Результат интеллектуальной деятельности: ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР С ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИМ РАЗРЯДОМ

Изобретение относится к компрессоростроению и касается поршневых компрессоров, у которых сжатие газа осуществляется за счет электрогидравлического удара в жидкости, и может найти применение для формирования систем, нуждающихся в сжатом газе.

Известен поршневой компрессор, в котором сжатие газа осуществляется с помощью возвратно-поступательного движения поршней, на которые воздействуют с помощью линейных электрических машин (см., например, патент РФ №2016231, МПК F04В 35/04, «Свободнопоршневой компрессор с линейным асинхронным приводом», опубл. 15.07.1994 г., БИ №13).

В конструкции известных поршневых компрессоров использованы специальные электрические машины, что повышает их стоимость и снижает надежность. Кроме того, давление, создаваемое известными компрессорами такого типа, не велико.

Более близким по технической сущности и принятым за прототип является гидравлический поршневой компрессор, состоящий из гидропривода и оппозитно расположенных поршней (см., например, патент РФ №1783151, МПК F04В 35/02, «Поршневой компрессор с гидравлическим приводом», опубл. 22.12.1992 г., БИ №47).

Известный поршневой компрессор имеет более простой привод, чем у аналога. Недостатком известного компрессора является наличие специального насоса, сложная конструкция камер, большие габаритные размеры и низкая производительность.

Задачей изобретения является создание простых по конструкции, надежных и малогабаритных компрессоров, упрощение конструкции и повышение производительности.

Указанная задача решается за счет того, что поршневой компрессор, содержащий цилиндр, поршень, расположенный внутри цилиндра, гидравлический привод, распределительный узел, газопроводы, систему клапанов и приемную камеру высокого давления, согласно изобретению цилиндр расположен вертикально и имеет вогнутое основание и верхнюю крышку, в крышке цилиндра выполнено отверстие с сальником для прохождения штока цилиндра, поршень делит цилиндр на верхнюю и нижнюю камеры и снабжен пружиной сжатия, расположенной вдоль штока между крышкой и поверхностью поршня, нижняя камера частично заполнена водой, сообщающейся шлангом, снабженным электроуправляемым клапаном, с баком, заполненным водой, в воду нижней камеры помещены электроды, подключенные к системе электропитания с генератором высоковольтных импульсов.

В варианте технического решения шланг выполнен гибким, а бак установлен на упругий сильфон, внутреннее пространство которого соединено шлангом с приемной камерой высокого давления.

В варианте технического решения бак выполнен в виде сосуда с переменной по высоте площадью поверхности воды.

Наличие вогнутого основания цилиндра необходимо для получения кумулятивного эффекта.

Отверстие с сальником для прохождения штока цилиндра обеспечивает центрирование поршня, а пружина сжатия, расположенная вдоль штока между крышкой и поверхностью штока, возвращает поршень в первоначальное положение каждый раз после прохождения импульса. Бак необходим для поддержания определенного уровня воды внутри цилиндра. Наличие внутри цилиндра электродов, подключенных к системе электропитания с генератором высоковольтных импульсов, дает возможность формировать электрогидравлические удары, обладающие большой энергией и толкающие поршень.

Наличие упругого сильфона, внутреннее пространство которого соединено шлангом с приемной камерой высокого давления, дает возможность изменять энергию электрогидравлического удара в зависимости от давления внутри приемной камеры.

Выполнение внешней емкости в виде сосуда с переменной по высоте площадью поверхности воды позволяет корректировать энергию электрогидравлического удара по мере изменения давления внутри приемной камеры.

Заявленное изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 представлена принципиальная схема поршневого компрессора.

На фиг.2 показан бак с переменной по высоте площадью поверхности воды.

На фиг.3 изображена зависимость между энергией электрогидравлического удара от степени погружения электродов в воду.

