[go: up one dir, main page]

RU2617035C1 - Single-stage piston compressor of double action - Google Patents

Single-stage piston compressor of double action Download PDF

Info

Publication number
RU2617035C1
RU2617035C1 RU2016102782A RU2016102782A RU2617035C1 RU 2617035 C1 RU2617035 C1 RU 2617035C1 RU 2016102782 A RU2016102782 A RU 2016102782A RU 2016102782 A RU2016102782 A RU 2016102782A RU 2617035 C1 RU2617035 C1 RU 2617035C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pressure
gas
piston
cylinder
compressor
Prior art date
Application number
RU2016102782A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Марат Сергеевич Дзитоев
Игорь Васильевич Наумчик
Леонид Аркадьевич Сырцов
Азамат Миронович Дзитоев
Александр Дмитриевич Тихонов
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации, Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2016102782A priority Critical patent/RU2617035C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2617035C1 publication Critical patent/RU2617035C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B25/00Multi-stage pumps

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressor (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: machine engineering.
SUBSTANCE: compression process is carried out in two stages: at the first stage due to the compressed gas power, at the second stage due to the mechanical drive power. The windows are made in the cylinder in order to communicate the compression cylinder cavities in the outermost positions with the interstage intermediate tank of high pressure, and the drilled holes with gas bypass valves from the harmful space under / over the piston cavity are made.
EFFECT: pressure ratio increase.
3 dwg

Description

Изобретение относится к компрессорной технике, а именно к компрессорам двойного действия.The invention relates to a compressor technique, namely to double-acting compressors.

Наиболее близким по технической сути (прототипом) к предлагаемому устройству является одноступенчатый поршневой компрессор двойного действия, содержащий цилиндр с полостями сжатия, расположенными по обе стороны от поршня, в котором выполнены каналы с расположенными в них запорными органами, всасывающие и нагнетательные клапаны [1]. Недостатком прототипа является невысокая степень повышения давления.The closest in technical essence (prototype) to the proposed device is a single-stage double-acting reciprocating compressor containing a cylinder with compression cavities located on both sides of the piston, in which channels with locking elements located in them, suction and discharge valves [1] are made. The disadvantage of the prototype is the low degree of pressure increase.

Задачей изобретения является увеличение степени повышения давления. Это достигается тем, что в цилиндре выполнены окна для сообщения полостей сжатия цилиндра в крайних положениях поршня с межступенчатой промежуточной емкостью высокого давления, а в поршне выполнены сверления с клапанами для перепуска газа из вредного пространства в под/над поршневую полость.The objective of the invention is to increase the degree of pressure increase. This is achieved by the fact that in the cylinder there are windows for communication of the compression cavities of the cylinder in the extreme positions of the piston with an interstage intermediate high-pressure tank, and in the piston there are drills with valves for transferring gas from the harmful space into the under / above the piston cavity.

Предлагаемый одноступенчатый поршневой компрессор двойного действия относится к газомеханическим устройствам, в которых процесс сжатия осуществляется в два этапа: на первом этапе за счет энергии сжатого газа, на втором этапе за счет энергии механического привода [2].The proposed single-stage reciprocating double-acting compressor relates to gas-mechanical devices in which the compression process is carried out in two stages: in the first stage due to the energy of compressed gas, in the second stage due to the energy of a mechanical drive [2].

На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый одноступенчатый поршневой компрессор двойного действия, на фиг. 2 - индикаторная диаграмма работы компрессора.In FIG. 1 schematically shows the proposed single-stage reciprocating double-acting compressor, FIG. 2 is an indicator diagram of compressor operation.

Компрессор содержит цилиндр 1 с полостями сжатия 2 и 3, расположенными над и под поршнем 4, соединенными посредством окон с коллектором высокого (конечного) давления 6 и межступенчатой промежуточной емкостью высокого давления 7.The compressor comprises a cylinder 1 with compression cavities 2 and 3 located above and below the piston 4, connected by means of windows to a high (final) pressure manifold 6 and an interstage intermediate high pressure reservoir 7.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства на примере процессов, происходящих в надпоршневой полости 2, которые схематично представлены на индикаторной диаграмме (фиг. 2).Consider the operation of the proposed device on the example of processes occurring in the supra-piston cavity 2, which are schematically represented in the indicator diagram (Fig. 2).

