RU2154190C2 - Поршневой компрессор горизонтального типа - Google Patents

Abstract

Компрессор может быть использован в тех ситуациях, когда требуются поршневые компрессоры непрерывного действия. Поршневой компрессор для сжатия газа, включающий в себя корпус с по меньшей мере одним цилиндром, который имеет, по существу, горизонтальную ось, поршень, который совершает возвратно-поступательные движения в цилиндре, поршневой шток, который одним своим концом прикреплен к поршню, в то время как другой его конец соединен с ползуном, который движется по направляющим в корпусе и который совершает возвратно-поступательные движения под действием приводного механизма, и подшипниковое устройство, которое поддерживает узел поршень/поршневой шток, образованный поршнем и соединенным с ним поршневым штоком, относительно корпуса. Подшипниковое устройство содержит источник, который непрерывно поставляет газ под давлением, трубопровод, который соединен с источником и открывается в по меньшей мере одно выпускное отверстие для подачи газа, идущего из источника, в пространство между поршнем и цилиндром, причем положение по меньшей мере одного выпускного отверстия и давление газа, подаваемого из источника, таковы, что газ, подаваемый в пространство между поршнем и цилиндром, постоянно оказывает направленное вверх усилие на узел поршень/поршневой шток. Такое выполнение позволяет увеличить период непрерывной работы компрессора. 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к поршневому компрессору для сжатия газа, как указано в преамбуле пункта 1 формулы изобретения.

Подобные горизонтальные поршневые компрессоры известны, например, из патента EP-A-O 434607. Поршневые компрессоры того типа, который указан в преамбуле, обычно представляют собой очень большие компрессоры двойного действия с несколькими цилиндрами, используемые, в частности, в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности.

Цилиндры размещают в корпусе горизонтально главным образом потому, что в результате возвратно-поступательного движения массивных деталей компрессора возникает сила инерции. Несмотря на то, что большую часть этой силы можно компенсировать путем балансирования движений узла поршень/поршневой шток, оставшуюся силу инерции, действующую на корпус компрессора, проще поглотить с помощью опорной плиты компрессора, если эта сила направлена горизонтально, а не вертикально.

Однако горизонтальное расположение цилиндра (цилиндров) в поршневых компрессорах того типа, который описан в преамбуле, ведет к возникновению хорошо известной проблемы, состоящей в следующем: как поддержать узел поршень/поршневой шток, совершающий возвратно-поступательное движение относительно стационарной части компрессора, т.е. корпуса и цилиндра (цилиндров), образующих его часть. В горизонтальных компрессорах указанного типа, известных до настоящего момента, узел поршень/поршневой шток поддерживается со стороны ползуна ползуном, который перемещается по направляющим в корпусе, а с другой стороны поршень покоится на нижней части стенки цилиндра. В компрессорах данного типа поршень обычно снабжен одним или более сменными поясами, которые идут вокруг поршня по периферии и проходят под корпус поршня, как описано в патенте EP-A-O 434607. Эти пояса известны как наружные кольца. Известны также наружные кольца, которые идут не вокруг всего поршня, а только вдоль нижнего сегмента периферии поршня.

Как описано в патенте EP-A-O 434607, износ поршневых колец ведет к негерметичности и биению, что допустимо только в определенных пределах. До настоящего времени для того, чтобы предотвратить чрезмерный износ рабочих поверхностей и биение, в качестве смазки между поршнем и стенкой цилиндра обычно использовалось масло.

Однако в последние годы все чаще стала возникать потребность в компрессорах "бессмазочного" типа, другими словами, компрессорах, в которых сжатый газ не загрязняется смазочными маслами, обеспечивающими смазку между наружными кольцами, располагающимися вокруг поршня, и цилиндром. Чтобы компрессор того типа, который описан в преамбуле, стал компрессором "бессмазочного" типа, большое внимание было уделено составу материала, из которого изготовлены наружные кольца, и системе крепления этих колец на поршне. Например, известно изготовление наружных колец из материалов, обладающих улучшенными свойствами в отношении износа и смазки, таких как тефлон.

Как описано выше, горизонтальные поршневые компрессоры того типа, который указан в преамбуле, используются в основном в тех ситуациях, когда требуются компрессоры непрерывного действия. Механический принцип действия поршневых компрессоров этого типа был разработан много десятилетий назад и этот принцип действия обеспечивает непрерывную высокоэффективную работу компрессора в течение многих лет. Тем не менее было обнаружено, что несмотря на последние разработки, износ наружных колец может быть слишком быстрым, помимо прочего вследствие параметров, на которые невозможно воздействовать. На практике это означает, что через несколько месяцев приходится компрессоры останавливать, чтобы определить износ наружных колец, а также для того, чтобы заменить те кольца, которые уже износились. Необходимость в таком техническом обслуживании отрицательно сказывается на всей эффективности и работоспособности компрессоров этого типа.

Целью настоящего изобретения является создать подшипниковое устройство, которое эффективно при размещении его между поршнем и цилиндром компрессора и которое позволяет создать поршневой компрессор горизонтального типа, который может непрерывно работать в течение значительно более длительных периодов времени, чем известные компрессоры того типа, который указан в преамбуле. В частности, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать горизонтальный поршневой компрессор двойного действия и "бессмазочного" типа.

