Система охлаждения газа компрессора оппозитного дожимающего трехступенчатого марки 2гм4-5,5/4-83с

Авторы патента:

F04B35 - Поршневые компрессоры, отличающиеся приводными устройствами, или их комбинацией с особыми приводными двигателями, не отнесенные к другим рубрикам (при преобладании отличительных признаков двигателей см. классы, к которым отнесены эти двигатели или устройства)

Заявляемое техническое решение относится к области компрессоростроения. Технический результат - увеличение площади теплопередающей поверхности каждого газоохладителя, с одновременным обеспечением унификации его выполнения. Система охлаждения газа компрессора поршневого оппозитного трехступенчатого, содержит газоохладитель первой ступени, газоохладитель второй ступени и газоохладитель третьей ступени. Отличается тем, что:

- газоохладитель первой ступени выполнен в виде по крайней мере двух параллельно соединенных унифицированных модулей (28);

- газоохладитель второй ступени выполнен в виде по крайней мере двух последовательно соединенных унифицированных модулей (29);

- газоохладитель третьей ступени выполнен в виде по крайней мере двух последовательно соединенных унифицированных модулей (30).

1 н.з.п. и 3 з.п. ф-лы, 2 илл.

Область техники.

Заявляемое техническое решение относится к области компрессоростроения и предназначено для охлаждения газа между ступенями сжатия и на выходе из поршневого компрессора, а также для удаления из газа масла и влаги.

Предшествующий уровень техники.

Среди систем охлаждения газа поршневых компрессоров, известна, например система охлаждения компрессора поршневого углекислотного (патент РФ 127831 на полезную модель, МПК F04B 25/00, 2013, [1]). Как и в заявляемом техническом решении указанный аналог содержит газоохладитель первой ступени, газоохладитель второй ступени и газоохладитель третьей ступени.

При этом у аналога [1] вход газоохладителя первой ступени соединен с выходом газа цилиндра первой ступени, а выход вышеупомянутого газоохладителя соединен со входом газа цилиндра второй ступени через влагомаслоотделитель первой ступени. Вход газоохладителя второй ступени соединен с выходом газа цилиндра второй ступени, а выход вышеупомянутого газоохладителя соединен со входом газа цилиндра третьей ступени через влагомаслоотделитель второй ступени. Вход газоохладителя третьей ступени соединен с выходом газа цилиндра третьей ступени, а выход вышеупомянутого газоохладителя соединен со входом влагомаслоотделителя третьей ступени. Газоохладители желательно выполнены двухтрубными по типу «труба в трубе».

Недостатком указанного аналога является то, что газоохладители всех ступеней имеют малую площадь теплопередающей поверхности, что снижает эффективность охлаждения газа. При увеличении размера каждого газоохладителя нарушается унификация его выполнения.

Раскрытие заявляемого технического решения.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение эффективности системы охлаждения газа компрессора поршневого оппозитного дожимающего трехступенчатого.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением является увеличение площади теплопередающей поверхности каждого газоохладителя, с одновременным обеспечением унификации его выполнения.

Сущность заявленного технического решения состоит в том, что система охлаждения газа компрессора поршневого оппозитного трехступенчатого, содержит газоохладитель первой ступени, газоохладитель второй ступени и газоохладитель третьей ступени. Отличается тем, что:

- газоохладитель первой ступени выполнен в виде по крайней мере двух параллельно соединенных унифицированных модулей;

- газоохладитель второй ступени выполнен в виде по крайней мере двух последовательно соединенных унифицированных модулей;

- газоохладитель третьей ступени выполнен в виде по крайней мере двух последовательно соединенных унифицированных модулей.

Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение заявленного технического результата.

В частных случаях допустимо выполнять техническое решение следующим образом.

В последний по направлению движения газа унифицированный модуль газоохладителя второй ступени может быть встроен влагомаслоотделитель второй ступени.

В последний по направлению движения газа унифицированный модуль газоохладителя третьей ступени может быть встроен влагомаслоотделитель второй ступени.

Каждый унифицированный модуль газоохладителей предпочтительно представляет собой теплообменник типа «труба в трубе», или кожухотрубный теплообменник.

Автором заявленного технического решения изготовлен опытный образец этого решения, испытания которого подтвердили достижение технического результата.

Краткое описание чертежей.

На фигуре 1 показана схема привода компрессора; на фиг.2 - показаны схемы системы охлаждения компрессора и системы охлаждения газа.

Осуществление технического решения.

Компрессор поршневой оппозитный дожимающий трехступенчатый содержит привод, базу, систему смазки механизма движения, цилиндро-поршневые группы, всасывающие и нагнетательные клапаны, систему охлаждения газа, влагомаслоотделители (25, 26, 27), систему охлажления компрессора.

