RU2669986C1 - Piston compressor for compression of gases - Google Patents
Piston compressor for compression of gases Download PDFInfo
- Publication number
- RU2669986C1 RU2669986C1 RU2017140060A RU2017140060A RU2669986C1 RU 2669986 C1 RU2669986 C1 RU 2669986C1 RU 2017140060 A RU2017140060 A RU 2017140060A RU 2017140060 A RU2017140060 A RU 2017140060A RU 2669986 C1 RU2669986 C1 RU 2669986C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- connecting rod
- crankshaft
- compressor
- drive shaft
- Prior art date
Links
- 230000006835 compression Effects 0.000 title claims abstract description 11
- 238000007906 compression Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 title 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 20
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Compressor (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к компрессорной технике и может быть использовано для совершенствования конструкций поршневых компрессоров с шатунно-поршневой группой, предназначенных для сжатия различных газообразных рабочих сред.The invention relates to a compressor technique and can be used to improve the design of reciprocating compressors with a connecting rod-piston group, designed to compress various gaseous working media.
Поршневые компрессоры отличаются надежностью конструкции, удобством эксплуатации и технического обслуживания и поэтому широко применяются для сжатия различных газообразных рабочих сред.Reciprocating compressors are distinguished by their reliable design, ease of operation and maintenance, and are therefore widely used for compressing various gaseous media.
Общим недостатком поршневых компрессоров различной конструкции является наличие весьма существенных утечек сжимаемого рабочего тела через зазоры между уплотнительными кольцами поршня и внутренней поверхностью цилиндра. В результате, снижается степень сжатия рабочего тела, падает производительность и эффективность компрессора.A common disadvantage of piston compressors of various designs is the presence of very significant leaks of a compressible working fluid through the gaps between the piston o-rings and the inner surface of the cylinder. As a result, the degree of compression of the working fluid is reduced, the productivity and efficiency of the compressor are reduced.
В то же время, при увеличении средней скорости движения поршня величина утечек через поршневые кольца в компрессоре снижается. Это объясняется тем, что при более высокой скорости поршня сжимаемое рабочее тело не успевает просочиться через зазоры между цилиндром и поршневыми кольцами.At the same time, as the average piston speed increases, the amount of leakage through the piston rings in the compressor decreases. This is because at a higher piston speed the compressible working fluid does not have time to seep through the gaps between the cylinder and the piston rings.
Из уровня техники известны поршневые машины, в которых предлагается осуществить "несимметричный" рабочий цикл, при котором продолжительность фазы всасывания (впуска) рабочего тела в цилиндр будет возможно большей (в частности, больше, чем фазы вытеснения рабочего тела из цилиндра), а скорость перемещения поршня в цилиндре в фазе всасывания рабочего тела возможно меньшей (в частности, меньше, чем в фазе вытеснения рабочего тела из цилиндра) при постоянной частоте вращения вала машины. Предполагается, что это приведет к значительно более полному и эффективному преобразованию механической работы, подводимой к валу поршневой машины, в энергию рабочего тела (в случае использования такой машины в качестве поршневого насоса или компрессора) из-за снижения гидравлических потерь (в фазе всасывания) и утечек рабочего тела через элементы цилиндропоршневого уплотнения (в фазе вытеснения).Piston machines are known from the prior art in which it is proposed to carry out an “asymmetric” duty cycle, in which the duration of the suction (inlet) phase of the working fluid into the cylinder will be possibly longer (in particular, longer than the phase of displacing the working fluid from the cylinder), and the piston in the cylinder in the phase of absorption of the working fluid is possibly smaller (in particular, less than in the phase of displacing the working fluid from the cylinder) at a constant rotational speed of the machine shaft. It is assumed that this will lead to a much more complete and efficient conversion of the mechanical work supplied to the shaft of the piston machine into the energy of the working fluid (if such a machine is used as a piston pump or compressor) due to a reduction in hydraulic losses (in the suction phase) and leaks of the working fluid through the elements of the cylinder-piston seal (in the displacement phase).