При достижении поршнем 4 верхней мертвой точки (ВМТ) открывается клапан Б и вредное пространство (пространство над поршнем при нахождении поршня в ВМТ) соединяется с подпоршневой полостью и давление в нем уменьшается (процесс 4-5). Далее поршень перемещается вниз и давление в надпоршневой полости уменьшается и становится равным давлению в магистрали всасывания рвс (процесс 5-6), открывается всасывающий клапан С и подпоршневая полость заполняется свежей порцией сжимаемого газа низкого давления (процесс 6-1). При достижении поршнем нижней мертвой точки (НМТ) с небольшим предварением открываются окна 5, через которые газ высокого (конечного) давления рк подается в цилиндр из коллектора высокого (конечного) давления 6 и поджимает находящийся там газ (с давлением рвс) до некоторого промежуточного давления рпр (процесс 1-2).When the piston 4 reaches the top dead center (TDC), valve B opens and the harmful space (the space above the piston when the piston is in the TDC) is connected to the under-piston cavity and the pressure in it decreases (process 4-5). Then the piston moves downward and the pressure in the supra-piston cavity decreases and becomes equal to the pressure in the suction line p sun (process 5-6), the suction valve C opens and the piston cavity is filled with a fresh portion of compressible low-pressure gas (process 6-1). When the piston reaches the bottom dead center (BDC), with a small preliminary, the windows 5 open through which the gas of high (final) pressure p k is supplied to the cylinder from the collector of high (final) pressure 6 and compresses the gas there (with pressure p sun ) to a certain intermediate pressure p ol (process 1-2).

Промежуточное давление определяется по соотношениюThe intermediate pressure is determined by the ratio

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где рпр - промежуточное давление;where p CR - intermediate pressure;

рк - конечное давление (давление нагнетания);p to the final pressure (discharge pressure);

рвс - давление во всасывающей магистрали;p sun - pressure in the suction line;

Vпp - объем промежуточной полости;V p - the volume of the intermediate cavity;

Vh - рабочий объем цилиндра (объем, описываемый поршнем при перемещении из ВМТ в НМТ);V h is the working volume of the cylinder (the volume described by the piston when moving from TDC to BDC);

a - относительный объем вредного пространства. a is the relative amount of harmful space.

После этого поршень 4 начинает перемещаться к ВМТ и происходит процесс (2-3) сжатия газа до давления рк за счет механической энергии привода. При достижении давления рк открывается клапан А и газ поступает в межступенчатую промежуточную емкость высокого давления 7 (процесс 3-4) и далее потребителю.After that, the piston 4 begins to move to the TDC and the process (2-3) of gas compression to a pressure p k occurs due to the mechanical energy of the drive. When pressure p k is reached , valve A opens and gas enters the interstage intermediate high-pressure tank 7 (process 3-4) and then to the consumer.

Общая степень повышения давления определяется соотношениемThe total degree of pressure increase is determined by the ratio

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где πгаз - степень повышения давления за счет энергии сжатого газа;where π gas is the degree of pressure increase due to the energy of the compressed gas;

πмех - степень повышения давления за счет энергии привода.π fur - the degree of pressure increase due to drive energy.

Таким образом, давление нагнетания предложенного компрессора будет в πгаз раз больше, чем у прототипа.Thus, the discharge pressure of the proposed compressor will be π gas times greater than that of the prototype.

Кроме того, производительность компрессора может быть увеличена за счет снижения давления во вредном пространстве.In addition, compressor performance can be increased by reducing pressure in the hazardous area.

Ступень газового сжатия благотворно влияет на температурный режим работы воздушного компрессора, так как при дросселировании газ будет охлаждаться.The stage of gas compression has a beneficial effect on the temperature regime of the air compressor, since the gas will be cooled during throttling.

К достоинствам одноступенчатого поршневого компрессора двойного действия можно отнести и то, что им можно заменить любой многоступенчатый компрессор.The advantages of a single-stage double-acting reciprocating compressor include the fact that it can replace any multi-stage compressor.