Поршневой компрессор с электрогидравлическим разрядом устроен следующим образом. Цилиндр 1 (фиг.1) располагают вертикально. Он разделен поршнем 2 на две камеры. Камера 3, расположенная ниже поршня 2, имеет вогнутое основание 4. Полость нижней камеры частично заполнена водой 5. В воду 5 помещены электроды 6, разделенные промежутком. Нижняя камера с помощью гибкого шланга 7 соединена с баком 8. Бак 8 заполнен водой и установлен на упругий сильфон 9, работающий как пружина сжатия. Верхняя камера 10 цилиндра 1 имеет крышку 11, которая соединена шлангом 12 с источником газа (на фиг. не показан). Шланг 12 снабжен обратным клапаном 13, который препятствует выходу газа из верхней камеры к источнику газа. В крышке 11 выполнено отверстие 14 с сальником 15, через который проходит шток 16 поршня 2. Поршень снабжен пружиной сжатия 17, расположенной вдоль штока между крышкой 11 и верхней поверхностью поршня. В крышке 11 имеется также отверстие 18, которое шлангом 19 соединено с приемной емкостью 20 высокого давления. В шланге 19 имеется обратный клапан 21, препятствующий перетоку газа из приемной емкости 20 в верхнюю камеру 10. В выходном шланге 22, сообщающем приемную емкость с потребителем высокого давления (на фиг. не обозначен), имеется газовый редуктор (на фиг. не обозначен) и электроуправляемый клапан 23. Внутренняя полость сильфона 9 сообщается с полостью приемной емкости 20 с помощью шланга 24, в котором установлен газовый понижающий давление редуктор 25. В шланге 8 имеется электроуправляемый клапан 26. Высота подъема бака 8 контролируется конечным выключателем 27. В электрической системе имеется блок электропитания и управления 28, с которым соединены электроды 6, конечный выключатель 27, электроуправляемый клапан 26 и электроуправляемый клапан 23. Внутри цилиндра 1 имеется упорная шайба 29, выполненная из упругого материала и расположенная в верхней части и примыкающая к крышке 11. Выше уровня воды 5 внутри цилиндра имеется также ограничительная шайба 30, препятствующая движению поршня 2 ниже определенного уровня. Приемная емкость 20 снабжена манометром 31, имеющим электрическую связь с блоком электропитания и управления 28.

В варианте технического решения бак 8 выполнен с переменной по высоте площадью поверхности заполняющей его воды 5. На фиг.2 он изображен в виде сосуда с расходящимися кверху стенками. Однако форма бака может отличаться от показанной на фиг.2. Эта форма зависит от принятого характера изменения давления в приемной емкости 20.

Энергия Р электрогидравлического удара и, следовательно, давление внутри приемной емкости 20, как показывают исследования, проведенные в ИПУ РАН РФ, зависят от уровня водяного слоя h, покрывающего электроды, к которым подаются высоковольтные импульсы. Примерный характер этой зависимости 31 представлен на фиг.3.

Поршневой компрессор с электрогидравлическим разрядом действует следующим образом. Перед подачей напряжения на электроды 6 перекрывается клапан 26 (фиг.1). При подаче высоковольтного импульса на электроды 6 от блока электропитания и управления 28 в воде 5 возникает электрогидравлический удар, обладающий большой энергией. Под влиянием ударной волны поршень 2 движется вверх, преодолевая сопротивление газа в камере 10 и противодействие пружины 17. При этом поршень вытесняет воздух из верхней камеры 10 цилиндра 1 в приемную емкость 20. Давление газа «p», проходящего в шланг 19, будет равно соотношению p = D/d, где D - диаметр поршня 2, a d - диаметр выходного отверстия 18. После прохождения импульса клапан 26 открывается, позволяя воде 5 свободно сообщаться между баком 8 и камерой 3. Давление газа в камере 10 спадает и под действием пружины 17 поршень 2 перемещается в нижнее положение, ограничиваемое шайбой 30, затягивая газ из источника через обратный клапан 13. Этот процесс подачи высоковольтных импульсов повторяется до тех пор, пока давление в приемной камере не достигнет требуемого уровня. Это давление может контролироваться с помощью манометра 31. Когда показания манометра превысят некоторый заданный уровень, подача высоковольтных импульсов прекращается.

Энергия электрогидравлического удара и, следовательно, давление внутри приемной емкости 20, как показывают исследования, проведенные в ИПУ РАН РФ, зависят от уровня водяного слоя h, покрывающего электроды 6, к которым подаются высоковольтные импульсы (фиг.2). Для того чтобы энергия удара Р и давление в приемной емкости 20 были соразмерными, бак 8 изменяет свое положение по высоте благодаря сильфону 9. По мере повышения давления внутри приемной емкости 20 растет давление в сильфоне 9, и последний приподнимает бак 8, изменяя таким образом уровень воды над электродами 6. Поскольку связь между уровнем жидкости h и энергией Р импульса имеет сложную зависимость, то для того чтобы обеспечить более точное соответствие для этой зависимости, бак 8 изготовлен в виде сосуда с переменной по высоте площадью. При этом удается относительно просто и с высокой точностью обеспечить требуемое соответствие между энергией удара и давлением внутри приемной емкости 20 и, тем самым, уменьшить нагрузку на элементы конструкции и снизить энергопотребление установки в целом.

Наличие вогнутого основания в цилиндре обеспечивает кумулятивный эффект, направляя энергию электрогидравлического удара вверх. Максимальное верхнее положение бака 8 и давление в сильфоне контролируется конечным выключателем 27. Сигналы этого датчика поступают в блок 28 и блокируют дальнейшую подачу высоковольтных импульсов на электроды 6, дублируя работу манометра 31. Подача газа потребителю из приемной емкости 20 обеспечивается путем открытия клапана 23.