Так, известна поршневая машина для транспортировки (перекачки) газообразных и жидких агентов (патент РФ №2212544). В данной поршневой машине должен осуществляться "несимметричный" рабочий цикл. Поршневая машина содержит поршни, цилиндр с пазами на его цилиндрической поверхности, передаточный механизм с роликами, камеру сжатия, клапанную головку, выходной вал. Каждый поршень снабжен подвижным соединением, включающим вал с площадками, ходовые ролики, опирающиеся с двух сторон на указанные площадки и установленные на траверсе, на противоположных концах которой расположены ролики преобразующего механизма. Конфигурация продольного профиля паза цилиндра представляет собой замкнутую многопериодную несимметричную в направлении развертки (относительно боковой поверхности цилиндра) с несколькими экстремумами объемную канавку, причем длина участка канавки, соответствующего фазе всасывания рабочего тела в цилиндр, больше, чем длина участка этой канавки, соответствующего фазе вытеснения рабочего тела из цилиндра. Угол наклона этой канавки к плоскости, перпендикулярной продольной оси поршня, на участках, соответствующих фазе всасывания рабочего тела в цилиндр, выполнен меньшим, чем на участках, соответствующих фазе вытеснения рабочего тела из цилиндра.Thus, a piston machine is known for transporting (pumping) gaseous and liquid agents (RF patent No. 2212544). In this piston machine, an "asymmetric" duty cycle must be carried out. The piston machine contains pistons, a cylinder with grooves on its cylindrical surface, a transmission mechanism with rollers, a compression chamber, a valve head, an output shaft. Each piston is equipped with a movable connection, including a shaft with platforms, running rollers resting on both sides of these platforms and mounted on a traverse, at the opposite ends of which the rollers of the conversion mechanism are located. The configuration of the longitudinal profile of the groove of the cylinder is a closed groove asymmetric in the direction of the scan (relative to the lateral surface of the cylinder) with several extrema of the volume groove, and the length of the section of the groove corresponding to the phase of suction of the working fluid into the cylinder is greater than the length of the section of this groove corresponding to the phase of displacement of the working bodies from the cylinder. The angle of inclination of this groove to a plane perpendicular to the longitudinal axis of the piston in the sections corresponding to the phase of suction of the working fluid into the cylinder is made smaller than in the sections corresponding to the phase of displacement of the working fluid from the cylinder.
Основными недостатками исполнительного механизма, реализующего "несимметричный" рабочий цикл, являются сложность и низкая надежность. В конструкции этого исполнительного механизма используются кинематические пары «ролик-паз», характеризующиеся высокой контактной нагрузкой, причем в процессе работы поршневой машины эти кинематические пары будут подвержены воздействию значительных динамических нагрузок, а также температурных градиентов. В результате, существует опасность проскальзывания и даже заклинивания роликов. Кроме того, интенсивный износ соединений «ролик - паз» цилиндра в процессе эксплуатации компрессора приведет к появлению ошибок перемещения и положения как исполнительного механизма с роликами, так и поршня компрессора. В результате, снизится эффективность функционирования поршневой машины. Кроме того, данное техническое решение разработано применительно к бесшатунным поршневым машинам с вращающимися поршнями и не может быть использовано в поршневых компрессорах с кривошипно-шатунной поршневой группой.The main disadvantages of the actuator that implements the "asymmetric" duty cycle are complexity and low reliability. The design of this actuator uses kinematic pairs "roller-groove", characterized by a high contact load, and during the operation of the piston machine, these kinematic pairs will be exposed to significant dynamic loads, as well as temperature gradients. As a result, there is a risk of slipping and even jamming of the rollers. In addition, intensive wear of the roller-groove joints of the cylinder during operation of the compressor will lead to errors in the movement and position of both the actuator with the rollers and the compressor piston. As a result, the performance of the piston machine will decrease. In addition, this technical solution was developed for rodless piston machines with rotating pistons and cannot be used in reciprocating compressors with a crank piston group.
Известна поршневая машина с сокращенным временем рабочего цикла (патент РФ №2375582), принятая за прототип. Задачей изобретения является увеличение производительности поршневой машины за счет сокращения времени рабочего цикла на слабо нагруженных участках.Known piston machine with a reduced working cycle time (RF patent No. 2375582), adopted as a prototype. The objective of the invention is to increase the performance of the piston machine by reducing the time of the duty cycle in lightly loaded areas.