Поставленная задача решается путем создания горизонтального поршневого компрессора того типа, который указан в преамбуле, который отличается тем, что подшипниковое устройство далее включает в себя:
источник, который осуществляет непрерывную подачу газа под давлением;
трубопровод, который соединен с указанным источником и открывается по меньшей мере в одном выпускном отверстии, находящемся в кольцевом элементе и предназначенном для подачи газа, выходящего из указанного источника в пространство между кольцевым элементом и цилиндром, причем расположение по меньшей мере одного выпускного отверстия и давление газа, поступающего из источника, таковы, что газ, подаваемый в пространство между кольцевым элементом и цилиндром, оказывает постоянное направленное вверх усилие на узел поршень/поршневой шток.

Подшипниковое устройство по настоящему изобретению фактически образует подшипниковую систему из поступающего извне сжатого газа, в которой газовая пленка образуется по меньшей мере в одном месте, или в нескольких местах между одним или несколькими кольцевыми элементами и цилиндром, причем газовая пленка по меньшей мере частично несет массу узла поршень/поршневой шток. Очень важно, что газовая пленка создается непрерывно, что позволяет ограничить или, по возможности, полностью устранить создающий износ контакт между узлом поршень/поршневой шток и цилиндром. Очень важно также, чтобы толщина газовой пленки, которая на практике очень мала, все время была стабильной, иначе существует опасность того, что узел поршень/поршневой шток начнет колебаться в вертикальном направлении и снова возникнет чрезмерный износ частей.

Для обеспечения высокой стабильности газовой пленки желательно использовать газонепроницаемые уплотнители, которые можно расположить между поршнем и цилиндром, и которые вместе с поршнем и цилиндром ограничивают пространство, отделенное от каждой из камер сжатия поршневого компрессора, в этом пространстве открывается по меньшей мере одно выпускное отверстие, а также газовыпускное устройство для выпуска газа из указанного пространства.

Желательно также, чтобы подшипниковое устройство имело устройство для контроля давления газа с целью контролировать давление газа в указанном пространстве. Контроль давления газа в изолированном пространстве между поршнем и цилиндром предполагает поддержание давления газа на определенном значении или в пределах допустимых значений, и этот контроль можно осуществлять любым подходящим способом. Например, можно создать цепь управления, где реальное давление газа сопоставляется с требуемым давлением. Давление газа предпочтительно контролировать путем установки или однократной регулировки соответствующих средств контроля, например, путем установки клапанов, которые открываются или закрываются при определенном значении давления газа. Желательно разместить устройство для контроля давления газа в газовыпускном устройстве.

Было обнаружено, что поршневые кольца являются предпочтительными в качестве газонепроницаемых уплотнителей для средств газоизоляции в поршневых компрессорах указанного типа, если эти компрессоры имеют большие размеры, поскольку такие кольца обеспечивают надежную газоизоляцию при высоком давлении в тех случаях, когда допуски при изготовлении неизбежны, а также при различных температурных и механических расширениях.

Идея по настоящему изобретению может быть использована для преобразования существующих компрессоров "маслосмазочного" типа в компрессоры "бесмазочного" типа или для преобразования существующих "бессмазочных" компрессоров в "газосмазочные" компрессоры.

Предпочтительные варианты реализации идеи по настоящему изобретению описаны в формуле изобретения и в нижеследующей части описания.

Сущность настоящего изобретения более подробно раскрыта в вариантах его осуществления, которые показаны на чертежах, где:
- На фиг. 1 схематично показан первый пример осуществления настоящего изобретения - горизонтальный поршневой компрессор в вертикальном разрезе;
- На фиг. 2 показан пример наружного кольца (вид сбоку) в компрессоре, изображенном на фиг. 1;
- На фиг. 3 дан вид снизу наружного кольца, изображенного на фиг. 2;
- На фиг. 4 дан разрез по линии V-V наружного кольца, изображенного на фиг. 2;
- На фиг. 5 схематично показан второй пример осуществления настоящего изобретения - горизонтальный поршневой компрессор в вертикальном разрезе;
- На фиг. 6 схематично показан третий пример осуществления настоящего изобретения - горизонтальный поршневой компрессор в вертикальном разрезе;
- На фиг. 7 схематично показан четвертый пример осуществления настоящего изобретения - горизонтальный поршневой компрессор в вертикальном разрезе.

Горизонтальный поршневой компрессор 71, изображенный на фиг. 1, включает в себя корпус 72, в котором размещен цилиндр 73. Цилиндр 73 содержит поршень 74, который может совершать возвратно-поступательные движения в цилиндре 73. На фиг. 1 нижняя часть поршня показана в разрезе, а верхняя часть не разрезана.

Поршневой шток 75 прикреплен к поршню 74 с правого конца, как показано на фиг. 1, а с левого конца, как показано на фиг. 1, он соединен с ползуном 76. Ползун 76 совершает возвратно-поступательные движения по прямой, расположенной горизонтально и находящейся в корпусе 72 компрессора, причем направление движениям задают направляющие 77.

Движение ползуну 76 придает кривошипно-шатунный механизм, который хорошо известен и обычно применяется в горизонтальных поршневых компрессорах. Вращательное движение приводного вала 78 передается на ползун 76 посредством кривошипа 79, неподвижно сидящего на валу, и переходного стержня 80, который закреплен между кривошипом 79 и ползуном 76.

Компрессор, показанный на фиг. 1, является компрессором двойного действия. Камеры сжатия 81 и 82 образуются в цилиндре 73 посредством поршня 74. Каждая из камер сжатия 81, 82 снабжена впускным клапаном 84, 85 и выпускным клапаном 86, 87 соответственно. При движении поршня 74 в направлении кривошипно-шатунного механизма, на фиг.1 - налево, газ под давлением всасывания всасывается через впускной клапан 84 в камеру сжатия 81. В это же время газ, находящийся в камере сжатия 82, сжимается и выпускается под заданным давлением через выпускной клапан 87.