Привод компрессора поршневого оппозитного дожимающего трехступенчатого (фиг. 1) содержит двигатель (1), а также промежуточные элементы, передающие движение от двигателя (1) к компрессору.

К промежуточным элементам относятся редуктор (2), состоящий из корпуса, в котором размещены элементы передачи - входной и выходной валы (3, 4), и шевронные зубчатые колеса (5, 6). Входной вал (3) редуктора (2) соединен с валом двигателя, а выходной вал (4) редуктора (2) соединен с коленчатым валом (7) компрессора. Назначением редуктора (2) является понижение угловой скорости и соответственно повышение вращающего момента на выходном валу (4) по сравнению с входным (3).

С целью компенсации динамических нагрузок, выходной вал (4) редуктора (2) соединен с коленчатым валом (7) компрессора упругой компенсирующей муфтой, предпочтительно втулочно-пальцевой. Известно, что упругая муфта состоит из двух полумуфт, соединенных упругими элементами, выполненными из резины или стали (Дунаев П.Ф. Детали машин. Курсовое проектирование. М. Машиностроение, 2004. С. 348. [2]). Одна полумуфта (8) установлена на выходном валу (4) редуктора (2), а другая полумуфта (9) установлена на коленчатом валу (7) компрессора и соединена с ним шпоночным соединением. На боковой поверхности полумуфты (9), установленной на коленчатом валу (7) выполнен фланец (10), который соединен с маховиком (11), предназначенным для уменьшения динамических нагрузок и неравномерности вращения коленчатого вала (7).

База компрессора содержит станину, коленчатый вал (7), шатуны (12) и крейцкопфы (13) (фиг. 2). Станина состоит из рамы с фонарями, размещенными с двух боковых сторон рамы (не показано).

Система смазки механизма движения предназначена для смазки трущихся поверхностей вышеупомянутых механизмов движения, а именно коленчатого вала (7), шатунов (12) и крейцкопфов (13). Система смазки выполнена циркуляционной, от шестеренчатого насоса (14). Маслосборником системы смазки является дно рамы станины. Вход насоса (14) соединен с маслосборником через первый фильтр (15), а выход насоса (14) соединен с охладителем (16) масла через второй фильтр (17). Выход масла охладителя (16) соединен со сверлениями коленчатого вала (7), через которые масло поступает к шатунным подшипникам.

Цилиндро-поршневая группа первой ступени расположена в первом ряду и содержит цилиндр первой ступени (18), поршень первой ступени (19) и шток поршня первой ступени. Цилиндро-поршневая группа второй и третьей ступеней расположена во втором ряду и содержит дифференциальный цилиндр второй и третьей ступеней, дифференциальный поршень второй и третьей ступеней (21) и по крайней мере один шток дифференциального поршня. Дифференциальный цилиндр второй и третьей ступеней состоит из цилиндра второй ступени (20) и цилиндра третьей ступени (22). Цилиндры (18, 20, 22) содержат входы и выходы газа, рабочие полости, окна для всасывающих и нагнетательных клапанов, и рубашки охлаждения.

Между первым фонарем и цилиндром первой ступени (18) установлен первый дистанционный фонарь (23), а между вторым фонарем и дифференциальным цилиндром второй и третьей ступеней установлен второй дистанционный фонарь (24). Дистанционные фонари (23, 24) предназначены для предотвращения попадания масла из рамы в рабочие полости цилиндров (18, 20, 22), и в них размещены маслоотбойники и маслослизывающие сальники (не показано). В боковой стенке каждого дистанционного фонаря (23, 24) выполнены отверстие отвода газа из сальников, отверстие подвода инертного газа и отверстие отвода инертного газа (не показаны). Отверстие отвода газа из сальников предназначено для закрепления в нем конца трубки отвода газовых утечек из сальника. Другой конец трубки соединен с сальником штока. Отверстия подвода и отвода инертного газа предназначены для продувки дистанционных фонарей инертным газом.

Всасывающие клапаны предназначены для того, чтобы пропускать газ в рабочую полость каждого из цилиндров (18, 20, 22) в одном направлении в определенные периоды времени, и не пропускать его в обратном направлении в течении остального рабочего цикла. Нагнетательные клапаны предназначены для того, чтобы пропускать газ из рабочей полости каждого из цилиндров (18, 20, 22) в полость нагнетания в период нагнетания и не пропускать его из полости нагнетания в рабочую полость.

Назначением системы охлаждения газа компрессора является охлаждение газа между ступенями сжатия и на выходе из компрессора. Система охлаждения газа компрессора содержит газоохладитель первой ступени, газоохладитель второй ступени и газоохладитель третьей ступени. Газоохладитель первой ступени и газоохладитель второй ступени предназначены для охлаждения газа между ступенями сжатия. Газоохладитель третьей ступени предназначен для охлаждения сжатого в третьей ступени газа.

