свободнопоршневой двигатель-компрессор

Формула изобретения

Свободнопоршневой двигатель-компрессор, содержащий корпус с размещенными в нем цилиндро-поршневыми группами двигателя, буфера и компрессорных ступеней и систему топливоподачи газа, отличающийся тем, что система топливоподачи выполнена в виде установленных на корпусе цилиндра двигателя газовпускного клапана и форкамер, каждая из которых имеет клапан подачи газового топлива и свечу зажигания, двигатель-компрессор снабжен размещенными между полостями буфера, продувочного насоса и компрессора перегородками с уплотнениями, а в качестве топлива двигателя использован природный или нефтяной газ, основным компонентом которых является метан.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к двигателе- и компрессоростроению и может быть использовано в различных отраслях промышленности для компримирования газа на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях, дожимных компрессорных станциях, на месторождениях с падающей добычей природного газа, станциях подземного хранения газа, в составе энерготехнологических комплексов при интенсификации добычи нефти и газа и для опрессовки трубопроводов и газовой аппаратуры.

Известен, например, ряд свободнопоршневых двигателей-компрессоров (СПДК) различного назначения (см.а.с. СССР N 1553750, 1989, кл.F О2 B 71/00).

При всех своих положительных качествах отрицательным моментом в них является то, что в качестве топлива они используют только дизельное топливо.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному изобретению является двухтактный серийно выпускаемый дизель-компрессор ДК-10(см. Техническое описание и чертежи. З-д "Компрессор", 1988).

Однако он также работает на дизельном топливе.

Техническим результатом заявленного изобретения является экономия дефицитного дизельного топлива путем замены его на природный или нефтяной газ; интенсификация добычи газообразного топлива в газовой и нефтяной промышленности, улучшение экологической чистоты окружающей среды за счет уменьшения токсичности отработавших газов топлива, увеличение ресурса работы.

Поставленный технический результат достигается за счет того, что в свободнопоршневом двигателе-компрессоре, содержащем корпус с размещенными в нем цилиндро-поршневыми группами двигателя, буфера и компрессорных ступеней и систему топливоподачи газа, последняя выполнена в виде установленных на корпусе цилиндра двигателя газовпускного клапана и форкамер, каждая из которых имеет клапан подачи газового топлива и свечу зажигания, двигатель компрессор снабжен размещенными между полостями буфера, продувочного насоса и компрессора перегородками с уплотнениями, а в качестве топлива двигателя использован природный или нефтяной газ, основным компонентом которых является метан.

Сравнительный анализ предложенного технического решения с прототипом показал, что первое из них отличается наличием новых конструктивных элементов, а именно: выполнением систем топливо-подачи в виде газовпускного клапана и форкамер, на каждой из которых установлены клапан подачи газового топлива и свеча зажигания. Кроме того, введены перегородки с уплотнениями, установленными между полостями буфера, продувочного насоса и компрессора. Очень важным, по мнению заявителя, является использование в качестве топлива природного и нефтяного газов, основным компонентом которых служит метан.

Использование системы топливоподачи с форкамерно-факельным зажиганием приводит к надежному воспламенению газовоздушной смеси в цилиндре и уменьшению степени сжатия, что обеспечивает бездетонационное сгорание топлива.

Разделение полостей компрессора, буфера и продувочного насоса посредством перегородок с уплотнениями повышает безопасность эксплуатации машины, поскольку исключает возможность произвольного перемешивания рабочего газа и атмосферного воздуха, а прошедший через уплотнения газ направляется в "свечу", где сгорает.

Применение же природного и нефтяного газов в качестве топлива сокращает расход дефицитного дизельного топлива или электрической энергии, ведет к уменьшению токсичности отработавших газов и, как следствие, к повышению экологической чистоты окружающей среды, увеличению ресурса работы СПДК. Кроме того, значительно расширяются эксплуатационные возможности предлагаемой машины за счет ее широкого применения в различных отраслях промышленности и народного хозяйства.