Как указывает само название горизонтального поршневого компрессора, корпус 72 компрессора расположен на опорной плите так, что цилиндр 73 находится в горизонтальном положении. Согласно настоящему изобретению предлагается опора узла поршня/поршневого штока, образуемого поршнем 74 и поршневым штоком 75. Левый конец (как показано на фиг. 1) узла покоится посредством ползуна 76 на корпусе 72, причем смазочное масло обычно наносят между направляющими 77 и ползуном 76. Однако этот способ опоры на ползун 76 не в состоянии предотвратить волочение поршня 74 вдоль нижней части стенки цилиндра 73, в частности, поскольку между ползуном 76 и направляющими 77 необходим определенный зазор, что позволяет наклонять ползун 76, а также поскольку тонкий поршневой шток 75 будет изгибаться. Иное несущее приспособление, которое обеспечивает опору узла поршень/поршневой шток, описано ниже.

В примере осуществления настоящего изобретения, приведенном на фиг. 1, поршень 74 снабжен стержнем 90, который идет по одной линии с поршневым штоком 75 с другой стороны поршня 74. Стержень 90 проходит сквозь сальник 91 крышки 92 цилиндра 73. Свободный конец стержня 90 несет часть поршня 93, которая расположена во втором цилиндре 94, смонтированном на крышке 92 цилиндра. Под номером 95 схематически показан источник газа. Указанный источник газа, который может представлять собой, например, камеру, соединенную с нагнетательными клапанами 86 и 87 компрессора, сообщается с камерами сжатия 98 в цилиндре 94 посредством трубы 96, которая имеет установленный в ней всасывающий клапан 97. Стержень 90 имеет канал 99, который идет от торцевой поверхности части поршня 93 до камеры 100, образованной в поршне 74. Связь между отверстием 99 и камерой сжатия 98 контролируется посредством нагнетательного клапана 101, который размещен в части поршня 93 и который открывается, если в камере 98 создается достаточно высокое давление. Благодаря этому во время возвратно-поступательного движения узла поршень/поршневой шток газ в камере 100 всегда находится по давлением.

Вокруг поршня 74, возле каждой торцевой поверхности расположен кольцевой элемент (о котором более подробно будет сказано в описаниях фиг. 2, 3 и 4), которое закреплено в канавке, идущей по периферии корпуса поршня 74. Эти в целом идентичные кольцевые элементы 105 и 106 выступают на небольшое расстояние над поверхностью поршня 74. Поршневые кольца в сборе 109 также расположены вокруг корпуса поршня 74 в точке между кольцевыми элементами 105 и 106, чтобы газ не мог протечь из той части цилиндра 73, где давление высокое, в ту часть указанного цилиндра, где давление низкое.

Как видно из фиг. 1, камера 100 поршня 74 сообщается с одним или несколькими выпускными отверстиями 107, 108, имеющимися в каждом кольцевом элементе. Источник, который образуется камерой 100 в сочетании с частью компрессора, которая подает газ под давлением в указанную камеру 100, должен быть сконструирован таким образом, чтобы в процессе работы компрессора газ под давлением непрерывно вытекал из камеры 100 в выпускные отверстия 107 и 108. Это означает, что давление в камере 100 в каждом случае должно быть выше, чем максимальное давление подачи газа в камерах сжатия 81 и 82.

Газ образует газовую пленку между кольцевыми элементами 105, 106 и гладкой стенкой цилиндра 73. Несущая способность такой газовой пленки определяется по давлению газа в пленке и поверхности, на которой это давление действует на ту часть узла поршень/поршневой шток, которую необходимо поддерживать. В любом случае этой поверхностью будет участок нижней половины кольцевого элемента.

В варианте поршневого компрессора по фиг.1 (что не изображено на чертеже) в поршне 74 имеются клапаны, благодаря которым при определенном давлении газа в камерах сжатия 81, 82, в которых происходит сжатие поданного газа, сообщение между камерой 100 и выпускным отверстием 107 или 108, принадлежащим этой камере сжатия, перекрывается, и газовая пленка образуется только между поршнем 74 и цилиндром 73 с той стороны поршневых колец 109, где давление низкое. Значит, давление газа в камере 100 может быть ниже, чем в случае поршневого компрессора по фиг. 1, что очень просто достижимо. Благодаря некоторому наложению, возникающему, когда с одной стороны поршневых колец 109 образуется газовая пленка, а с другой стороны она распадается, газовая пленка постоянно присутствует между поршнем и цилиндром.

В другом варианте осуществления изобретения, который не показан на чертеже, кольцевые элементы не размещены в канавках на корпусе поршня, но вместо этого корпус поршня состоит из нескольких отдельных сегментов, и кольцевой элемент зажат между двумя сегментами.

Вариант осуществления изобретения - кольцевые элементы 105 и 106 - далее описываются со ссылками на кольцевой элемент 105, показанный на фиг. 2, 3 и 4. Кольцевой элемент 105 имеет точно цилиндрический внутренний диаметр, который соответствует периферической канавке, которая будет образована на корпусе поршня и в которой размещается кольцевой элемент. Однако наружная периферия кольцевого элемента 105 не является строго цилиндрической. Как видно на фиг. 2, нижний сегмент наружной периферии, когда кольцевой элемент надет, имеет немного больший радиус, чем верхний сегмент, соединяющийся с ним. Нижний сегмент идет под определенным углом с каждой стороны от вертикали 110, и радиус соответствует радиусу цилиндра, вдоль которого движется кольцевой элемент. Причина создания именно такой конструкции наружной периферии состоит в том, что для образования газовой пленки между кольцевым элементом 105 и цилиндром 73 необходимо, чтобы поршень 74 мог сдвигаться немного вверх и должен оставаться достаточный зазор для механических и термических деформаций.

