поршневая машина

Формула изобретения

Поршневая машина, содержащая корпус, дифференциальный поршень и механизм управления перемещением поршня с запорным органом путем поочередного подключения поршневой полости то к источнику рабочего тела повышенного давления, то к линии сброса рабочего тела в полости пониженного давления, отличающаяся тем, что она оснащена датчиками крайних положений поршня и механизма управления перемещением поршня, при этом механизм управления выполнен с электроприводом в виде электродвигателя переменной частоты вращения, соединенного с механизмом управления через магнитную муфту и подключенного к датчикам через электронный блок синхронизации скоростей движения поршня и механизма управления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазовой отрасли промышленности и может быть использовано в поршневых машинах в качестве насоса или компрессора. Особенно актуальна предложенная поршневая машина для создания автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС) на газораспределительных пунктах (ГРП) и станциях (ГРС), где происходит затратное (с энергетической точки зрения) снижение давления природного газа с помощью редукторов. Снижение давления природного газа с помощью предложенной поршневой машины, в которой энергия перепада давления будет реализоваться в энергию высокого давления, необходимого для заправки газовым топливом автотранспорта, даст большой экономический эффект.

Известным и наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является поршневая машина, содержащая корпус, дифференциальный поршень и механизм управления перемещением поршня с запорным органом путем поочередного подключения поршневой полости то к источнику рабочего тела повышенного давления, то к линии сброса рабочего тела в полость пониженного давления. При этом механизм управления перемещением поршня выполнен в виде золотниковых элементов с разделением управляющих полостей путем уплотнения их резиновыми кольцами, и кинематической связью с поршнем (патент Германия N 1917026, F 01 B от 20.02.75 г. - прототип).

К недостатку известного решения можно отнести то, что в нем механизм управления перемещением поршня с запорным органом поочередного подключения поршневой полости то к источнику рабочего тела повышенного давления, то к линии сброса рабочего тела в полость пониженного давления имеет сложную нетехнологичную конструкцию, а резиновые подвижные уплотнения не обеспечивают большой срок эксплуатации из-за потери герметичности, т.к. при их прохождении над отверстиями (каналами) управления имеет место нарушение глянцевой поверхности, что снижает надежность поршневой машины.

Технической задачей изобретения является повышение надежности поршневой машины - компрессора или насоса за счет создания новой кинематической схемы движения механизма управления.

Поставленная задача достигается тем, что предлагаемая поршневая машина, содержащая корпус, дифференциальный поршень и механизм управления перемещением поршня с запорным органом, оснащена датчиками крайнего положения дифференциального поршня и механизма управления перемещением поршня, при этом механизм управления выполнен с электроприводом в виде электродвигателя переменной частоты вращения, соединенного с механизмом управления через магнитную муфту и подключенного к датчикам через электронный блок синхронизации скоростей движения поршня и механизма управления.

Совокупность признаков технического решения позволяет установить соответствие их критерию "новизна", т. к. заявителям и авторам неизвестно и не найдено техническое решение, аналогичное заявленному, суть которого - выполнение механизма управления перемещением поршня с электроприводом переменной частоты вращения и введения синхронизации этой частоты со скоростью перемещения поршня.

Заявленные признаки проявляют в данном устройстве новое свойство в сравнении с известным техническим решением, заключающееся в том, что за счет выполняемого механизма управления перемещения поршня с электроприводом переменной частоты вращения, обеспечивается высокая надежность работы поршневой машины и широкий диапазон рабочего давления и производительности. Таким образом, изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Для описания устройства на чертеже приведена конструктивная схема. Основными элементами поршневой машины являются

1 - корпус;

2 - дифференциальный поршень;

3 - механизм управления перемещением поршня;

4 - датчики крайнего положения поршня и механизма управления;

5 - электропривод механизма управления;

6 - магнитная муфта;

7 - электронный блок синхронизации скоростей;

8, 9 и 10 - запорные органы;

11 и 13 - патрубки отвода рабочего тела в полость пониженного давления;

12 - патрубок подвода рабочего тела из полости повышенного давления;

14 и 15 - магистрали подвода и отвода рабочего тела к поршню от механизма управления;

16, 17 - магистрали подвода компонента, подвергающегося сжатию;

18, 19 - магистрали отвода компонента, подвергающегося сжатию;

20 - коленчатый вал.