Определим удельный расход энергии, затрачиваемой на сжатие газа в рассматриваемом компрессоре [2].Define the specific energy consumption spent on gas compression in the compressor in question [2].

Будем считать, что давление газа в промежуточной полости равно давлению нагнетания рн, а объем ее равен Vпр. Процессы сжатия (1-2) и расширения (3-4) газа протекают с одинаковыми показателями политропы nр-nсж=n. Общая степень повышения давления будет

Figure 00000003
. Температуру газа перед сжатием обозначим Т1, при этом λ=λ0. С учетом принятых допущений определим массу газа, поступающего в цилиндр в процессе всасывания (в точке 1 по индикаторной диаграмме на фиг. 2)We assume that the gas pressure in the intermediate cavity is equal to the discharge pressure p n , and its volume is V ave . The processes of compression (1-2) and expansion (3-4) of the gas proceed with the same rates of polytropes n p -n sr = n. The overall degree of pressure increase will be
Figure 00000003
. The gas temperature before compression is denoted by T 1 , with λ = λ 0 . Based on the assumptions made, we determine the mass of gas entering the cylinder during the suction process (at point 1 from the indicator diagram in Fig. 2)

Figure 00000004
Figure 00000004

Масса газа в цилиндре непосредственно перед сжатием (в точке 2) может быть определена из уравнения состоянияThe mass of gas in the cylinder immediately before compression (at point 2) can be determined from the equation of state

Figure 00000005
Figure 00000005

Зная массу газа в промежуточной полости и полости цилиндра, можно определить давление рпр, давление в промежуточной полости и полости цилиндра после их сообщенияKnowing the mass of gas in the intermediate cavity and the cylinder cavity, it is possible to determine the pressure p CR , the pressure in the intermediate cavity and the cylinder cavity after they are reported

Figure 00000006
Figure 00000006

где В - относительное промежуточное пространство.where B is the relative intermediate space.

С учетом (3) соотношение (2) примет видIn view of (3), relation (2) takes the form

Figure 00000007
Figure 00000007

Обозначим степень предварительного повышения давления - πпр, а степень повышения давления при сжатии - π'к. Тогда можно записать:Denote the degree of preliminary increase in pressure - π CR , and the degree of increase in pressure during compression - π ' to . Then you can write:

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Принимая во внимание соотношения (4), (5), (6), работу, затрачиваемую на сжатие газа в компрессоре, запишем в видеTaking into account relations (4), (5), (6), the work spent on gas compression in the compressor can be written as

Figure 00000010
Figure 00000010

илиor

Figure 00000011
Figure 00000011

Соответственно, удельная работа, затрачиваемая на получение 1 кг выдаваемого потребителю газа с давлением рн, будет определяться выражениемAccordingly, the specific work required to obtain 1 kg of gas supplied to the consumer with a pressure of p n will be determined by the expression

Figure 00000012
Figure 00000012

илиor

Figure 00000013
Figure 00000013

В безразмерном виде она запишется следующим образом:In a dimensionless form, it is written as follows:

Figure 00000014
Figure 00000014

Величины lк и

Figure 00000015
могут быть использованы для сравнительной оценки удельных затрат энергии при получении сжатого газа в одноступенчатом поршневом компрессоре двойного действия и многоступенчатом компрессоре. Положив, что Vпр=0 (В=0), а=0 (С=1), уравнение (8) преобразуем к выражению удельного расхода энергии при политропном сжатии газа:The values of l to and
Figure 00000015
can be used for a comparative assessment of the specific energy consumption in the production of compressed gas in a single-stage double-acting reciprocating compressor and a multi-stage compressor. Assuming that V CR = 0 (B = 0), and = 0 (C = 1), we transform equation (8) to the expression of the specific energy consumption during polytropic gas compression:

Figure 00000016
Figure 00000016

Анализ выражения (9) позволяет выявить влияние объема промежуточной полости (В) на удельный расход энергии в одноступенчатом поршневом компрессоре двойного действия.An analysis of expression (9) reveals the effect of the volume of the intermediate cavity (B) on the specific energy consumption in a single-stage double-acting piston compressor.