Из фиг. 4 видно, что ниппель 111 ввинчен в кольцевой элемент, причем отверстие наружу находится в круглом торце 112. Торец 112 несколько заглублен по сравнению с наружной периферией кольцевого элемента 105. Для создания газовой пленки важно, чтобы выпускное отверстие 122 в ниппеле 111 было достаточно малым, чтобы ограничивать поток газа. Выпускное отверстие 122 сообщается с камерой 100 через отверстие 113 в стенке поршня 74 (см. фиг. 1).

Как уже упоминалось ранее, несущая способность такой газосмазывающей системы определяется, помимо прочего, по эффективной поверхности, на которой газовая пленка поддерживает узел поршень/поршневой шток. Чтобы получить большую поверхность, покрытую стабильной газовой пленкой, сеть канавок нанесена на нижний сегмент кольцевого элемента 105; это показано на фиг. 3. Сеть канавок состоит из двух параллельных основных канавок 120, 121, которые идут по обе стороны ниппеля 111. Каждая основная канавка 120, 121 идет симметрично с каждой стороны вдоль выпускного отверстия 122 ниппеля 111, расположенного на вертикали 110. Центральная поперечная канавка 123 соединяет две основные канавки 120, 121 с выпускным отверстием 122. Концы основных канавок 120, 121 связаны друг с другом поперечными канавками 124. Поперечные канавки 125-130, лежащие симметрично относительно вертикали 110, соединяют две основные канавки 120, 121 и таким образом образуют поля 131-138. Поля 131-138 лежат на одной поверхности с остальной частью нижнего сегмента кольцевого элемента 105.

Вышеописанный узор канавок представляет собой только одно из возможных решений. В определенных ситуациях можно будет даже отказаться от узоров канавок и просто сделать одно или несколько выпускных отверстий в форме простых отверстий.

Предпочтительно изготовить кольцевые элементы 105 и 106 из материала, который обладает свойствами, позволяющими использовать этот материал в критических ситуациях, с тем, чтобы если газовая пленка неожиданно спадет, нежелательный износ стенки цилиндра не случится. По этой причине предпочтение отдается таким материалам, как тефлон (PTFE) или медный штейн. Выбирая материал для кольцевых элементов, следует учесть, что газовая пленка в опорном приспособлении по настоящему изобретению не должна полностью предотвращать трение при контакте деталей поршня или не сможет на практике полностью предотвратить трение частей поршня по фиг. 1, кольцевых элементов 105, 106 и цилиндра.

На фиг. 1 очень схематично показан источник газа, который подается под давлением на соответствующие газовые подшипники в узле поршень/поршневой шток, причем газ подается снаружи под давлением; такое схематичное изображение говорит о том, что здесь можно использовать самые различные решения. В принципе основное условие по отношению к такому источнику состоит в том, что газ должен непрерывным потоком выходить из одного или нескольких выпускных отверстий, чтобы сохранялась газовая пленка между цилиндром и поршнем. Выпуск газа из выпускного отверстия в этом случае будет зависеть, помимо прочего, от давления в той области, куда поступает газ. Вот почему особенно важно в варианте изобретения по фиг.1, чтобы источник мог подавать газ под давлением, которое выше, чем максимальное давление подачи газа в камере сжатия компрессора. Например, допустимо, чтобы источник формировался фазой более высокого давления того же компрессора или другим компрессором. Более того, в ситуации, когда газ из газовой пленки попадает в цилиндр, желательно, чтобы газ, поставляемый на газовые подшипники, поступал снаружи под тем же давлением, что и газ, подлежащий сжатию компрессором.

Горизонтальный поршневой компрессор 141, показанный на фиг. 5, включает в себя корпус 142, в котором размещен цилиндр 143. Цилиндр 143 содержит поршень 144, который может совершать возвратно-поступательные движения в цилиндре 143. На фиг. 5 нижняя часть поршня 144 показана в продольном сечении, а верхняя часть не рассечена. Поршневой шток 145 прикреплен с правого конца (фиг. 5) к поршню 144, а с левого конца (фиг. 5) он соединен с ползуном 146. Движение ползуна 146 направляется с помощью направляющей 147 таким образом, что ползун может совершать возвратно-поступательные движения в горизонтальном направлении вдоль прямой в корпусе 142 компрессора.

Движение ползуну 146 придает кривошипно-шатунный механизм, который хорошо известен и обычно применяется в горизонтальных поршневых компрессорах. Вращательное движение приводного вала 148 передается на ползун 146 посредством кривошипа 149, неподвижно сидящего на валу, и переходного стержня 150, который закреплен между кривошипом 149 и ползуном 146.

Компрессор, показанный на фиг. 5, является компрессором двойного действия. Камеры сжатия 151 и 152 образуются в цилиндре 143 с помощью поршня 144. Камера сжатия 151 имеет впускной клапан 154 и выпускной клапан 156, камера сжатия 152 снабжена впускным клапаном 155 и выпускным клапаном 157. При движении поршня 144 в направлении кривошипно-шатунного механизма (налево на фиг.5) газ под давлением всасывания всасывается через впускной клапан 154 в камеру сжатия 151. После того, как движение поршня 144 меняет направление на обратное, газ в камере сжатия 151 сжимается и выпускается под выпускным давлением через выпускной клапан 156.