Все вышеизложенное доказывает необходимость и существенность введенных отличительных признаков, поскольку они способствуют достижению поставленного технического результата.

Таким образом, заявленный компрессор соответствует критерию "новизна".

Анализ существующей научно-технической и патентной литературы выявил отсутствие заявленной совокупности существенных признаков, хотя в отдельности, кроме использования в качестве топлива двигателя СПДК природного и нефтяного газов, они и присутствуют в определенных конструкциях СПДК. Однако именно в заявленном сочетании они способны обеспечить технический результат, указанный заявителем.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Чтобы доказать соответствие критерию "промышленная применимость", необходимо отметить следующие условия, которым оно удовлетворяет.

Во-первых, предложенный СПДК предназначен для широкого его использования в различных отраслях промышленности и народного хозяйства, а именно:

а) компримирование газа на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях до давления 25-30 МПа;

б) компримирование газа на дожимных компрессорных станциях;

в) при транспорте газа, в т.ч. на месторождениях с падающей добычей нефти;

г) при закачке газа в подземные нефтехранилища при давлении нагнетания до 12-15 МПа;

д) при интенсификации добычи нефти и газа при давлении нагнетания 35-42 МПа.

Во-вторых, для заявленного СПДК в том виде, как он охарактеризован в предлагаемой к рассмотрению формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью представленных в заявке материалов. Ясно, какого рода знания и опыт использованы для осуществления изобретения.

В-третьих, заявочные материалы содержат убедительные доказательства того, как с помощью предложенного СПДК можно достичь усматриваемого заявителем технического результата.

На чертеже изображена конструктивная общая схема СПДК.

Корпус 1 двигателя установлен на монтажной раме (на черт. не показана). В корпусе 1 размещен рабочий цилиндр двигателя с перемещающимися в нем в противоположных направлениях поршнями 2, 3. Последние жестко связаны с поршнями 4, 5, 6, 7 ступеней компрессора. Поршень 4, с одной стороны, размещен в полости буфера 8, а с другой стороны в полости продувочного насоса 9. По оси рабочего цилиндра 1 установлены две форкамеры 10. Каждая из них имеет клапан 11 подачи газового топлива и свечу 12 зажигания. В рабочем цилиндре 1 двигателя выполнены впускные 13 и выпускные 14 окна и клапан 15 подачи газового топлива. Впускные окна 13 связаны с полостью продувочного ресивера 16, а выпускные окна 14 с выпускным патрубком 17. После каждой ступени компрессора установлены охладители 18, 19, 20 сжимаемого рабочего тела. Между полостями буфера 8, продувочного насоса 9 и ступеней компрессора (на черт. не показаны) размещены перегородки 21 с уплотнениями.

Двигатель-компрессор работает следующим образом.

При подаче рабочего газа под давлением происходит наполнение воздухом полости рабочего цилиндра 1 через впускные окна 13 из продувочного ресивера 16. Подача газового топлива осуществляется через газовпускной клапан 15 непосредственно в цилиндр 1 и через клапан 11 форкамеры 10. При подходе поршней 2, 3 к верхней мертвой точке на свечу 6 зажигания подается напряжение и возникшая искра поджигает газовоздушную смесь в форкамере 10. Образующиеся при этом горячие газы вытекают в цилиндр 1 двигателя и поджигают находящуюся там рабочую смесь. Возникающее при этом повышение давления в цилиндре 1 приводит к перемещению поршней 2, 3, что создает возможность для обратного движения. При этом осуществляется сжатие рабочего тела в компрессорных полостях и буфере 8 и всасывание атмосферного воздуха в продувочный насос 9. При открывании поршнями 2, 3 выпускных окон 14 и впускных окон 13 происходит выпуск отработавших газов через выпускной патрубок 17 и осуществляется газообмен в рабочем цилиндре 1. Сжимаемое рабочее тело в компрессорных полостях перетекает между ними через охладители 18, 19, 20, тем самым снижая его температуру. Перегородки 21 с уплотнениями предотвращают возможность произвольного перемешивания рабочего газа и атмосферного воздуха.