Действительная удельная работа, затраченная на сжатие свежей порции газа в цилиндре, будет меньше работы по (8) на величину работы расширения газа высокого давления, поступающего из межступенчатой промежуточной емкости высокого давления в цилиндр компрессора. Эта работа будет равна работе, затрачиваемой на сжатие свежей порции газа в цилиндре от давления рвс до давления рпр.The actual specific work spent on compressing a fresh portion of the gas in the cylinder will be less than the work in (8) by the magnitude of the expansion work of the high-pressure gas coming from the interstage intermediate high-pressure tank to the compressor cylinder. This work will be equal to the work required to compress a fresh portion of the gas in the cylinder from pressure p sun to pressure p pr

Рассмотрим процесс сжатия свежей порции газа в газовой ступени, принципиальная схема которой представлена на фиг. 3 а, б.Consider the process of compressing a fresh portion of gas in a gas stage, the circuit diagram of which is shown in FIG. 3 a, b.

В начале процесса полость межступенчатой промежуточной емкости высокого давления рн отделена (разобщена) от полости цилиндра с давлением Рвс поршнем А с фиксатором В (фиг. 3а). Далее поршень освобождается и под действием силы давления расширяющегося газа перемещается в цилиндре до тех пор, пока давления в межступенчатой промежуточной емкости высокого давления и цилиндре не сравняются и станут равными Рпр.At the beginning of the process, the cavity of the interstage intermediate high-pressure vessel p n is separated (disconnected) from the cylinder cavity with pressure P sun by the piston A with the clamp B (Fig. 3a). Next, the piston is released and under the action of the pressure force of the expanding gas moves in the cylinder until the pressures in the interstage intermediate pressure vessel and the cylinder become equal and become equal to R pr .

Изменение температуры газа в цилиндре будет незначительным, поэтому процесс сжатия можно считать изотермным.The change in gas temperature in the cylinder will be insignificant; therefore, the compression process can be considered isothermal.

Работа, совершаемая газом высокого давления при расширении, будет равна работе изотермного сжатия газа в цилиндре, т.е.The work performed by the high-pressure gas during expansion will be equal to the work of isothermal compression of the gas in the cylinder, i.e.

Figure 00000017
Figure 00000017

С учетом обозначений, принятых выше, запишемGiven the notation adopted above, we write

Figure 00000018
Figure 00000018

Таким образом, действительная удельная работа, затрачиваемая на сжатие газа в одноступенчатом поршневом компрессоре двойного действия, будет равнаThus, the actual specific work expended on gas compression in a double-acting single-stage reciprocating compressor will be equal to

Figure 00000019
Figure 00000019

Предлагаемый одноступенчатый поршневой компрессор двойного действия обеспечивает увеличение степени повышения давления. Рассмотренные подходы показали свою результативность и могут быть использованы при создании одноступенчатого поршневого компрессора двойного действия.The proposed single-stage reciprocating double-acting compressor provides an increase in the degree of pressure increase. The considered approaches have shown their effectiveness and can be used to create a single-stage double-acting reciprocating compressor.

Список используемых источниковList of sources used

1. Кабаков А.Н., Стариков В.И., Щерба В.Е. Поршневой компрессор двойного действия. Авторское свидетельство №681211. Бюл. 1979. №31.1. Kabakov A.N., Starikov V.I., Shcherba V.E. Double acting piston compressor. Copyright certificate No. 681211. Bull. 1979. No. 31.

2. Дзитоев М.С., Пеньков М.М. и др. Системы газоснабжения и вакуумная техника: учебник. - СПб.: ВКА им. А.Ф. Можайского, 2010. - 530 с. 2. Dzitoev M.S., Penkov M.M. et al. Gas supply systems and vacuum equipment: a textbook. - SPb .: VKA them. A.F. Mozhaysky, 2010 .-- 530 s.