Как указывает само название горизонтального поршневого компрессора, корпус 142 компрессора расположен на опорной плите так, что цилиндр 143 находится в горизонтальном положении. Согласно настоящему изобретению предлагается опора узла поршень/поршневой штока, образуемого поршнем 144 и поршневым штоком 145. Левый конец (как показано на фиг. 5) указанного узла покоится посредством ползуна 146 на корпусе 142, причем смазочное масло обычно наносят между направляющими 147 и ползуном 146. Однако этот способ опоры на ползун 146 не в состоянии предотвратить волочение поршня 144 вдоль нижней части стенки цилиндра 143, в частности, поскольку между ползуном 146 и направляющими 147 необходим определенный зазор, что позволяет наклоняться ползуну 146, а также поскольку тонкий поршневой шток 145 будет изгибаться. Иное подшипниковое устройство, которое обеспечивает опору узла поршень/поршневой шток, будет описано ниже.

Поршень 144 имеет полость, а перегородка 160 делит указанную полость на две камеры 161 и 162. Камера 161 сообщается посредством нагнетательных клапанов 164 и 165 с камерами сжатия 151 и 152. Клапаны 164 и 165 сконструированы таким образом, что открываются, когда давление в соответствующей камере сжатия становится достаточно высоким. Вокруг части нижней половины периферии поршня 144 находится один или несколько - в данном случае два - кольцевых элементов 168, 169 (указанных пунктирными линиями), каждый из которых имеет одно или несколько выпускных отверстий 170, 171. Указанные выпускные отверстия 170, 171 сообщаются с камерой 161, например, так, как сказано в описании к фиг. 1-4.

Газ, выходящий из камеры 161 через выпускные отверстия 170, 171, образует очень тонкую газовую пленку между соответствующим кольцевым элементом и стенкой цилиндра. Благодаря присутствию поршневых колец в сборе 173, 175 на каждой стороне двух кольцевых элементов 168, 169, давление в районе газовых пленок между кольцевыми элементами 168, 169 и стенкой цилиндра всегда ниже, чем давление подачи в камерах сжатия 151 и 152. Благодаря тому, что камера 161 в каждом случае снабжается газом под давлением, которое очень близко к давлению подачи в камерах сжатия 151 и 152, осуществляется непрерывная подача газа в район образования газовых пленок.

Газ, подаваемый в пространство между двумя комплектами поршневых колец в сборе 173, 175, конечно должен опять выходить. Газ выходит через отверстие 177 в стенке поршня 144, которое соединяет пространство между поршневыми кольцами 173, 175 с камерой 162. Указанная камера 162 в свою очередь сообщается с камерами сжатия 151 и 152 посредством всасывающих клапанов 178, 179. Если давление в соответствующей камере сжатия является достаточно низким, то соответствующий клапан всасывания 178 или 179 открывается и газ выпускается из камеры 162. Если объем камер 161 и 162 достаточно велик, то изменения в давлении в камерах 161, 162 будут ограниченными, и можно получить поток газа, необходимый для поддержания стабильной газовой пленки между кольцевыми элементами 168, 169 и стенкой цилиндра 143.

Поршень 144, как описано выше и показано на фиг. 5, можно успешно использовать для преобразования существующих поршневых компрессоров (типа "с масляной смазкой") в компрессоры "бессмазочного" типа. Поскольку поршень 144 имеет все элементы, необходимые для образования стабильной системы газовых подшипников, то достаточно просто заменить поршень, имеющийся в компрессоре, на поршень 144.

Горизонтальный поршневой компрессор 191, изображенный на фиг. 6, включает в себя корпус 192, в котором размещается цилиндр 193. Цилиндр 193 содержит поршень 194, который совершает возвратно-поступательные движения в цилиндре 193. На фиг. 6 нижняя часть поршня 194 показана в разрезе, а верхняя часть не разрезана. Поршневой шток 195 прикреплен к поршню 194 своим правым концом (по фиг. 6), а его левый конец (по фиг. 6) соединен с ползуном 196. Ползун 196 совершает возвратно-поступательные движения в горизонтальном направлении в корпусе 192 компрессора, причем направление движению задают направляющие 197.

Движение ползуну 196 придает кривошипно-шатунный механизм, который хорошо известен и обычно применяется в горизонтальных поршневых компрессорах. Вращательное движение приводного вала 198 передается на ползун 196 посредством кривошипа 199, неподвижно сидящего на валу, и переходного стержня 200, который соединяет кривошип 199 с ползуном 196.

Компрессор, показанный на фиг. 6, является компрессором двойного действия. Камеры сжатия 201 и 202 образуются в цилиндре 193 с помощью поршня 194. Камера сжатия 201 имеет впускной клапан 204 и выпускной клапан 206, камера сжатия 202 снабжена впускным клапаном 205 и выпускным клапаном 207. При движении поршня 194 в направлении кривошипно-шатунного механизма (налево на фиг.6) газ под давлением всасывания всасывается через впускной клапан 204 в камеру сжатия 201. После того, как движение поршня 194 меняет направление на обратное, газ в камере сжатия 201 сжимается и выпускается под выпускным давлением через выпускной клапан 206.

Как указывает само название горизонтального поршневого компрессора, корпус 192 компрессора расположен на опорной плите так, что цилиндр 193 находится в горизонтальном положении. Согласно настоящему изобретению предлагается опора для узла поршень/поршневой шток, образуемого поршнем 194 и поршневым штоком 195. Левый конец (как показано на фиг. 6) указанного узла покоится посредством ползуна 196 на корпусе 192, причем смазочное масло обычно наносят между направляющими 197 и ползуном 196.

