Устройство для преобразования энергии давления жидкости в энергию сжатого газа

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в компрессорном оборудовании для нагнетания газа под высоким давлением.

Известно устройство (А.с. №1687855 СССР; МПК F04B 35/02; опубл. 30.10.1989), содержащее две рабочие камеры, снабженные эластичными перегородками с газовыми и гидравлическими полостями, гидролинию, соединяющую гидравлические полости, включенный в гидролинию реверсирующий гидравлический распределитель и установленные на камерах контакторы, электрически соединенные с гидрораспределителем.

Недостатком известного устройства является сложная и недостаточно надежная конструкция электромеханической системы управления попеременной работой рабочих камер.

Известно устройство (Патент №2641317 Китай; МПК F04B 35/02; опубл. 15.09.2004), содержащее оснащенные поршнями цилиндры, разделяющие их на газовые и масляные камеры, верхние концы цилиндров снабжены впускными и выпускными отверстиями для газа с обратными клапанами, нижние концы цилиндров снабжены отверстиями для впуска и выпуска масла и связаны с масляной камерой через гидравлический насос и двухпозиционный четырехходовой электромагнитный клапан.

Недостатком известного устройства является сложная конструкция электрогидравлической системы управления попеременной работой цилиндров.

Известно устройство (Патент №4585039 США; МПК В65В 31/00; опубл. 25.04.1986), содержащее механизм преобразования энергии давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа и гидравлическое устройство управления механизмом. Принято за прототип.

Недостатком известного устройства является наличие в системе управления попеременной работой цилиндров электрических приборов управления в виде электронных реле и электромагнитных клапанов переменного положения, требующих дополнительно электроснабжение устройства.

В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в разработке устройства для преобразования энергии давления жидкости в энергию сжатого газа, повышающего эффективность процесса преобразования энергии за счет гидравлического автоматического управления подачей рабочей жидкости, повышающего эффективность пневмо- и гидроприводов машин и оборудования.

Технический результат достигается тем, что устройство для преобразования энергии давления жидкости в энергию сжатого газа, содержащее механизм преобразования энергии давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа и гидравлическое устройство управления механизмом, согласно изобретению, механизм преобразования энергии давления рабочей жидкости в энергию сжатого газа дополнительно содержит две или более пары соединенных штоками пневмо- и гидроцилиндров одностороннего действия, причем штоки гидроцилиндров подпружинены, а заштоковые полости каждого из пневмоцилиндров с помощью обратных пневматических клапанов соединены как с входным портом низкого давления, так и с выходным портом высокого давления, гидравлическое устройство управления механизмом содержит входной порт подачи рабочей жидкости под давлением, управляемые гидравлически два нормально открытые и три нормально закрытые двухпо-зиционные двухлинейные гидрораспределители, гидравлические регулируемые редукционные и нерегулируемые обратные клапаны, соединительные и сливные трубопроводы, а также гидробак, при этом заштоковые полости каждого из гидроцилиндров при работе устройства автоматически попеременно соединяются с входным портом подачи рабочей жидкости под давлением посредством нормально открытого и нормально закрытого двухпозиционных двухлинейных гидрораспределителей, гидравлических регулируемого редукционного и нерегулируемого обратного клапанов, обеспечивающих с помощью дополнительного нормально закрытого двухпозиционного двухлинейного гидрораспределителя подачу в заштоковые полости гидроцилиндров рабочей жидкости при рабочем ходе и сброс ее в гидробак при возвращении в исходное положение штоков гидроцилиндров под воздействием их возвратных пружин.

На чертеже изображена схема устройства для преобразования энергии давления жидкости в энергию сжатого газа.