Для удаления из сжатого и охлажденного газа масла и влаги служат влагомаслоотделители (25, 26, 27).

Газоохладитель первой ступени выполнен в виде по крайней мере двух параллельно соединенных унифицированных модулей (28). Вход газоохладителя первой ступени соединен с выходом газа цилиндра первой ступени (18), а выход вышеупомянутого газоохладителя соединен со входом газа цилиндра второй ступени (20) через влагомаслоотделитель первой ступени (25). Выполнение газоохладителя первой ступени в виде по крайней мере двух параллельно соединенных унифицированных модулей (28) позволяет разделить поток сжатого газа на меньшие по объему потоки, каждый из которых контактирует с поверхностью теплообмена соответствующего унифицированного модуля (28). Таким образом увеличивается поверхность теплообмена газоохладителя первой ступени. Газоохладитель первой ступени преимущественно располагают над цилиндрами первой и второй ступеней сжатия (18, 20).

Газоохладитель второй ступени выполнен в виде по крайней мере двух последовательно соединенных унифицированных модулей (29). Вход газоохладителя второй ступени соединен с выходом газа цилиндра второй ступени (20), а выход вышеупомянутого газоохладителя соединен со входом газа цилиндра третьей ступени (22) через влагомаслоотделитель второй ступени (26). Влагомаслоотделитель второй ступени (26) встроен в последний по направлению движения газа унифицированный модуль (29) газоохладителя второй ступени.

Газоохладитель третьей ступени также выполнен в виде по крайней мере двух последовательно соединенных унифицированных модулей (30). Вход газоохладителя третьей ступени соединен с выходом газа цилиндра третьей ступени (22), а выход вышеупомянутого газоохладителя соединен со входом влагомаслоотделителя третьей ступени (27). Влагомаслоотделитель третьей ступени (27) встроен в последний по направлению движения газа унифицированный модуль (30) газоохладителя третьей ступени.

Сжатый газ после второй и третьей ступеней сжатия имеет более высокие температуры, по сравнению с сжатым газом после первой ступени. Выполнение газоохладителей второй и третьей ступеней в виде соединенных последовательно унифицированных модулей позволяет потоку газа с более высокой температурой охлаждаться в несколько стадий. Это увеличивает поверхность теплообмена каждого газоохладителя и позволяет более эффективно снизить температуру газа на выходе из него.

Газоохладители второй и третьей ступеней расположены над газоохладителем первой ступени.

Каждый унифицированный модуль (28, 29, 30) газоохладителей представляет собой теплообменник типа «труба в трубе», или кожухотрубный теплообменник.

Назначением системы охлаждения компрессора является обеспечение охлаждающей жидкостью объектов охлаждения компрессора, в частности полостей охлаждения цилиндров (18, 20, 22), газоохладителей и охладителя (16) системы смазки механизма движения. Таким образом система охлаждения компрессора поршневого оппозитного трехступенчатого содержит газоохладители первой и второй ступеней, рубашки охлаждения цилиндров (18, 20, 22) и охладитель (16) системы смазки механизма движения.

Выход охлаждающей жидкости (33) газоохладителя первой ступени соединен со входом охлаждающей жидкости (34) рубашки охлаждения цилиндра первой ступени (18), а выход охлаждающей жидкости (35) газоохладителя второй ступени соединен со входом охлаждающей жидкости (36) рубашки охлаждения дифференциального цилиндра второй и третьей ступеней. Последовательная подача охлаждающей жидкости в газоохладители и рубашки цилиндров позволяет уменьшить расход охлаждающей жидкости.

Унифицированные модули (28, 29, 30) каждого газоохладителя соединены последовательно по направлению движения охлаждающей жидкости, что также позволяет уменьшить расход охлаждающей жидкости. При этом направление движения охлаждающей жидкости в газоохладителе второй ступени противоположно направлению движения сжатого газа.

Рубашка охлаждения цилиндра первой ступени (18) состоит из сообщенных между собой полости охлаждения корпуса цилиндра и полости охлаждения крышки цилиндра. Вход охлаждающей жидкости (34) рубашки охлаждения выполнен в корпусе цилиндра (18), а выходы охлаждающей жидкости (37) в корпусе и крышке цилиндра (18).

Рубашка охлаждения дифференциального цилиндра второй и третьей ступеней состоит из сообщенных между собой полости охлаждения цилиндра второй ступени (20) и полости охлаждения цилиндра третьей ступени (22). При этом вход охлаждающей жидкости (36) рубашки охлаждения выполнен в корпусе цилиндра третьей ступени (22), а выход охлаждающей жидкости (38) выполнен в цилиндре второй ступени (20).

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. Двигатель (1) выполнен электрическим.