Поршень 194 имеет полость, и перегородка 210 делит эту полость на две камеры 211 и 212. Два полых стержня 213 и 214 закреплены на поршне 194. Оболочка 215 цилиндра сконструирована таким образом, что образуются две камеры 216 и 217, и стержни 213 и 214 входят соответственно в камеры 216 и 217, причем герметичность обеспечивается соответствующими сальниками. Камера 216 соединена посредством трубы 220 с напорной камерой 221, которая в свою очередь соединена с двумя нагнетательными клапанами 206, 207 цилиндра 193. Камера 217 соединена через трубу 225 с камерой всасывания 226, которая, в свою очередь, соединена с всасывающими клапанами 204, 205 цилиндра 193. Такая схема обеспечивает непрерывную подачу газа под давлением в камеру 211, в то время как газ выходит из камеры 212.

Вокруг части нижней половины периферии поршня 194 находится один или несколько - в данном случае два - кольцевых элементов 238, 239 (указанных пунктирными линиями), каждый из которых имеет одно или несколько выпускных отверстий 240, 241. Указанные выпускные отверстия 240, 241 сообщаются с камерой 211, например, так, как сказано в описании к фиг. 2-4.

Газ, выходящий из камеры 211 через выпускные отверстия 240, 241, образует очень тонкую газовую пленку между соответствующим кольцевым элементом и стенкой цилиндра. Благодаря присутствию комплектов поршневых колец в сборе 243, 245 на каждой стороне двух кольцевых элементов 238, 239, давление в районе газовых пленок между кольцевыми элементами 238, 239 и стенкой цилиндра всегда ниже, чем давление подачи в камерах сжатия 201 и 202. Благодаря тому, что камера 211 в каждом случае снабжается газом под давлением, которое очень близко к давлению подачи в камерах сжатия 201 и 202, осуществляется непрерывная подача газа в район образования газовых пленок.

Газ, подаваемый в пространство между двумя комплектами поршневых колец в сборе 243, 245, выходит через отверстие 247 в стенке поршня 194, которое соединяет пространство между поршневыми кольцами 243, 245 с камерой 212.

Горизонтальный поршневой компрессор 841, изображенный на фиг. 7, включает в себя корпус 842, в котором размещается цилиндр 843. Цилиндр 843 содержит поршень 844, который совершает возвратно-поступательные движения в цилиндре 843. На фиг. 7 нижняя часть поршня 844 показана в разрезе, а верхняя часть не разрезана. Поршневой шток 845 прикреплен к поршню 844 своим правым концом (по фиг. 7), а его левый конец (по фиг. 7) соединен с ползуном 846. Ползун 846 совершает возвратно-поступательные движения в горизонтальном направлении в корпусе 842 компрессора, причем направление движению задают направляющие 847.

Движение ползуну 846 придает кривошипно-шатунный механизм, который хорошо известен и обычно применяется в горизонтальных поршневых компрессорах. Вращательное движение приводного вала 848 передается на ползун 846 посредством кривошипа 849, неподвижно сидящего на валу, и переходного стержня 850, который соединяет кривошип 849 с ползуном 846.

Компрессор, показанный на фиг. 7, является компрессором двойного действия. Камеры сжатия 851 и 852 образуются в цилиндре 843 с помощью поршня 844. Камера сжатия 851 имеет впускной клапан 854 и выпускной клапан 856, а камера сжатия 852 снабжена впускным клапаном 855 и выпускным клапаном 857. При движении поршня 844 в направлении кривошипно-шатунного механизма (налево на фиг. 7) газ под давлением всасывания всасывается через впускной клапан 854 в камеру сжатия 851. После того, как движение поршня 844 меняет направление на обратное, газ в камере сжатия 851 сжимается и выпускается под выпускным давлением через выпускной клапан 856.

Как указывает само название горизонтального поршневого компрессора, корпус 842 компрессора расположен на опорной плите так, что цилиндр 843 находится в горизонтальном положении.

Согласно настоящему изобретению предлагается опора для узла поршень/поршневой шток, образуемого поршнем 844 и поршневым штоком 845. Левый конец (как показано на фиг. 7) указанного узла покоится посредством ползуна 846 на корпусе 842, причем смазочное масло обычно наносят между направляющими 847 и ползуном 846. Однако этот способ опоры на ползун 846 не в состоянии предотвратить волочение поршня 844 вдоль нижней части стенки цилиндра 843, в частности, поскольку между ползуном 846 и направляющими 847 должен быть определенный зазор, что позволяет наклониться ползуну 846, а также поскольку тонкий поршневой шток 845 будет изгибаться. Иное подшипниковое устройство, которое обеспечивает опору узла поршня/поршневого штока, будет описано ниже.

Поршень 844 имеет камеру 861. Камера 861 сообщается посредством нагнетательных клапанов 864 и 865 с камерами сжатия 851 и 852 соответственно. Клапаны 864 и 865 сконструированы таким образом, что они открываются, когда давление в соответствующей камере сжатия становится достаточно высоким. Вокруг части нижней половины периферии поршня 844 находится один или несколько - в данном случае два - кольцевых элементов 868, 869 (указанных пунктирными линиями), каждый из которых имеет одно или несколько выпускных отверстий 870, 871. Указанные выпускные отверстия 870, 871 сообщаются с камерой 861, например, так, как сказано в описании к фиг. 2-4.

