Способ работы газожидкостного агрегата и устройство для его осуществления
Владельцы патента RU 2565951:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области насосо- и компрессоростроения и может быть использовано при создании машин для сжатия и подачи одновременно или попеременно жидкостей и газов. Способ работы состоит в том, что при пуске агрегата жидкостную полость соединяют с линией всасывания жидкости мимо всасывающего клапана до тех пор, пока давление нагнетания газовой полости не поднимется до заданного значения. Газожидкостный агрегат состоит из цилиндра 1 с установленным в нем с минимальным зазором 2 поршнем 3, делящим цилиндр 1 на газовую 4 и жидкостную 5 полости, которые соединены с газовой линией всасывания 6 и нагнетания 7 и с жидкостной линией всасывания 8 и нагнетания 9 через всасывающие клапаны 10 и 11 и нагнетательные клапаны 12 и 13. Жидкостная полость 5 дополнительно соединена с линией всасывания жидкости 8 через золотник 14, с входом 15 и выходом 16 подвижным элементом 17 с каналом 18, полостью 19, тарированной пружиной сжатия 20. Верхний торец элемента 17 имеет выступ-ограничитель 21, а нижний - выступ-ограничитель 22. В результате агрегат работает в номинальном режиме, при котором попавшая в процессе сжатия в полости 5 в зазор 2 жидкость впоследствии, при ходе поршня 3 вверх, вытесняется назад в полость 5 давлением сжатого в полости 4 газа. Таким образом, исключается значительное попадание жидкости в полость 4 и возможность гидроудара. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области насосо- и компрессоростроения и может быть использовано при создании поршневых машин объемного действия, предназначенных для сжатия, и подаче потребителю одновременно или попеременно жидкостей и газов.
Известен способ работы газожидкостного агрегата, заключающийся в попеременном всасывании, сжатии и подаче потребителю газа из газовой полости, и всасывании и сжатии жидкости в жидкостной полости и подаче ее потребителю за счет изменения объема обеих полостей (см. патент РФ №118371, МКИ F04B 19/06 от 20.07.2012).
Известен также способ работы газожидкостного агрегата, заключающийся в попеременном всасывании, сжатии и подаче потребителю газа из газовой полости, и всасывании и сжатии жидкости в жидкостной полости и подаче ее потребителю за счет изменения объема обеих полостей, причем всасывание жидкости производится из линии всасывания через всасывающий клапан, а ее подача - в линию нагнетания через нагнетательный клапан (см., например. Патент РФ №125635 на полезную модель «Поршневой насос-компрессор», МПК F04B 19/06, заявл. 24.09.2012, опубл. 10.03.2013).
Недостатком известных способов является высокая вероятность гидроудара, возникающая из-за того, что в начальный момент пуска насоса-компрессора, когда избыточное давление в линии нагнетания газа еще отсутствует (равно атмосферному), а давление жидкости в жидкостной линии нагнетания уже есть, жидкость при возвратно-поступательном движении поршня через уплотнение между поршнем и цилиндром в большом количестве проникает в газовую полость агрегата, и как только ее объем превышает мертвый объем газовой полости, происходит гидроудар. Это особенно актуально в том случае, когда давление жидкости в жидкостной линии нагнетания существенно превышает атмосферное давление. В результате гидроудара происходит разрушение клапанной коробки газовой полости и выход агрегата из строя с полной потерей работоспособности. Снижение давления в газовой полости намного ниже номинального может также произойти при незапланированном увеличении расхода потребителя сжатого воздуха.
Задачей изобретения является повышение работоспособности газожидкостного агрегата путем исключения возможности гидроудара в процессе его пуска и работы на пониженном давлении потребителя газа.
Указанная задача решается тем, что в известном способе работы газожидкостного агрегата жидкостную полость соединяют с линией всасывания жидкости мимо всасывающего клапана на тот период времени, в течение которого давление в газовой полости недостаточно велико, чтобы предотвратить перетекание жидкости в газовую полость в том количестве, которое может привести к гидроудару при уменьшении объема газовой полости.