Пример 2. С целью снижения температуры охладителя (16) системы смазки механизма движения, выход охлаждающей жидкости (33) газоохладителя первой ступени дополнительно соединен через запорный вентиль (31) со входом охлаждающей жидкости охладителя (16) системы смазки механизма движения.

Пример 3. Для обеспечения возможности эксплуатации компрессора без смазки цилиндров и сальников, поршни (19, 21), штоки поршней и гильзы цилиндров выполнены из антикоррозионного материала. При этом на каждом из поршней (19, 21) установлены опорные и уплотнительные поршневые кольца, выполненные из самосмазывающегося материала на основе фторопласта.

Пример 4. С целью обеспечения производительности компрессора равной 5,5 м³/мин и конечного давления равным 8,3 МПа (83 кгс/см²), при его работе с начальным давлением 0,4 МПа (4 кгс/см² ), основные размеры и параметры компрессора составляют следующие величины (табл. 1)

Таблица 1
- Основные параметры и характеристики компрессора
Наименование параметра
Температура всасывания, °C	-25 - +35
Диаметр цилиндра первой ступени (18), мм	200
Диаметр цилиндра второй ступени (20), мм	155
Диаметр цилиндра третьей ступени (22), мм	90
Объемная производительность, м³/мин, приведенная к нормальным условиям	22
Температура после газоохладителя третьей ступени, не более, °C	60
Потребляемая мощность на валу (7) компрессора, кВт, не более	175
Давление охлаждающей жидкости на входе в систему охлаждения компрессора, изб. кгс/см²	2,5
Температура охлаждающей жидкости на входе в систему охлаждения компрессора, °C,
-номинальная	15
-максимальная	30
Масса, кг	3850
Габариты (длина × ширина × высота)компрессора, м	3,58×1,85×2,1

Пример 5. С целью предотвращения разрушения газовых трубопроводов от избыточного давления перед всеми газоохладителями установлены предохранительные клапаны (32).

Реализация заявляемого технического решения не ограничивается приведенными выше примерами.

Описание работы.

Двигатель (1) приводит в действие компрессор. При этом редуктор (2) передает вращательное движение от двигателя (1) к коленчатому валу (4) компрессора. Передача вращательного движения от выходного вала (4) редуктора (2) к коленчатому валу (7) компрессора производится с помощью упругой компенсирующей муфты, которая компенсирует динамические нагрузки. При этом маховик (11) также компенсирует динамические нагрузки, а также уменьшает неравномерность вращения коленчатого вала (7).

Подлежащий сжатию газ поступает в рабочую полость цилиндра первой ступени (18). Из цилиндра первой ступени (18) газ с более высоким давлением и температурой поступает в параллельно соединенные унифицированные модули (28) газоохладителя первой ступени, где происходит его охлаждение. С выхода газоохладителя первой ступени сжатый газ поступает во влагомаслоотделитель первой ступени (25), где происходит удаление из сжатого и охлажденного газа масла и влаги. Затем газ поступает во вторую ступень сжатия. После этого газ направляется в последовательно расположенные унифицированные модули (29) газоохладителя второй ступени и во влагомаслоотделитель второй ступени (26). В третьей ступени сжатия газ сжимается до конечного давления и поступает через унифицированные модули (30) газоохладителя третьей ступени и влагомаслоотделитель третьей ступени (27) к потребителю.

Первый поток охлаждающей жидкости последовательно проходит унифицированные модули (28) газоохладителя первой ступени и рубашку охлаждения цилиндра первой ступени (18). В случае, если необходимо снизить температуру охладителя (16) системы смазки механизма движения, то открывают запорный вентиль (31), и часть первого потока охлаждающей жидкости поступает в вышеуказанный охладитель (16).

Второй поток охлаждающей жидкости последовательно проходит унифицированные модули (29) газоохладителя второй ступени и рубашку охлаждения дифференциального цилиндра второй и третьей ступени.

Промышленная применимость.

Заявляемое техническое решение реализовано с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть изготовлено на любом машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в области компрессоростроения.

1. Система охлаждения газа компрессора поршневого оппозитного трехступенчатого, содержащая газоохладитель первой ступени, газоохладитель второй ступени и газоохладитель третьей ступени, отличающаяся тем, что

2. Система охлаждения газа по п. 1, отличающаяся тем, что в последний по направлению движения газа унифицированный модуль газоохладителя второй ступени встроен влагомаслоотделитель второй ступени.

3. Система охлаждения газа по п. 1, отличающаяся тем, что в последний по направлению движения газа унифицированный модуль газоохладителя третьей ступени встроен влагомаслоотделитель второй ступени.

4. Система охлаждения газа по п. 1, отличающаяся тем, что каждый унифицированный модуль газоохладителей представляет собой теплообменник типа "труба в трубе" или кожухотрубный теплообменник.