система газодинамического наддува компрессора

Формула изобретения

Система газодинамического наддува компрессора, содержащая впускной трубопровод с температурным датчиком газового потока, пневмоцилиндр с тягой и подпружиненным поршнем, разделяющим его на подпоршневую и надпоршневую полости, привод поршня в виде источника давления и блок управления с клапанами, соединяющими надпоршневую полость с источником давления и атмосферой, отличающаяся тем, что впускной трубопровод выполнен в виде корпуса, который делится на две камеры, изменяющие свой объем с помощью перемещающейся перегородки и входного устройства, представляющего собой суживающееся сопло, соединенное с первой по ходу движения всасываемого воздуха камерой, при этом источник давления снабжен датчиком давления, соединенным с блоком управления, а перемещающаяся перегородка соединена посредством тяги с подпружиненным поршнем.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к системам, повышающим производительность компрессоров, и касается железнодорожного транспорта, а именно тормозной магистрали с переменным расходом сжатого воздуха.

Известна установка для осушки сжатого воздуха тормозной магистрали железнодорожного транспортного средства (см. а.с. 969306 Мкл³ B 01 D 53/26. Бюл. N 40, 1982), содержащая управляемый от контроллера машиниста компрессор, реле давления, устройства обработки сжатого воздуха с клапанами управления.

Недостатком является снижение производительности компрессора из-за возрастания газодинамических колебаний во впускном трубопроводе, что обусловлено увеличением частоты включения компрессора для поддержания заданного давления в тормозной магистрали, вызванного дополнительным расходом сжатого воздуха на регенерацию адсорбента.

Известна система газодинамического наддува компрессора (см. а.с. 1536172 Мкл⁵ F 24 F 13/02, F 04 B 39/00 Бюл 2. 1990), содержащая впускной трубопровод с температурным датчиком газового потока, пневмоцилиндр с тягой и подпружиненным поршнем, разделяющим его на надпоршневую и подпоршневую полости, привод поршня в виде источника давления и блок управления с клапанами, соединяющими надпоршневую полость с источником давления и атмосферой.

Недостатком данной системы является значительная длина впускного трубопровода, достигающая в оптимальном режиме 4,5 м, что трудно осуществимо для стационарных компрессорных станций и практически не приемлемо для передвижных, а особенно, на железнодорожном транспортном средстве, где габарит размещения оборудования играет первостепенную роль.

Технической задачей предлагаемого изобретения является уменьшение размеров впускного трубопровода до компактных путем выполнения его в виде корпуса, состоящего из двух камер с дополнительной массой, в качестве которой используется перемещающаяся перегородка, при этом данная конструкция выполняет функцию не только резонатора, но и воздушного фильтра компрессора.

Технический результат достигается тем, что система газодинамического наддува компрессора содержит впускной трубопровод, выполненный в виде корпуса, который делится на две камеры с помощью перемещающейся перегородки. Объем каждой из камер увеличивается или уменьшается в зависимости от положения перемещающейся перегородки. Впускной трубопровод включает также входное устройство, представляющее собой суживающееся сопло. Изменение объема двух камер корпуса обеспечивается перемещением перегородки, соединенной посредством тяги с подпружиненным поршнем, находящимся в пневмоцилиндре, в котором надпоршневая полость связана клапанами с источником давления и атмосферой. Блок управления через датчик температуры и датчик давления связан с клапанами, обеспечивающими как поступление сжатого воздуха в надпоршневую полость пневмоцилиндра, так и сбрасывание его в атмосферу.

На чертеже изображена схема газодинамического наддува компрессора.

Система газодинамического наддува компрессора содержит впускной трубопровод в виде корпуса 1, состоящего из камеры 2, соединенной с входным устройством, представляющим суживающееся сопло 3 и камеры 4, внутри которой находится пневмоцилиндр 5 с подпружиненным поршнем 6, разделяющим пневмоцилиндр 5 на подпоршневую 7 и надпоршневую 8 полости. Перегородка 9 подвижно укреплена на направляющих 10 и соединена тягой 11 с подпружиненным поршнем 6. Блок управления 12 соединен датчиком температуры 13 с суживающимся соплом 3 и датчиком давления 14 с источником давления 15, а также с клапанами 16 и 17. Корпус 1 впускного трубопровода входным патрубком 18 соединен с клапанной коробкой компрессора (на фиг. не показано).

Система работает следующим образом.