В поршневом газожидкостном агрегате, содержащем цилиндр с установленным в нем поршнем, делящим цилиндр на газовую и жидкостную полости, соединенные соответственно с линиями всасывания газа и жидкости через всасывающие самодействующие клапаны и с линиями нагнетания газа и жидкости через нагнетательные самодействующие клапаны, для реализации этого способа жидкостную полость дополнительно соединяют с линией всасывания жидкости через золотник, имеющий вход, подключенный к жидкостной полости, и выход, подключенный к линии всасывания жидкости, причем золотник имеет подвижный элемент в виде стержня с каналом для пропуска жидкости, один торец стержня находится в полости, подключенной к линии нагнетания газовой полости, а другой торец подперт вдоль оси стержня пружиной сжатия.
Сущность изобретения показана на примере поршневого газожидкостного агрегата, изображенного на чертежах.
На фиг. 1 показана схема агрегата в тот момент, когда давление в линии нагнетания газа мало, и золотник напрямую соединяет жидкостную полость с жидкостной линией всасывания мимо жидкостного всасывающего клапана.
На фиг. 2 показана схема этого же агрегата в случае наличия нормального давления в линии нагнетания газа, когда золотник не пропускает жидкость в жидкостную полость мимо жидкостного всасывающего клапана.
Газожидкостный агрегат состоит из цилиндра 1 с установленным в нем с минимальным зазором 2 поршнем 3, делящим цилиндр 1 на газовую 4 и жидкостную 5 полости, которые соединены соответственно с газовой линией всасывания 6 и нагнетания 7 и с жидкостной линией всасывания 8 и нагнетания 9 через всасывающие клапаны 10 и 11 и нагнетательные клапаны 12 и 13. Жидкостная полость 5 дополнительно соединена с линией всасывания жидкости 8 через золотник 14, имеющий вход 15, подключенный к жидкостной полости, и выход 16, подключенный к линии всасывания 8 жидкости, причем золотник 14 имеет подвижный элемент 17 в виде стержня с каналом 18 для пропуска жидкости (выполнен в виде цилиндрической проточки), один торец стержня находится в полости 19, подключенной к линии нагнетания 7 газовой полости 4, а другой торец подперт вдоль оси стержня 17 тарированной пружиной сжатия 20. Верхний (по рисунку) торец стержня 17 имеет выступ-ограничитель 21, а нижний - выступ-ограничитель 22.
Осуществление способа работы газожидкостного агрегата происходит следующим образом.
При пуске агрегата (фиг. 1) поршень 3 совершает возвратно-поступательное движение, в результате чего попеременно изменяются объемы полостей 4 и 5, газ всасывается через клапан 10, сжимается и нагнетается потребителю газа через клапан 12, а жидкость всасывается через клапан 11, сжимается и нагнетается потребителю через клапан 13.
В связи с тем, что жидкость является, как правило, практически несжимаемой, давление в жидкостной линии нагнетания 9 быстро возрастает, в то время как в связи с высокой сжимаемостью газа давление газа в газовой линии нагнетания 7 растет медленно, и оно недостаточно велико, чтобы предотвратить перетекание жидкости в газовую полость 4 через зазор 2 в таком количестве, которое может привести к гидроудару при уменьшении объема газовой полости 4 при ходе поршня 3 к верхней мертвой точке. В связи с тем, что в период пуска давление в полости 19 золотника 14, соединенной с линией нагнетания газа 7, мало, под действием пружины 20 стержень 17 золотника поднимается вверх (по рисунку) и упирается в корпус золотника 14 выступом-ограничителем 21. При этом канал 18 соединяет вход 15 золотника с его выходом 16, соединяя, таким образом, жидкостную полость 5 с линией всасывания жидкости 8 мимо всасывающего клапана 11. Из-за этого при ходе поршня 3 вниз, когда происходит сжатие жидкости в полости 5, эта жидкость свободно перетекает через золотник 14 назад в линию всасывания 8, повышение давления жидкости в полости 5 очень мало (определяется только гидравлическим сопротивлением каналов золотника 14), и жидкость практически не перетекает в полость 4 через зазор 2, чем предотвращается возможность ее накопления в этой полости в таком количестве, которое может привести к гидроудару при ходе поршня 3 вверх. При этом жидкость также не проходит через нагнетательный клапан 13, т.е. не попадает в линию нагнетания 9.
