компрессор для природного газа

Формула изобретения

КОМПРЕССОР ДЛЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА, содержащий два компрессорных модуля, каждый из которых состоит из силового гидроприводного цилиндра с поршнем и цилиндров ступеней сжатия, оснащенных рубашками охлаждения, расположенных оппозитно силовому цилиндру и содержащих поршни ступеней сжатия, и распределительные золотники для управления силовыми поршнями, при этом силовые поршни и поршни ступеней сжатия жестко соединены между собой штоками, отличающийся тем, что силовые цилиндры выполнены газоприводными и сообщены с подпоршневыми полостями цилиндров ступеней сжатия, а также посредством золотников с источником подачи природного газа и полостями рубашек охлаждения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к компрессоростроению.

Известен поршневой компрессор для газа, в корпусе которого симметрично расположены два гидроприводных дифференциальных поршня, двигающихся навстречу друг к другу, большие торцы которых в средней части корпуса образуют камеру сжатия (авт.св. СССР N 442314, кл. F 04 B 35/02, 1972).

Недостатком такого компрессора является малая производительность, обусловленная относительной тихоходностью гидропривода в сравнении с электрическим и пневматическим (газовым) приводами. Кроме того, компрессор выполнен одноступенчатым и без охлаждения цилиндров сжатия газа. Это не позволяет использовать его для компримирования природного газа с высоким конечным давлением, необходимымб например, для заправки автомобилей, использующих сжатый природный газ в виде моторного топлива.

Известен также многоступенчатый компрессор для природного газа, содержащий два компрессорных модуля, каждый из которых состоит из силового гидроприводного цилиндра с поршнем и цилиндров ступеней сжатия, оснащенных рубашками охлаждения, расположенных оппозитно силовому цилиндру и содержащих поршни ступеней сжатия, и распределительные золотники для управления силовыми поршнями, при этом силовые поршни и поршни ступеней сжатия жестко соединены между собой штоками (Европ. патент N 0064177, кл. F 04 B 35/02, 1982).

Недостатками этого компрессора также являются низкая производительность из-за относительной тихоходности гидравлического привода; потребность в жидкостном охлаждении цилиндров первых ступеней сжатия; а также необеспеченность в жидкостном охлаждении высоких ступеней сжатия.

Цель изобретения повышение производительности компрессора и обеспечение охлаждения цилиндров всех ступеней сжатия за счет использования в приводе в качестве энергоносителя природного газа.

Для этого силовые цилиндры выполнены газоприводными и сообщены с подпоршневыми полостями цилиндров ступеней сжатия, а также посредством золотников с источником подачи природного газа и полостями рубашек охлаждения.

Изобретение вызвано потребностью в технологиях получения сжатого природного газа для заправки им автомобилей в качестве моторного топлива без затрат электроэнергии или жидкого моторного топлива (для электрических или дизельных компрессоров) на его компримирование.

Предлагаемый компрессор найдет применение в новых ресурсосберегающих автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС) на предприятиях, непосредственно ведущих добычу, подземное хранение, транспортировку природного газа и газоснабжение населенных пунктов. На газораспределительных станциях (ГРС), где в настоящее время энергия редуцирования природного газа с высокого давления до низкого практически не используется, применение таких АГНКС будет наиболее эффективным.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема компрессора для природного газа; на фиг. 2 конструктивный осевой диаметральный разрез одного из модулей компрессора; на фиг. 3 разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 вид Б на фиг. 2.

По схеме на фиг. 1 возможны различные варианты компрессора одно-, двух-, трех- и четырехступенчатый.

Описываемый ниже вариант компрессора двухступенчатый на базе двух идентичных модулей 1 и 2.

Каждый модуль включает в себя:

приводную часть в составе силового цилиндра 3 и 4, поршня с уплотнениями 5 и 6, а также штоков 7 и 8, 9 и 10;

управляющие золотники 11 и 12, установленные на цилиндрах 3 и 4;

цилиндры 13 и 14 сжатия I-й ступени;

цилиндры 15 и 16 сжатия II-й ступени.

Штоки 7 и 8 взаимодействуют с поршнями 17 и 18 I ступени, штоки 9 и 10 с поршнями 19 и 20 и, кроме того, неподвижными упорами 21 и 22, 23 и 24 через кривошипы 25 и 26 поворотных валов 27 и 28 с золотниками 11 и 12.

Поворотные валы 27 и 28 выведены из цилиндров 3 и 4 через уплотнения 29 и 30. Золотники 11 и 12 имеют неподвижные корпусы 31 и 32. В корпусе 31 выполнены каналы 33-37, а в корпусе 32 соответственно каналы, 38-42. Каналы 33 и 38 соединены между собой и имеют общий подвод газа. На рабочей поверхности неподвижных корпусов 31 и 32 расположены подвижные распределительные клапаны 43 и 44, центральными осевыми, например шлицевыми, отверстиями связанные с поворотными валами 27 и 28. На поверхностях клапанов 43 и 44, обращенных к корпусам 31 и 32, выполнены замкнутые коробчатой формы каналы 45 и 46, 47 и 48, попарно соединяющие каналы корпусом 31 и 32, а на боковой поверхности выполнен фигурный вырез, выполняющий ту же функцию, но для других пар отверстий.

