Система охлаждения компрессора оппозитного дожимающего трехступенчатого марки 2гм4-5,5/4-83с
Заявляемое техническое решение относится к области компрессоростроения. Технический результат - уменьшение расхода охлаждающей жидкости. Система охлаждения компрессора поршневого оппозитного трехступенчатого содержит первый и второй газоохладители, и рубашки охлаждения цилиндров. Отличается тем, что:
- выход охлаждающей жидкости (33) первого газоохладителя соединен со входом охлаждающей жидкости (34) рубашки охлаждения цилиндра первой ступени (18);
- выход охлаждающей жидкости (35) второго газоохладителя соединен со входом охлаждающей жидкости (36) рубашки охлаждения дифференциального цилиндра второй и третьей ступеней.
1 н.з.п. и 1 з.п. ф-лы, 2 илл.
Область техники.
Заявляемое техническое решение относится к области компрессоростроения и предназначено для отвода выделяющейся при сжатии газа теплоты от поршневого компрессора.
Предшествующий уровень техники.
Среди систем охлаждения компрессоров известна, например, жидкостная система охлаждения компрессора поршневого углекислотного (патент РФ 
127831 на полезную модель, МПК F04B 25/00, 2013, [1]). Как и в заявляемом техническом решении аналог [1] содержит межступенчатые газоохладители и водяные полости цилиндров.
У аналога [1] межступенчатые газоохладители и водяные полости цилиндров имеют независимые входы и выходы охлаждающей жидкости, которые соединены с радиатором. Радиатор предназначен для охлаждения охлаждающей жидкости. Таким образом охлаждающая жидкость подводится к вышеперечисленным объектам охлаждения параллельно.
Недостатком указанного аналога [1] является то, что межступенчатые газоохладители и водяные полости цилиндров имеют параллельный подвод и отвод охлаждающей жидкости. Это приводит к увеличению расхода охлаждающей жидкости и ее неэффективному использованию. Повышение расхода охлаждающей жидкости в свою очередь приводит к повышению затрат энергии на компримирование газа. Кроме того параллельный подвод и отвод охлаждающей жидкости к газоохладителям и водяным полостям цилиндров усложняет схему водопороводных коммуникаций.
Термин «водяные полости цилиндров» аналога [1] эквивалентен термину «рубашки охлаждения цилиндров» заявляемого технического решения.
Раскрытие заявляемого технического решения.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является снижение затрат энергии на компримирование газа и повышение эффективности использования охлаждающей жидкости.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением является уменьшение расхода охлаждающей жидкости.
Сущность заявленного технического решения состоит в том, что система охлаждения компрессора поршневого оппозитного трехступенчатого содержит первый и второй газоохладители, и рубашки охлаждения цилиндров. Отличается тем, что:
- выход охлаждающей жидкости первого газоохладителя соединен со входом охлаждающей жидкости рубашки охлаждения цилиндра первой ступени;
- выход охлаждающей жидкости второго газоохладителя соединен со входом охлаждающей жидкости рубашки охлаждения дифференциального цилиндра второй и третьей ступеней.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение заявленного технического результата «уменьшение расхода охлаждающей жидкости».
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение следующим образом.
Система охлаждения предпочтительно содержит охладитель системы смазки механизма движения. При этом выход охлаждающей жидкости первого газоохладителя дополнительно соединен через запорный вентиль со входом охлаждающей жидкости охладителя системы смазки механизма движения.
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 первый газоохладитель, второй газоохладитель и третий газоохладитель. Первый газоохладитель и второй газоохладитель предназначены для охлаждения газа между ступенями сжатия. Третий газоохладитель предназначен для охлаждения сжатого в третьей ступени газа.
Для удаления из сжатого и охлажденного газа масла и влаги служат влагомаслоотделители (25, 26, 27).
Первый газоохладитель выполнен в виде по крайней мере двух параллельно соединенных унифицированных модулей (28). Вход первого газоохладителя 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 первого 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 первого газоохладителя. Первый газоохладитель преимущественно располагают над цилиндрами первой и второй ступеней сжатия (18, 20).
Второй газоохладитель выполнен в виде по крайней мере двух последовательно соединенных унифицированных модулей (29). Вход второго газоохладителя 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) второго газоохладителя.
Третий газоохладитель третьей ступени также выполнен в виде по крайней мере двух последовательно соединенных унифицированных модулей (30). Вход третьего газоохладителя 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) третьего газоохладителя.
Сжатый газ после второй и третьей ступеней сжатия имеет более высокие температуры, по сравнению с сжатым газом после первой ступени. Выполнение второго и третьего газоохладителей 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.
Второй и третий газоохладители расположены над первым газоохладителем.
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 первый и второй газоохладители, рубашки охлаждения цилиндров (18, 20, 22) и охладитель (16) системы смазки механизма движения.
Выход охлаждающей жидкости (33) первого газоохладителя соединен со входом охлаждающей жидкости (34) рубашки охлаждения цилиндра первой ступени (18), а выход охлаждающей жидкости (35) второго газоохладителя 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 во втором газоохладителе 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) первого газоохладителя 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 третьего газоохладителя, не более, °C | 60 |
| Потребляемая мощность на валу (7) компрессора, кВт, не более | 175 |
| Давление охлаждающей жидкости на входе в систему охлаждаения 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 (7) компрессора. Передача вращательного движения от выходного вала (4) редуктора (2) к коленчатому валу (4) 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) первого газоохладителя, где происходит его охлаждение. С выхода первого газоохладителя 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) второго газоохладителя второй ступени и во влагомаслоотделитель второй ступени (26). В третьей ступени сжатия газ сжимается до конечного давления и поступает через унифицированные модули (30) третьего газоохладителя и влагомаслоотделитель третьей ступени (27) к потребителю.
Первый поток охлаждающей жидкости последовательно проходит унифицированные модули (28) первого газоохладителя 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) второго 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 компрессора поршневого оппозитного трехступенчатого, содержащая первый и второй газоохладители и рубашки охлаждения цилиндров, отличающаяся тем, что выход охлаждающей жидкости первого газоохладителя соединен со входом охлаждающей жидкости рубашки охлаждения цилиндра первой ступени;
выход охлаждающей жидкости второго газоохладителя соединен со входом охлаждающей жидкости рубашки охлаждения дифференциального цилиндра второй и третьей ступеней.
2. Система охлаждения по п. 1, отличающаяся тем, что содержит охладитель системы смазки механизма движения, при этом выход охлаждающей жидкости первого газоохладителя дополнительно соединен через запорный вентиль со входом охлаждающей жидкости охладителя системы смазки механизма движения.