По мере того, как в процессе работы агрегата давление газа в линии нагнетания 7 возрастает до минимально необходимого для нормальной работы агрегата, это давление, воздействуя на верхний (по рисунку) торец стержня 17, сжимая пружину 20, перемещает стержень 17 в крайнее нижнее положение (фиг. 2). При этом канал 18 перекрыт телом стержня 17, и жидкостная полость 5 остается соединенной с линией всасывания 8 только через всасывающий клапан 11. В связи с этим при ходе поршня 3 вниз и соответствующем увеличении давления в полости 5, жидкость из этой полости уже не может возвращаться в линию всасывания (клапан 11 закрыт), и она направляется в линию нагнетания 9 через клапан 13. Агрегат начинает работать в номинальном режиме, при котором попавшая в процессе сжатия в полости 5 в зазор 2 жидкость впоследствии, при ходе поршня 3 вверх, вытесняется назад в полость 5 давлением сжатого в полости 4 газа.
При падении давления в линии нагнетания газа 7 в связи с незапланированным увеличением потребления газа или в связи с разгерметизацией пневмопроводов, соединяющего линию нагнетания 7 с потребителем сжатого газа, давление в полости 19 падает, и агрегат приходит в состояние, показанное на фиг. 1, возможность гидроудара предотвращается.
Таким образом, в предложенном способе и примере его реализации исключено повышение давления в жидкостной полости 5 агрегата при отсутствии должного противодавления в его газовой полости 4. В связи с этим исключаются и значительные перетечки жидкости из жидкостной полости 5 в газовую полость 4, которые могут привести к гидроудару в этой полости как во время пуска агрегата, так и в процессе его работы, когда по каким-либо причинам давление газа в его линии нагнетания 7 падает до недопустимого значения.
Все это вместе взятое повышает работоспособность газожидкостного агрегата.
1. Способ работы газожидкостного агрегата, заключающийся в попеременном всасывании, сжатии и подаче потребителю газа из газовой полости, и всасывании и сжатии жидкости в жидкостной полости и подаче ее потребителю за счет изменения объема обеих полостей, причем всасывание жидкости производится из линии всасывания через всасывающий клапан, а ее подача - в линию нагнетания через нагнетательный клапан, отличающийся тем, что жидкостную полость соединяют с линией всасывания жидкости мимо всасывающего клапана на тот период времени, в течение которого давление в газовой полости недостаточно велико, чтобы предотвратить перетекание жидкости в газовую полость в том количестве, которое может привести к гидроудару при уменьшении объема газовой полости.
2. Поршневой газожидкостный агрегат для реализации способа по п. 1, содержащий цилиндр с установленным в нем поршнем, делящим цилиндр на газовую и жидкостную полости, соединенные соответственно с линиями всасывания газа и жидкости через всасывающие самодействующие клапаны, и с линиями нагнетания газа и жидкости через нагнетательные самодействующие клапаны, отличающийся тем, что жидкостная полость дополнительно соединена с линией всасывания жидкости через золотник, имеющий вход, подключенный к жидкостной полости, и выход, подключенный к линии всасывания жидкости, причем золотник имеет подвижный элемент в виде стержня с каналом для пропуска жидкости, один торец стержня находится в полости, подключенной к линии нагнетания газовой полости, а другой торец подперт вдоль оси стержня пружиной сжатия.