Каналы 34 и 37 соединены трубопроводами с рабочими полостями силового цилиндра 4, каналы 39 и 42 с рабочими полостями цилиндра 3.

Каналы 35 и 41 соединены трубопроводами с рубашками охлаждения 49 и 50 цилиндров I-х ступеней, а каналы 36 и 40 с рубашками 51 и 52 охлаждения цилиндров II-х ступеней. Отводы от всех рубашек цилиндров сжатия объединены общим коллектором 53.

Цилиндры сжатия газа оснащены всасывающими и нагнетательными клапанами. Для обоих модулей линии всасывания и нагнетания выполнены общими. Предусмотрены межступенчатый 54 и концевой 55 холодильники.

Компрессор работает следующим образом.

Газ, отбираемый от магистрального газопровода высокого давления, например с участка до газораспределительной станции (ГРС), через регулирующее давление устройство (не показаны) подводится к входным каналам 33 и 38 золотников 11 и 12. Через канал 39 часть газа поступает в правую рабочую полость силового цилиндра 3 и прижимает поршень к левому торцу цилиндра.

Следовательно, можно считать, что в I-й ступени цилиндра 13 закончилось сжатие газа, а во II-й ступени цилиндра 15 завершился цикл всасывания. В этот момент упор 21 на штоке 9 воздействует на кривошип 25 поворотного вала 27 и удерживает его в этом положении. Соединенный с валом 27 распределительный клапан 43 коробчатым каналом 46 сообщает между собой каналы 36 и 37, а другой коробчатый канал 45 "запирает" канал 35.

Одновременно газ через канал 34 и трубопровод поступает в левую полость силового цилиндра 4 и перемещает поршень 6 слева направо, выталкивая газ из правой полости через каналы 37 и 36, трубопровод и рубашку 51 цилиндра 15 в отводной коллектор 53, связанный с участком низкого давления после ГРС (не показаны). Следовательно, цилиндр 14 I-й ступени начинает наполняться газом через всасывающий клапан из подводящего трубопровода, в котором поддерживается постоянное давлением отдельным регулирующим устройством (не показано), а правый цилиндр 16 осуществляет сжатие поступившей перед этим порции газа после I-х ступеней. Так как поршень 6 начинал двигаться из такого же положения, в каком в данный момент находится поршень 5, то некоторый период времени упор 24 на штоке 10 не оказывает воздействия на кривошип 26 поворотного вала 28 и связанный с ним клапан 44. Следовательно, коммутация потоков газа в золотнике 12 при движении поршня 6 до момента касания упором 24 кривошипа 26 изменяться не будет.

После того, как упор 24 на штоке 10 начнет воздействовать на кривошип 26 поворотного вала 28, клапан 44 начнет поворачиваться против часовой стрелки и полностью переключится на сообщение каналов 39 и 40, 38 и 42 в конце хода поршня 6. Следовательно, цилиндр 14 I-й ступени закончит всасывание (наполнение), а цилиндр 16 II-й ступени сжатие. Сжатый газ после II-й ступени, минуя концевой холодильник 55, будет поступать в аккумулятор (не показан).

В конце хода поршня 6 в движение слева направо приходит поршень 5 за счет полного сообщения каналов 38 и 42, 39 и 40. Газ из правой полости силового цилиндра 3 отводится по каналам 39 и 40, трубопроводу и рубашке 52 охлаждения в отводной коллектор 53. Следовательно, цилиндр 13 I-ступени начинает всасывание (точнее, наполнение, так как газ поступает под давлением), а цилиндр 15 сжатие. В конце хода поршня 5 упор 23 штока 9 переключит клапан 43 золотника 11 на сообщение каналов 33 и 37, 34 и 35. В движение справа налево придет поршень 6 силового цилиндра 4. Следовательно, в цилиндре 14 I-й ступени будет осуществляться сжатие газа, а в цилиндре 16 II-й ступени наполнение газом после I-ой ступени из подводящего коллектора и межступенчатого холодильника 51.

В конце хода поршня 6 упор 22 штока 10 воздействием на кривошип 26 переключит клапан 44 на сообщение каналов 38 и 39, 42 и 41. В движение справа налево придет поршень 5 силового цилиндра 3, обеспечивая сжатие газа в цилиндре 13 I-ой ступени и наполнение газом цилиндра 15 II-ой ступени.

После переключения клапана на сообщение каналов 33 и 34, 36 и 37 описанный порядок работы компрессора будет повторяться по мере поступления природного газа на привод.

Воздействие расширяющегося газа воспринимаемое приводом при его работе, положительно сказывается на эффективности охлаждения стенок цилиндров всех ступеней сжатия. Стенки имеют как бы двойное охлаждение со стороны рубашек и с внутренней стороны.