В корпусе 1 расположен дифференциальный поршень 2. В этом же корпусе или отдельно смонтирован механизм управления перемещением поршня 3. Поршневая машина оснащена датчиками крайнего положения поршня и механизма управления 4. В свою очередь, механизм управления выполнен с электроприводом механизма управления 5 в виде электродвигателя переменной частоты вращения, соединенного с механизмом управления через магнитную муфту 6, например с коленчатым валом 20, и подключенного к датчикам крайнего положения поршня и механизма управления 4 через электронный блок электронной синхронизации скоростей 7 движения поршня и механизма управления. В механизме управления имеются запорные органы 8, 9 и 10, которые перекрывают соответственно проходные сечения патрубков отвода 11 и 13 (в полость пониженного давления) и подвода 12 (из полости повышенного давления) рабочего тела. От механизма управления перемещением поршня 3 (при положении, изображенном на чертеже) рабочее тело подводится к поршню по магистрали 14, а отводится по магистрали 15. В другом крайнем положении механизма управления перемещением поршня 3 - по магистрали 14 будет отводиться рабочее тело, а по магистрали 15 - подводиться. Полости меньшего диаметра поршня сообщены магистралями подвода 16, 17 и отвода 18, 19 компонента, подвергающегося сжатию.

Принцип работы заключается в следующем. При положении дифференциального поршня 2 и механизма управления перемещением поршня 3, представленного на чертеже, рабочее тело поступает по магистрали 14 к поршню 2. С другой стороны поршня 2 по магистрали 15 производится сброс давления. За счет разности давлений поршень 2 будет перемещаться вправо. Так как предварительно под поршень меньшего диаметра поступил по магистрали 16 компонент для сжатия, то он будет вытесняться по магистрали 18 с большим давлением. Как известно, для обеспечения движения (течения) компонента в одном направлении на магистралях 16 и 18, а также 17 и 19 устанавливают обратные клапаны или распределительные механизмы (не показаны). При вращении электродвигателя механизм управления переместится влево, что приведет в движение дифференциальный поршень влево от правого крайнего положения. Таким образом, дифференциальный поршень 2 работает по команде от механизма управления 3. Если частота оборотов электродвигателя будет высокая, то дифференциальный поршень 2 из-за малого времени подачи рабочего тела не будет доходить до крайних значений его положения, и производительность, а также давление, создаваемое поршневой машиной, будут ниже заданных. Если частота оборотов электродвигателя будет небольшая, то дифференциальный поршень 2 из-за большого времени подачи рабочее тело будет доходить до крайних значений его положения и ударяться о корпус. Если частота оборотов электродвигателя будет оптимальной, а будет изменяться давление рабочего тела, то поршень также или не будет доходить до крайних значений его положения, или будет ударяться о корпус из-за недозаполнения рабочим телом полости (при малом давлении) или перезаполнения полости (при высоком давлении). Поэтому введены датчики крайнего положения поршня и механизма управления 4, чтобы по их показаниям с помощью электронного блока синхронизации скоростей 7 движением механизма управления и дифференциального поршня 2 обеспечивать при всех внутренних и внешних факторах заданный режим работы дифференциального поршня. Следует отметить, что магнитная муфта 6 обеспечит полную герметичность электропривода механизма управления 5. Последнее особенно важно при реализации данного технического решения применительно к природному газу с точки зрения обеспечения пожаровзрывобезопасности. Передача от магнитной муфты 6 к запорным органам 8, 9, 10 через коленчатый вал 20 непринципиальная, т.к. известны и другие конструктивные решения.

Таким образом, предлагаемая поршневая машина позволит создать надежное нефтегазовое оборудование различного назначения (компрессоры, насосы).