, поскольку поршневой компрессор 6 имеет самую большую ширину во всей установке 1. В частности, это делает возможной установку многоступенчатого компрессора 1 в Ι8Θ контейнерах шириной 8 футов (2,44 м), что наряду с низким центром масс всей установки обеспечивает большое преимущество в области мобильного использования, в особенности на кораблях.

Claims (8)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Многоступенчатый компрессор (1) для сжатия газов в области (2) низкого давления и области (5) высокого давления, где в области (2) низкого давления предусмотрен по меньшей мере один компрессор винтового типа (3), а в области (5) высокого давления предусмотрен по меньшей мере один поршневой компрессор (6) с двумя цилиндрами (7) и предусмотрен стандартный двигатель (4) для привода компрессора винтового типа (3) и поршневого компрессора (6), причем продольная ось коленвала (8) двигателя (4) расположена практически горизонтально, а двигатель (4) расположен рядом с поршневым компрессором (6), отличающийся тем, что каждый ступенчатый поршень входит в цилиндры (7) или цилиндры (7) являются двойного действия, и цилиндры (7) расположены в области (5) высокого давления развернутыми на 180° друг относительно друга, с выступающей практически горизонтально продольной осью указанных цилиндров (7).
2. 2. Многоступенчатый компрессор по п.1, отличающийся тем, что роторный компрессор (3) и поршневой компрессор (6) соединены с двигателем (4) на противоположных выходных сторонах.
3. 3. Многоступенчатый компрессор по п.1 или 2, отличающийся тем, что роторный компрессор (3) соединен с приводимым двигателем поршневым компрессором (6).
4. 4. Многоступенчатый компрессор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что поршневой компрессор (6) имеет несколько ступеней (6', 6).
5. 5. Многоступенчатый компрессор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что между отдельными ступенями (2, 5; 6', 6) компрессора предусмотрено по меньшей мере одно устройство управления.
6. 6. Многоступенчатый компрессор по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что между отдельными ступенями (2, 5; 6', 6) компрессора предусмотрены по меньшей мере один аттенюатор (17), одно охладительное устройство (15), один сепаратор конденсата (16), одно осушающее устройство или один газовый сепаратор.
7. 7. Применение многоступенчатого компрессора по любому из пп.1-6 в передвижной компрессорной станции.
8. 8. Применение многоступенчатого компрессора по любому из пп.1-6 в компрессорной станции, установленной на корабле.