Газ, выходящий из камеры 861 через выпускные отверстия 870, 871, образует очень тонкую газовую пленку между соответствующим кольцевым элементом и стенкой цилиндра. Благодаря присутствию комплектов поршневых колец в сборе 873, 875 на каждой стороне двух кольцевых элементов 868, 869, давление в районе газовых пленок между кольцевыми элементами 868, 869 и стенкой цилиндра всегда ниже, чем давление подачи в камерах сжатия 851 и 852. Благодаря тому, что камера 861 в каждом случае снабжается газом под нужным давлением, осуществляется непрерывная подача газа в район образования газовых пленок.

Газ, подаваемый в пространство между двумя комплектами поршневых колец в сборе 873, 875, конечно должен опять выходить. Это достигается с помощью газовыпускного средства, в качестве которого в данном случае выступает выпускное отверстие 890 в стенке цилиндра 843. Указанное выпускное отверстие 890 расположено таким образом, что оно сообщается с пространством, ограниченным поршнем 844, цилиндром 843 и поршневыми кольцами 873, 875. С выпускным отверстием 890 соединено контрольное устройство 891, которое предназначено для контроля выхода газа через выпускное отверстие 890. С помощью этого устройства 891, в качестве которого может быть использован, например, простой дроссельный клапан, давление газа в указанном пространстве может быть постоянным, и получится очень стабильная газовая пленка.

Способом по настоящему изобретению, который упоминается в описании к фиг. 7, очень просто преобразовать существующий поршневой компрессор, требующий смазки, в компрессор "бессмазочного" типа, или же снабдить "бессмазочный" компрессор газовым подшипниковым устройством. Для этого нужно только заменить старый поршень на поршень того типа, который показан на фиг. 7, хотя для того, чтобы обеспечить выпускное отверстие для газа, образующего газовую пленку, можно сделать отверстие для подачи масляной смазки, которое обычно имеется в цилиндре.

Очевидно, что вышеописанные технические решения для опоры узла поршень/поршневой шток относительно стационарной части компрессора также можно использовать для компрессора простого действия или спаренных компрессоров.

Claims (18)

1. Поршневой компрессор (71; 141; 191; 841) для сжатия газа, включающий в себя корпус (72; 142; 192; 842) с по меньшей мере одним цилиндром (73; 143; 193; 843), который имеет, по существу, горизонтальную ось, поршень (74; 144; 194; 844), имеющий корпус поршня, причем поршень совершает в цилиндре возвратно-поступательные движения и ограничивает в цилиндре по меньшей мере одну камеру сжатия (81; 82; 151; 152; 201; 202; 851; 852), в которой происходит сжатие газа, поршневой шток (75; 145; 195; 845), который одним своим концом прикреплен к поршню, в то время как другой его конец соединен с ползуном (76; 146; 196; 846), возвратно-поступательные движения которого совершаются по направляющим в корпусе при помощи приводного механизма, а также подшипниковое устройство, которое поддерживает узел поршень/поршневой шток, образуемый поршнем и соединенным с ним поршневым штоком, относительно корпуса, причем подшипниковое устройство содержит по меньшей мере один кольцевой элемент (105, 106; 168, 169; 238; 239; 868, 869), смонтированный вокруг по меньшей мере нижней части корпуса поршня и выходящий за пределы периферии корпуса поршня, причем кольцевой элемент выполнен из материала, пригодного для непосредственного фрикционного контакта с цилиндром, отличающийся тем, что подшипниковое устройство дополнительно содержит источник (95; 161; 221; 226; 861) непрерывной подачи газа под давлением, трубопровод (99, 113; 220, 225, 213, 214), соединенный с источником и открывающийся по меньшей мере через одно выпускное отверстие (107, 108; 170, 171; 240, 241; 870, 871), сделанное в кольцевом элементе (105, 106; 168, 169; 238, 239; 868, 869) для подачи газа, идущего из источника в пространство между кольцевым элементом и цилиндром (73; 143; 193; 843), причем расположение по меньшей мере одного выпускного отверстия и давление газа, подаваемого из источника, таковы, что газ, подаваемый в пространство между кольцевым элементом и цилиндром, постоянно оказывает направленное вверх усилие на узел поршень/поршневой шток.

2. Поршневой компрессор по п.1, отличающийся тем, что корпус поршня имеет по меньшей мере одну периферийную канавку, и тем, что периферийная канавка содержит кольцевой элемент (105, 106; 168, 169; 238, 239; 868, 869), который содержит по меньшей мере одно выпускное отверстие (107, 108; 170, 171; 240, 241; 870, 871) для газа, выходящего из источника.

3. Поршневой компрессор по п.1 или 2, отличающийся тем, что подшипниковое устройство содержит кольцевой элемент (105, 106; 868, 869), расположенный вокруг периферии корпуса поршня и имеющий выпускное отверстие для газа, причем кольцевой элемент в своем верхнем сегменте, который включает по меньшей мере верхнюю половину кольцевого элемента, сконструирован таким образом, что имеет меньший наружный радиус, чем радиус нижнего сегмента.

4. Поршневой компрессор по одному или более из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что каждое выпускное отверстие для газа, выходящего из источника, содержит сеть канавок (120 - 138), при этом сеть сделана в кольцевом элементе и идет по нижнему сегменту кольцевого элемента.

5. Поршневой компрессор по одному или нескольким из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что пространство, имеющееся между поршнем (74) и цилиндром (73), из которого открывается по меньшей мере одно выпускное отверстие (107, 108), сообщается с камерой сжатия (81, 82) компрессора, а также тем, что источник (95) подачи газа в по меньшей мере одно выпускное отверстие приспособлен для подачи газа под давлением, которое выше, чем давление в камере сжатия.