В поршневой машине вал поршневой группы связан с валом отбора или подвода мощности зубчатым зацеплением, а колеса зацепления имеют дополнительные контактирующие между собой соосные сопряженные активные профили: на колесе поршневой группы в форме высокого зуба (высота профиля две или более высоты зуба основного зацепления относительно окружности впадин), а на колесе отбора или подвода мощности в форме ответного паза. Такая конструкция зубчатых колес позволяет поршневой машине работать в расчетном режиме вблизи от верхней мертвой точки, а остальную часть цикла, слабо нагруженную у компрессоров и двигателей внутреннего сгорания, проходить быстрее.In a piston machine, the piston group shaft is connected to the power take-off or power supply shaft by gearing, and the gear wheels have additional coaxial conjugate active profiles in contact with each other: on the piston group wheel in the form of a high tooth (profile height two or more of the tooth height of the main gear relative to the circumference of the troughs ), and on the wheel of selection or supply of power in the form of a reciprocal groove. This design of the gears allows the piston machine to work in the design mode near the top dead center, and the rest of the cycle, lightly loaded with compressors and internal combustion engines, pass faster.
Недостатком данной конструкции является то, что на конечном участке сжатия (при максимальном давлении сжимаемого рабочего тела) движение поршня замедляется, что приведет к значительным утечкам рабочего тела через поршневые кольца и к снижению производительности компрессора. Кроме того, использование зубчатой передачи, работающей при высоких скоростях практически весь цикл всасывания и сжатия рабочего тела, за исключением небольшого этапа вблизи верхней мертвой точки поршня, неизбежно вызовет повышенный износ зубьев, что приведет к снижению надежности и эффективности поршневого компрессора.The disadvantage of this design is that in the final section of compression (at the maximum pressure of the compressible working fluid), the piston slows down, which will lead to significant leakage of the working fluid through the piston rings and reduce the performance of the compressor. In addition, the use of a gear train operating at high speeds for almost the entire cycle of suction and compression of the working fluid, with the exception of a small stage near the top dead center of the piston, will inevitably cause increased wear of the teeth, which will lead to a decrease in the reliability and efficiency of the piston compressor.
Задачей предлагаемого изобретения является создание надежной в эксплуатации конструкции поршневого компрессора с кривошипно-шатунной поршневой группой для сжатия газообразного рабочего тела с циклическим изменением скорости поршня на различных стадиях рабочего цикла компрессора при постоянной скорости вращения привода компрессора.The objective of the invention is to provide a reliable design of a reciprocating compressor with a crank piston group for compressing a gaseous working fluid with a cyclic change in piston speed at different stages of the compressor’s duty cycle at a constant speed of rotation of the compressor drive.
Задача решается за счет того, что поршневой компрессор содержит цилиндр, камеру сжатия, клапанную головку, поршень, коленчатый вал с двумя шатунными шейками, первый шатун, шарнирно соединенный с шатунной шейкой коленчатого вала, и отличается тем, что, для обеспечения периодического ускоренного движения поршня, дополнительно содержит второй шатун, а также ведущий вал с жестко соединенным с ним кривошипом, причем второй шатун одним концом шарнирно соединен со свободной шатунной шейкой коленчатого вала, а другим концом шарнирно соединен с кривошипом, а ведущий вал через муфту соединен с валом электродвигателя, причем ось ведущего вала расположена параллельно оси коленчатого вала в горизонтальной плоскости, а размеры звеньев поршневого компрессора удовлетворяют условиям (1), (2), (3) и (4):The problem is solved due to the fact that the piston compressor contains a cylinder, a compression chamber, a valve head, a piston, a crankshaft with two connecting rods, a first connecting rod pivotally connected to the connecting rod neck of the crankshaft, and is characterized in that, to ensure periodic accelerated movement of the piston further comprises a second connecting rod, as well as a drive shaft with a crank rigidly connected to it, the second connecting rod being pivotally connected to the free connecting rod neck of the crankshaft at one end and pivotally connected to ivoshipom, and the drive shaft through a coupling connected to a shaft of the motor, wherein the drive shaft axis is parallel to the axis of the crankshaft in a horizontal plane, and the dimensions of the piston compressor units satisfy the conditions (1), (2), (3) and (4):
OO1+AB<OA+O1B (1),OO 1 + AB <OA + O 1 B (1),
0<OO1<AB (2),0 <OO 1 <AB (2),
0<OO1<OA (3),0 <OO 1 <OA (3),
0<OO1<O1B (4);0 <OO 1 <O 1 B (4);
где: AB - длина второго шатуна,where: AB is the length of the second connecting rod,
OA - длина кривошипа,OA is the length of the crank,
O1B - расстояние от оси коленчатого вала до оси шатуннойO 1 B - the distance from the axis of the crankshaft to the connecting rod axis
шейки второго шатуна,the neck of the second connecting rod
OO1 - расстояние между осями коленчатого вала и ведущего вала.OO 1 - the distance between the axes of the crankshaft and the drive shaft.