Claims (1)

Одноступенчатый поршневой компрессор двойного действия, содержащий цилиндр с полостями сжатия, расположенными над и под поршнем, всасывающие и нагнетательные клапаны, отличающийся тем, что в цилиндре выполнены окна для сообщения полостей сжатия цилиндра в крайних положениях поршня с межступенчатой промежуточной емкостью высокого давления, а в поршне выполнены сверления с клапанами для перепуска газа из вредного пространства в под/над поршневую полость.A single-stage double-acting piston compressor containing a cylinder with compression cavities located above and below the piston, suction and discharge valves, characterized in that the cylinder has windows for communication of the compression cavities of the cylinder in the extreme positions of the piston with an interstage intermediate pressure tank, and in the piston drilling with valves for bypassing gas from the harmful space into the under / above the piston cavity.
RU2016102782A 2016-01-27 2016-01-27 Single-stage piston compressor of double action RU2617035C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016102782A RU2617035C1 (en) 2016-01-27 2016-01-27 Single-stage piston compressor of double action

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016102782A RU2617035C1 (en) 2016-01-27 2016-01-27 Single-stage piston compressor of double action

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2617035C1 true RU2617035C1 (en) 2017-04-19

Family

ID=58642697

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016102782A RU2617035C1 (en) 2016-01-27 2016-01-27 Single-stage piston compressor of double action

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2617035C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU681211A1 (en) * 1977-12-07 1979-08-25 Омский политехнический институт Double-action piston compressor
SU1134783A1 (en) * 1983-05-30 1985-01-15 Одесский Технологический Институт Холодильной Промышленности Piston compressor
SU1305434A1 (en) * 1986-12-20 1987-04-23 В.М. Шлейников ,(3)612,512(088.8) Compressor plant
RU2156887C2 (en) * 1996-06-18 2000-09-27 Чоповский Борис Петрович Piston compressor
RU2178833C2 (en) * 1998-11-13 2002-01-27 Баркалов Олег Павлович Engine-compressor
US6357235B1 (en) * 2000-03-02 2002-03-19 Cacumen Ltda. Power generation system and method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU681211A1 (en) * 1977-12-07 1979-08-25 Омский политехнический институт Double-action piston compressor
SU1134783A1 (en) * 1983-05-30 1985-01-15 Одесский Технологический Институт Холодильной Промышленности Piston compressor
SU1305434A1 (en) * 1986-12-20 1987-04-23 В.М. Шлейников ,(3)612,512(088.8) Compressor plant
RU2156887C2 (en) * 1996-06-18 2000-09-27 Чоповский Борис Петрович Piston compressor
RU2178833C2 (en) * 1998-11-13 2002-01-27 Баркалов Олег Павлович Engine-compressor
US6357235B1 (en) * 2000-03-02 2002-03-19 Cacumen Ltda. Power generation system and method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8733095B2 (en) Systems and methods for efficient pumping of high-pressure fluids for energy
CN103424308B (en) A kind of method that Quick gas-liquid compound auto-compensation loads and auto-compensation loader
EP1752613A3 (en) Heat energy recovery apparatus
JP2008534897A5 (en)
RU2013109014A (en) ENGINE WITH A DIVIDED CYCLE AND METHOD OF ITS OPERATION
CN102809253B (en) Two-phase flow expansion machine
GEP20156344B (en) Method of working of mono-energy and/or dualenergy engine with compressed air and/or additional energy, comprising an active chamber included in the cylinder
CN103334899B (en) Variable pressure-resistant tandem type liquid piston device
CN110469497A (en) Compressor and refrigeration equipment with it
CN103953410B (en) Drive pressure variable boost formula exhaust gear
RU2617035C1 (en) Single-stage piston compressor of double action
CN109708838A (en) Crank connecting rod double-cylinder hydraulic high-frequency high-voltage pulse impact test device and method
CN110454355A (en) A miniature high-pressure compressor
CN204186569U (en) A kind of Variable quantity three plunger superpressure pump
WO2010144158A3 (en) High efficiency compact linear cryocooler
CN102338057A (en) Refrigerating and compressing expansion machine
CN105257504B (en) It is double to formula CO2Heat pump compression-expansion device
US8220381B2 (en) Combined piston-expander compressor
RU2010139598A (en) ISOTHERMAL COMPRESSION METHOD
CN110578733B (en) A hydraulic cylinder with built-in energy storage in the piston rod
RU2703843C1 (en) Operating method of piston expander
CN115559786A (en) Self-operated gas compressor
CN110005588B (en) Multi-cylinder piston type expansion-compressor
CN1991155A (en) Hot-air engine device and its manufacturing method
CN110672384B (en) Natural gas pressure boost sampling device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180128