Устройство для преобразования энергии давления жидкости в энергию сжатого газа включает механизм преобразования энергии 1 и гидравлическое устройство управления механизмом 2. Механизм преобразования энергии 1 состоит из двух или более пар соединенных штоками пневмо- 3, 4 и гидроцилиндров 5, 6 одностороннего действия, причем штоки гидроцилиндров подпружинены возвратными пружинами 7. Заштоковые полости пневмоцилиндров 3, 4 с помощью обратных пневматических клапанов 8, 9 соединены как с входным портом низкого давления 12, так и с помощью обратных пневматических клапанов 10, 11 с выходным портом высокого давления 13. Гидравлическое устройство управления механизмом 2 содержит входной порт подачи рабочей жидкости под давлением 14, управляемые гидравлически двухпозиционные двухлинейные гидрораспределители 15-19, среди которых 15 и 17 - нормально закрытые двухпозиционные двухлинейные гидрораспределители, 16 и 18 - нормально открытые двухпозиционные двухлинейные гидрораспределители, 19 - дополнительный нормально закрытый двухпозиционный двухлинейный гидрораспределитель, гидравлические редукционные регулируемые 20, 21 и обратные нерегулируемые 22, 23 клапаны, соединительные 24-31 и сливные 32, 33 трубопроводы, гидробак 34. Заштоковые полости каждого из гидроцилиндров 5, 6 соединены посредством соединительных трубопроводов 24-31, нормально открытых 16, 18 и нормально закрытых 15, 17 двухпозиционных двухлинейных гидрораспределителей и гидравлических нерегулируемых обратных клапанов 22, 23 с входным портом подачи рабочей жидкости под давлением 14 гидравлического устройства управления механизмом 2. При этом заштоковые полости каждого из гидроцилиндров 5, 6 при работе устройства автоматически попеременно соединяются с портом подачи рабочей жидкости под давлением 14 посредством нормально открытых 16, 18 и нормально закрытых 15, 17 двухпозиционных двухлинейных гидрораспределителей, гидравлических регулируемых редукционных 20, 21 и нерегулируемых обратных 22, 23 клапанов, обеспечивающих с помощью дополнительного нормально закрытого двухпозиционного двухлинейного гидрораспределителя 19 подачу рабочей жидкости в заштоковые полости гидроцилиндров 5, 6 при рабочем их ходе и сброс жидкости в гидробак 34 при возвращении в исходное положение штоков гидроцилиндров под воздействием их возвратных пружин 7.

Работа устройства для преобразования энергии давления жидкости в энергию сжатого газа заключается в следующем.

В исходном положении устройства для преобразования энергии давления жидкости в энергию сжатого газа, при отсутствии давления рабочей жидкости на входном порте подачи рабочей жидкости под давлением 14, поршни обоих гидроцилиндров 5 и 6 полностью вдвинуты в цилиндры под воздействием усилий возвратных пружин 7, размещенных на штоках этих гидроцилиндров. При подаче рабочей жидкости под давлением на входной порт подачи рабочей жидкости под давлением 14 она беспрепятственно поступает через нормально открытый двухпозиционный двухлинейный гидрораспределитель 16, гидравлический нерегулируемый обратный клапан 22 и соединительный трубопровод 27 в заштоковую полость гидроцилиндра 5. При этом гидравлический регулируемый редукционный клапан 20 закрывает доступ жидкости в соединительные трубопроводы 25 и 29, посредством которых осуществляется гидравлическое управление двухпозиционными двухлинейными гидрораспределителями 15-18, предотвращая их срабатывание. Далее, под воздействием рабочей жидкости, шток гидроцилиндра 5 выдвигается полностью из цилиндра до упоров (на фиг 1. не показано) и сжимает возвратную пружину 7. Одновременно с этим шток гидроцилиндра 5 вдвигает соединенный с ним шток с поршнем в цилиндр пневмоцилиндра 3, сжимая находящийся в нем газ, который через обратный пневматический клапан 10 под давлением поступает потребителю через выходной порт высокого давления 13. При этом, вследствие возросшего давления рабочей жидкости в заштоковой полости гидроцилиндра 5 и соответственно в соединительном трубопроводе 27 от поступающей под давлением жидкости через входной порт подачи рабочей жидкости под давлением 14, гидравлический регулируемый редукционный клапан 20 срабатывает, открывая доступ рабочей жидкости в соединительные трубопроводы 25 и 29, вследствие чего управляемые гидравлически двухпозиционные двухлинейные гидрораспределители 15-18 переключаются из исходной первой (положение на фиг. 1) во вторую позицию. В результате этого нормально открытый двухпозиционный двухлинейный гидрораспределитель 16 после переключения в закрытую позицию перекрывает доступ рабочей жидкости с входного порта подачи рабочей жидкости под давлением 14 по соединительному трубопроводу 27 в заштоковую полость гидроцилиндра 5, а с помощью нормально закрытого двухпозиционного двухлинейного гидрораспределителя 15, переключенного в открытую позицию, рабочая жидкость посредством соединительного 24 и сливного 32 трубопроводов вытесняется под воздействием возвратной пружины 7 гидроцилиндра 5 в гидробак 34. При этом связанный со штоком гидроцилиндра 5 шток пневмоцилиндра 3 выдвигается из цилиндра, в результате чего в нем создается разряжение газа, что ведет к закрытию обратного пневматического клапана 10, открытию обратного пневматического клапана 8 и поступлению очередной порции газа низкого давления через входной порт низкого давления 12 в заштоковую полость пневмоцилиндра 3.