Представленное техническое решение поясняется рисунками: фиг. 1 - пространственная структурная схема компрессора; фиг. 2 - принципиальная схема действия привода компрессора.The presented technical solution is illustrated by drawings: FIG. 1 is a spatial block diagram of a compressor; FIG. 2 is a schematic diagram of the action of a compressor drive.
Поршневой компрессор состоит (фиг. 1) из цилиндра 1, камеры сжатия 2, клапанной головки 3, поршня 4 с поршневыми кольцами 5, коленчатого вала 6, установленного на двух опорах 7, первого шатуна 8, второго шатуна 9, кривошипа 10, жестко закрепленного на ведущем вале 11, установленном на двух опорах 12. Ведущий вал 11 через муфту 13 соединен с валом электропривода 14. Первый шатун 8 одним концом шарнирно соединен с поршнем 4, а другим концом шарнирно соединен с шейкой коленчатого вала 6. Второй шатун 9 одним концом шарнирно соединен со свободной шатунной шейкой коленчатого вала 6, а другим концом шарнирно соединен с кривошипом 10.The piston compressor (Fig. 1) consists of a
Поршневой компрессор работает следующим образом. Вал электродвигателя 14 вращается с постоянной скоростью и передает крутящий момент через муфту 13 на ведущий вал 11. Затем крутящий момент через кривошип 10 и второй шатун 9 передается на коленчатый вал 6, который через первый шатун 8 приводит в движение поршень 4.The piston compressor operates as follows. The shaft of the
Принцип работы привода поршневого компрессора поясняется на фиг. 2. Второй шатун АВ одним концом шарнирно соединен с шатунной шейкой коленчатого вала, а другим концом шарнирно связан с кривошипом O1B. Вместе они образуют замкнутый контур плоского четырехзвенника OABO1 с неподвижным основанием OO1. В четырехзвеннике OABO1 сторона O1B - это расстояние от оси коленчатого вала до оси шатунной шейки второго шатуна, а сторона OO1 - это расстояние между осями коленчатого вала и ведущего вала. Неподвижность основания данного четырехзвенника обеспечивают опоры 7 и 12, соответственно, коленчатого вала 6 и ведущего вала 11.The principle of operation of the piston compressor drive is illustrated in FIG. 2. The second connecting rod AB is pivotally connected at one end to the crank pin of the crankshaft, and pivotally connected at the other end to the crank O 1 B. Together they form a closed loop of the flat four-link OABO 1 with the fixed base OO 1 . In the OABO 1 four-link chain, the O 1 B side is the distance from the crankshaft axis to the connecting rod journal axis of the second connecting rod, and the OO 1 side is the distance between the crankshaft and drive shaft axes. The immobility of the base of this four-link provide
Чтобы обеспечить непрерывное вращательное движение кривошипа 10 и коленчатого вала 6, согласно теореме Грасгофа для двухкривошипного плоского шарнирного механизма, должны выполняться условия соотношения длин сторон плоского четырехзвенника OABO1:To ensure continuous rotational movement of the
OO1+AB<OA+O1B, причем расстояние OO1 должно быть меньше, чем размеры АВ, OA и О1В.OO 1 + AB <OA + O 1 B, and the distance OO 1 should be less than the sizes AB, OA and O 1 V.