При установившемся режиме работы компрессора в конкретных погодно-климатических условиях, регистрируемых датчиком температуры, находящимся на входе в суживающееся сопло 3, перегородка 9 занимает положение, при котором в механической системе (представляющей собой резонатор Гальмгольца с переменной массой и включающей "горло" резонатора в виде суживающегося сопла 3, камеры 2 и 4 с переменной массой - перемещающейся перегородкой 9) обеспечиваются гармонические резонансные колебания всасываемого воздуха.

Известно, что наполнение поршневого компрессора зависит от характера колебаний воздуха во впускном трубопроводе и резонансный наддув осуществляется в том случае, если максимум давления воздуха в клапанной коробке совпадает с моментом закрытия всасывающих клапанов. В результате достигается снижение энергозатрат на производство сжатого воздуха до 15-20% (см., например, Курчавин В.М., Мезенцев Л.П. Экономия тепловой и электрической энергии в поршневых компрессорах. Л.: Энергоатомиздат. 1985 - 80 с.).

Перегородка 9 в положении, обеспечивающем резонансный наддув всасываемого воздуха, удерживается тягой 11, соединенной с подпружиненным поршнем 6 пневмоцилиндра 5, когда клапаны 16 и 17 закрыты, а в надпоршневой полости 8 находится сжатый воздух. Достигнув заданного значения давления сжатого воздуха в тормозной магистрали, с которой связан источник давления 15, блок управления 12 подает сигнал на отключение компрессора и процесс поступления всасываемого воздуха в корпус 1 через суживающееся сопло 3 прекращается. Одновременно блок управления 12 осуществляет включение клапана 17 и сжатый воздух из надпоршневой полости 8 сбрасывается в атмосферу, т.е. в камеру 4, из которой, огибая перегородку 9, переходит в камеру 2 и далее через суживающееся сопло 3 в окружающую среду - в атмосферу.

При циклично-кратковременном включении компрессора, что связано со спецификой работы железнодорожного транспортного средства, когда необходимо поддерживать давление в тормозной магистрали в определенном интервале, датчик давления 14 подает сигнал на блок управления 12, после чего открывается клапан 16 и сжатый воздух в виде импульса поступает от источника давления 15 в надпоршневую полость 8 пневмоцилиндра 5. Под воздействием импульса давления сжатого воздуха подпружиненный поршень 6 через тягу 11 воздействует так же импульсно на перегородку 9, переводя ее в колебательное движение путем перемещения по направляющим 10 в сторону суживающегося сопла 3 и воздействия встречного потока всасываемого воздуха.

Величина перемещения перегородки 9, т.е. степень изменения объемов, занимаемых всасываемым воздухом в камерах 2 и 4, определяется количеством сжатого воздуха, поступающего в надпоршневую полость 8 пневмоцилиндра 5, что координируется соотношением сигнала, поступающего в блок управления 12 от датчика температуры (регистрирует погодно-климатические условия поступления атмосферного всасываемого воздуха), и сигнала, поступающего от датчика давления 14 (регистрирует эксплуатационные условия работы транспортного средства, т.е. частоту включения компрессора).

В результате совместной регистрации изменяющейся плотности всасываемого атмосферного воздуха датчиком температуры (известно, что при изменении температуры воздуха, меняется его плотность) и момента включения компрессора, т. е. начала процесса движения атмосферного воздуха по суживающемуся соплу 3, обеспечивается поддержание резонансного наддува при кратковременно-цикличном включении компрессора. Это особенно важно для железнодорожного транспортного средства, когда необходимо в кратчайшее время обеспечить тормозную магистраль сжатым воздухом, что связано с безопасностью движения.

Сочетание в корпусе 1 суживающегося сопла в виде "горла" резонатора и двух камер 2 и 4 с переменной массой - перегородкой 9, позволило выполнить впускной трубопровод в виде резонатора Гальмгольца с переменной массой. В результате обеспечивается резонансный наддув в компактной конструкции, укрепленной на патрубке компрессора и имеющей размеры, не превышающие стандартные воздушные фильтры.

Оригинальность предложенного изобретения заключается в том, что впускной трубопровод конструктивно выполнен как резонатор с "горлом" в виде суживающегося сопла и переменной массой, роль которой выполняет перемещающаяся перегородка, в результате обеспечивается резонансный наддув в специфических условиях эксплуатации железнодорожных транспортных средств, имеющих высокую частоту и непродолжительность включения компрессора.

Кроме того, размещение перегородки перед суживающимся соплом ("горлом" резонатора) придает впускному трубопроводу функцию воздушного фильтра, т.к. частицы загрязнений, находящиеся во всасываемом атмосферном воздухе в виде твердых частиц и капелеобразной влаги, ударяясь о перегородку, скапливаются в днище корпуса, откуда удаляются автоматически или вручную.