6. Поршневой компрессор по п.5, отличающийся тем, что возле каждого торца поршня (74) имеется по меньшей мере одно выпускное отверстие (107, 108), которое открывается в области нижней поверхности и предназначено для газа, выходящего из источника (95, 100), а также тем, что газонепроницаемый уплотнитель (109) присутствует между выпускным отверстием (107), расположенным на одном торце, и выпускным отверстием (108), расположенным на другом торце, причем газонепроницаемый уплотнитель эффективен между поршнем (74) и цилиндром (71).

7. Поршневой компрессор по одному или нескольким из пп.1 - 4, отличающийся тем, что снабжен газонепроницаемыми уплотнителями (173, 175; 243, 245; 873, 875), которые эффективны между поршнем (144; 194; 844) и цилиндром (143; 193; 843) и которые вместе с поршнем и цилиндром ограничивают пространство, выделенное в каждой камере сжатия (151, 152; 201, 202; 851, 852) компрессора, при этом в пространстве открывается по меньшей мере одно выпускное отверстие (170, 171; 240, 241; 870, 871), а также тем, что имеется устройство для выпуска газа (162, 177, 178, 179; 212, 247, 214, 225; 890, 891) из этого пространства.

8. Поршневой компрессор по п.7, отличающийся тем, что газонепроницаемыми уплотнителями (173, 175; 243, 245; 873, 875), эффективными между поршнем и цилиндром, являются поршневые кольца, расположенные вокруг корпуса поршня.

9. Поршневой компрессор по п.7 или 8, отличающийся тем, что подшипниковое устройство также включает в себя устройство контроля давления газа (178, 179; 226; 891) для контроля давления газа в пространстве.

10. Поршневой компрессор по п.7 или 8, отличающийся тем, что поршень (144; 194; 844) снабжен газонепроницаемыми уплотнениями (173, 175; 243, 245; 873, 875), которые расположены на расстоянии друг от друга и эффективны между поршнем (144; 194; 844) и цилиндром (143; 193; 843), а также тем, что между газонепроницаемыми уплотнениями поршень содержит по меньшей мере одно выпускное отверстие (170, 171; 240, 241; 870, 871), которое открывается в области нижней поверхности и предназначено для газа, идущего из источника (151, 152, 161; 221, 211; 861).

11. Поршневой компрессор по п.10, отличающийся тем, что поршень (144; 194) содержит камеру высокого давления (161; 211) и камеру низкого давления (162; 212), причем камера высокого давления (161, 211) сообщается с по меньшей мере одним выпускным отверстием (170, 171; 240, 241) и с устройством (151, 164, 152, 165; 221, 216, 213) для подачи газа под давлением в камеру высокого давления, а камера низкого давления (162, 212) сообщается с пространством, образуемым газонепроницаемыми уплотнителями (173, 175; 243, 245), поршнем (144; 194) и цилиндром (143; 193), а также с выпускным устройством (151, 178, 152, 179; 220, 225, 226, 217, 214) для выпуска газа из камеры низкого давления.

12. Поршневой компрессор по п.11, отличающийся тем, что поршень (144) включает в себя нагнетательный клапан (164, 165), который соединяет камеру высокого давления (161) с камерой сжатия (151, 152) компрессора (141) и тем, что поршень (144) включает в себя всасывающий клапан (178, 179), который соединяет камеру низкого давления (162) с камерой сжатия (151, 152) компрессора.

13. Поршневой компрессор по п.11, отличающийся тем, что компрессор (191) включает в себя трубопровод (220, 216, 213), который соединяет камеру высокого давления (221) с нагнетательной стороной (221) компрессора, и трубопровод (225, 217, 214), который соединяет камеру низкого давления (212) с всасывающей стороной (226) компрессора.

14. Поршневой компрессор по п.7, отличающийся тем, что устройство для выпуска газа включает в себя по меньшей мере одно выпускное отверстие (890), которое расположено в цилиндре (843) и соединяет пространство, которое ограничено цилиндром (843), поршнем (644) и газонепроницаемыми уплотнителями (873, 875), эффективными между цилиндром и поршнем, таким образом, чтобы можно было выпускать газ из указанного пространства с помощью по меньшей мере одного выпускного отверстия (890).

15. Поршневой компрессор по п.14, отличающийся тем, что устройство контроля газа (891) подсоединено по меньшей мере к одному выпускному отверстию (890) для газа для регулирования давления газа в пространстве.

16. Поршневой компрессор по одному или нескольким из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что газ, поступающий из источника, является тем газом, который подлежит обработке компрессором.

17. Поршневой компрессор по п.16, отличающийся тем, что поршень представляет собой двухступенчатый поршень, а также тем, что трубопровод проведен в поршне и присоединен ко второй ступени компрессора, которая образует источник газа под давлением.

18. Поршень для поршневого компрессора по одному или нескольким из предшествующих пунктов, причем поршень включает в себя корпус поршня, отличающийся тем, что один или несколько кольцевых элементов (105, 106; 168, 169; 238, 239; 868, 869) смонтированы вокруг по меньшей мере нижней половины периферии корпуса поршня (74; 144; 194; 844) и выходят за пределы корпуса поршня, причем каждый из кольцевых элементов снабжен выпускным отверстием (107, 108; 170, 171; 240, 241; 870, 871) для газа, выходящего из источника, причем газ образует пленку между кольцевым элементом и цилиндром (73; 143; 193; 843) поршневого компрессора.

Images