После окончания совместной работы гидроцилиндра 5 и пневмоцилиндра 3 включение в работу гидроцилиндра 6 и пневмоцилиндра 4 осуществляется также автоматически с помощью переключенных во вторую позицию нормально закрытого 17 и нормально открытого 18 двухпозиционных двухлинейных гидрораспределителей следующим образом. Нормально открытый двухпозиционный двухлинейный гидрораспределитель 18, переключенный в закрытую позицию, перекрывает слив рабочей жидкости из заштоковой полости гидроцилиндра 6 в гидробак 34 посредством соединительных 28, 30 и сливного 32 трубопроводов. В то же время нормально закрытый двухпозиционный двухлинейный гидрораспределитель 17, переключенный в открытую позицию, открывает доступ рабочей жидкости, поступающей под давлением от входного порта подачи рабочей жидкости под давлением 14 по соединительному трубопроводу 26 через гидравлический нерегулируемый обратный клапан 23 и соединительные трубопроводы 31 и 28 в заштоковую полость гидроцилиндра 6. Далее работа соединенных штоками гидроцилиндра 6 и пневмоцилиндра 4 осуществляется аналогично уже рассмотренному случаю работы соединенных штоками гидроцилиндра 5 и пневмоцилиндра 3. После полного заполнения заштоковой полости гидроцилиндра 6 рабочей жидкостью давление в нем и соединительных трубопроводах 26, 28, 31 возрастает, вследствие чего срабатывает гидравлический регулируемый редукционный клапан 21, который переключает дополнительный нормально закрытый двухпозиционный двухлинейный гидрораспределитель 19 в открытую позицию. В результате этого рабочая жидкость, посредством соединительных 25, 29 и сливного 33 трубопроводов, вытесняется в гидробак 34 из управляющих гидроэлементов (пилотов) двухпозиционных двухлинейных гидрораспределителей 15-18, которые таким образом переключаются в исходную первую позицию (изображено на фиг. 1). В свою очередь, вернувшийся в исходное положение нормально открытый двухпозиционный двухлинейный гидрораспределитель 18, возвращает в исходное (закрытое) положение гидравлический регулируемый редукционный клапан 21 вследствие уменьшения давления в соединительном трубопроводе 31 из-за сброса рабочей жидкости в гидробак 34 посредством соединительных 28, 30 и сливного 32 трубопроводов. Таким образом, устройство для преобразования энергии давления жидкости в энергию сжатого газа вернулось в исходное состояние, после чего в автоматическом режиме начинается очередной цикл его рабочего процесса, аналогично описанному выше.

Предлагаемое устройство для преобразования энергии давления жидкости в энергию сжатого газа позволяет разрабатывать более совершенные технологические процессы, системы и гидропневмоприводы машин и оборудования. В частности устройство для преобразования энергии давления жидкости в энергию сжатого газа может найти широкое применение при транспортировании и аккумулировании различных газов под давлением, а также при создании эффективных рекуперативных механизмов и систем. При этом производительность получаемого сжатого газа может быть легко повышена до необходимой величины путем увеличения числа параллельно подключаемых попарно соединенных штоками пневмо- и гидроцилиндров.