Точка А кривошипа (фиг. 2) вращается по окружности с центром О равномерно, а точка В второго шатуна движется по окружности с центром O1 с неравномерной скоростью, причем на участке от точки 0 окружности до точки 6 движение замедленное, а на участке от точки 6 до точки 0 движение ускоренное. Соответственно, эта неравномерность вращения передается от второго шатуна к коленчатому валу и первому шатуну, приводящему в движение поршень.The crank point A (Fig. 2) rotates uniformly around a circle with center O, and the second connecting rod point B moves in a circle with center O 1 at an uneven speed, and in the area from
Для обеспечения синхронизации характера изменения скорости движения поршня на различных стадиях работы компрессора производится регулировка углового положения кривошипа 10 на ведущем вале 11 (на фиг. не показано) таким образом, чтобы при движении поршня от нижней мертвой точки до верхней мертвой точки (на стадии сжатия рабочего тела) движение поршня было ускоренным, а при движении поршня от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки (на стадии всасывания рабочего тела) движение поршня было замедленным.To ensure the synchronization of the nature of the change in the piston speed at various stages of the compressor operation, the angular position of the
Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает ускоренное движение поршня компрессора на стадии сжатия рабочего тела и позволяет повысить эффективность поршневого компрессора за счет снижения утечек рабочего тела через зазоры между поршнем и цилиндром.Thus, the proposed technical solution provides accelerated movement of the compressor piston at the stage of compression of the working fluid and improves the efficiency of the piston compressor by reducing leakage of the working fluid through the gaps between the piston and the cylinder.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017140060A RU2669986C1 (en) | 2017-11-17 | 2017-11-17 | Piston compressor for compression of gases |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017140060A RU2669986C1 (en) | 2017-11-17 | 2017-11-17 | Piston compressor for compression of gases |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2669986C1 true RU2669986C1 (en) | 2018-10-17 |
Family
ID=63862508
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017140060A RU2669986C1 (en) | 2017-11-17 | 2017-11-17 | Piston compressor for compression of gases |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2669986C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2442999A1 (en) * | 1978-06-26 | 1980-06-27 | Valsecchi Serge | Crank-pin mounting for four stroke IC engine - has closed non-circular trajectory with two circular sections defining pauses in piston motion |
FR2481744A1 (en) * | 1980-05-05 | 1981-11-06 | Crocker Alfred | ALTERNATIVE MOTOR WITH PISTONS |
RU2212544C1 (en) * | 2002-08-07 | 2003-09-20 | Южно-Уральский государственный университет | Piston machine for transportation (pumping) of gaseous and liquid agents (versions) |
RU2375582C1 (en) * | 2008-07-08 | 2009-12-10 | Юрий Александрович Горшков | Piston machine with shortened working cycle |
-
2017
- 2017-11-17 RU RU2017140060A patent/RU2669986C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2442999A1 (en) * | 1978-06-26 | 1980-06-27 | Valsecchi Serge | Crank-pin mounting for four stroke IC engine - has closed non-circular trajectory with two circular sections defining pauses in piston motion |
FR2481744A1 (en) * | 1980-05-05 | 1981-11-06 | Crocker Alfred | ALTERNATIVE MOTOR WITH PISTONS |
RU2212544C1 (en) * | 2002-08-07 | 2003-09-20 | Южно-Уральский государственный университет | Piston machine for transportation (pumping) of gaseous and liquid agents (versions) |
RU2375582C1 (en) * | 2008-07-08 | 2009-12-10 | Юрий Александрович Горшков | Piston machine with shortened working cycle |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10927930B2 (en) | Reciprocating linear/rotational motion conversion device and cylinder device | |
US5836273A (en) | Reciprocating machine | |
US20030183026A1 (en) | Apparatus for converting rotary to reciprocating motion and vice versa | |
US5359908A (en) | System for reversibly transforming rotary motion into self-guided rectilinear motion | |
RU2669986C1 (en) | Piston compressor for compression of gases | |
US4185508A (en) | Motion change transmission | |
US9683642B2 (en) | Mechanism for converting motion | |
CN201687595U (en) | Stirling engine diamond transmission mechanism | |
CN218151281U (en) | Elastic driving piston pump | |
CN110566426A (en) | Double-acting groove cam constant-flow reciprocating pump | |
RU88088U1 (en) | HYDROMECHANICAL DEVICE FOR RETURNING RETURNING AND SURVIVAL MOTION TO ROTARY WITH TRANSMITTED CHANGE OF THE TRANSMISSION NUMBER | |
RU2638700C1 (en) | Rod free piston internal combustion engine | |
RU108505U1 (en) | PISTON COMPRESSOR WITH UNLOCKED MECHANISM | |
CN115076061A (en) | Elastic driving piston pump | |
RU2212544C1 (en) | Piston machine for transportation (pumping) of gaseous and liquid agents (versions) | |
RU2698867C1 (en) | Piston machine | |
RU2471088C1 (en) | Piston-type compressor with gear without piston-rod | |
CN2613617Y (en) | Crank double round slider mechanism used for piston type lubricant free air compressor | |
US20120076677A1 (en) | Drive System for a Pressure Wave Generator | |
RU2772007C2 (en) | Diesel engine with discrete power take-off | |
WO2012022980A1 (en) | Linear-rotational motion converter | |
KR20210080497A (en) | Motion conversion assembly for pump and pump comprising same | |
RU2511906C1 (en) | Compressor with combined driving mechanism | |
CN101539132B (en) | Linear transmission mechanism of reciprocating dynamic machinery | |
RU2375582C1 (en) | Piston machine with shortened working cycle |