ПОРШНЕВАЯ РАСШИРИТЕЛЬНАЯ МАШИНА

ПОРШНЕВАЯ РАСШИРИТЕЛЬНАЯ МАШИНА


RU (11) 2206791 (13) C2

(51) 7 F04B39/10, F04B53/10 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 27.05.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2001122558/06 
(22) Дата подачи заявки: 2001.08.09 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2001.08.09 
(45) Опубликовано: 2003.06.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 13060 U1, 20.03.2000. RU 16379 U1, 27.12.2000. RU 10423 U1, 16.07.1999. US 6152710 A, 28.11.2000. DE 19622488 A, 11.12.1997. 
(71) Заявитель(и): Омский государственный технический университет 
(72) Автор(ы): Ваняшов А.Д.; Калекин В.С.; Коваленко С.В.; Калекин В.В. 
(73) Патентообладатель(и): Омский государственный технический университет 
Адрес для переписки: 644050, г.Омск, пр. Мира, 11, ОмГТУ, информационно- патентный отдел 

(54) ПОРШНЕВАЯ РАСШИРИТЕЛЬНАЯ МАШИНА 

Изобретение относится к поршневым расширительным машинам и может быть использовано как в качестве пневмодвигателя в горнодобывающей и нефтехимической промышленности, так и в качестве детандера в холодильной и криогенной технике. Система газораспределения расширительной машины включает самодействующие нормально открытые впускной и выпускной клапаны с ограничителями, впускной и выпускной штуцеры и выхлопные окна, выполненные в нижней части цилиндра. Впускной и выпускной клапаны выполнены в виде подпружиненных запорных элементов, снабженных штоком. Впускной и выпускной клапаны могут быть выполнены в виде консольно закрепленных упругих пластин или в виде полосовых пластин, подпружиненных пластинчатыми пружинами. Использование изобретения позволит повысить эффективность работы машины, в том числе и на нерасчетных режимах работы за счет получения более высоких значений индикаторной работы и холодопроизводительности за счет увеличения длительности процессов наполнения и выталкивания. 2 з.п.ф-лы, 4 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области машиностроения - машинам объемного действия, в частности поршневым расширительным машинам, и может быть использовано как в качестве пневмодвигателя, в горнодобывающей и нефтехимической промышленности для привода механизмов, так и в качестве детандера, например, в холодильной и криогенной технике.

Известны конструкции поршневых расширительных машин - поршневого пневмодвигателя [1, 2] и поршневого детандера [3] с прямоточной схемой движения газа в цилиндре, в стенках которого имеются выхлопные окна для выхода расширившегося воздуха. В этих конструкциях в системе газораспределения применяется самодействующий нормально открытый впускной клапан с возможностью регулирования степени наполнения цилиндра расширительной машины.

Недостатками таких расширительных машин являются: относительно невысокое значение индикаторной работы, обусловленное коротким процессом выталкивания в рабочем цикле, и недостаточно совершенная система регулирования степени отсечки наполнения цилиндра [3] на нерасчетных режимах работы, при которой с изменением высоты подъема запорного элемента клапана изменяется и сила упругости пружины (натяг пружины). С этим связаны повышенные потери давления в клапане при уменьшении высоты подъема запорного элемента и высокие скорости посадки запорного элемента на седло при увеличении высоты подъема.

Известна другая конструкция расширительной машины [4], содержащая цилиндр с поршнем, систему газораспределения, включающую самодействующий нормально открытый впускной клапан с ограничителем, впускной штуцер, самодействующий выпускной клапан с ограничителем, выпускной штуцер, причем впускной и выпускной клапаны выполнены в виде подпружиненных запорных элементов, снабженных штоком. В этой конструкции устранено большинство из недостатков за счет применения в системе газораспределения самодействующих нормально открытого впускного и закрытого выпускного клапанов. Эта машина [4] работает эффективнее машин [1-3] при небольшой степени наполнения (до 0,2).

Недостаток таких расширительных машин проявляется в невозможности достижения более высоких значений индикаторной работы и холодопроизводительности, которые могли бы иметь место при степени отсечки наполнения 0,5 (т.е. на половине хода поршня), вследствие недостаточной длительности процессов наполнения и выталкивания. Попытки увеличить степень отсечки наполнения до 0,5 за счет регулирования высоты подъема запорного элемента клапана или натяга пружины приводят к тому, что перепад давлений в конце расширения становиться недостаточным для открытия выпускного клапана из-за повышенного количества газа в цилиндре. Для того чтобы выпускной клапан открылся в конце расширения необходимо расширять воздух до давления ниже атмосферного, что значительного снижает эффективность работы расширительной машины. При обратном ходе поршня сила действия пружины совпадает с газовой силой, что способствует раннему закрытию выпускного клапана и уменьшению длительности процесса выталкивания.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанного недостатка, а именно получение более высоких значений индикаторной работы и холодопроизводительности за счет увеличения длительности процессов наполнения и выталкивания.

Указанная задача может быть решена за счет того, что в известной расширительной машине, содержащей цилиндр с поршнем, систему газораспределения, включающую самодействующий нормально открытый впускной клапан с ограничителем, впускной штуцер, самодействующий выпускной клапан с ограничителем, выпускной штуцер, причем впускной и выпускной клапаны выполнены в виде подпружиненных запорных элементов, снабженных штоком, выпускной клапан выполнен нормально открытым, а система газораспределения содержит дополнительно выхлопные окна, выполненные в нижней части цилиндра. Впускной и выпускной клапаны могут быть выполнены в виде:

- консольно закрепленных упругих пластин;

- полосовых пластин, подпружиненных пластинчатыми пружинами.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез цилиндра поршневой расширительной машины с комбинированной системой газораспределения, в которую входят выхлопные окна, впускной и выпускной клапаны, выполненные в виде подпружиненных тарельчатых запорных элементов, снабженных штоками; на фиг.2 показан продольный разрез цилиндра поршневой расширительной машины с комбинированной системой газораспределения, в которую входят выхлопные окна, впускной и выпускной клапаны, выполненные в виде консольно закрепленных упругих пластин; на фиг. 3 показан продольный разрез цилиндра поршневой расширительной машины с комбинированной системой газораспределения, в которую входят выхлопные окна, впускной и выпускной клапаны, выполненные в виде полосовых пластин, подпружиненных пластинчатыми пружинами; на фиг. 4 для сравнения представлены экспериментальные зависимости Р от S, где Р - давление газа в цилиндре поршневой расширительной машины, МПа; S - ход поршня, мм.

Использование в системе газораспределения поршневой расширительной машины нормально открытого выпускного клапана и выхлопных отверстий (фиг. 4б) вместо нормально закрытого выпускного клапана (фиг. 4а) приводит к росту полезной работы, совершаемой машиной, за счет более длительных процессов наполнения и выталкивания (фиг. 4б). В результате проведенных экспериментальных исследований поршневой расширительной машины было установлено, что степень отсечки наполнения цилиндра с нормально открытыми впускным и выпускным клапанами и выхлопными окнами увеличилась с 0,2 до 0,5, степень отсечки выталкивания уменьшилась с 0,65 до 0,5, в итоге индикаторная мощность возросла на 38 %.

Поршневая расширительная машина содержит цилиндр 1, поршень 2, связанный с кривошипно-шатунным механизмом. В стенках цилиндра 1 выполнены выхлопные отверстия 3. В крышке 4 цилиндра 1 располагаются нормально открытые впускной и выпускной клапаны, впускной штуцер 5 и выпускной штуцер 6. Впускной клапан включает в себя седло 7, расположенное в крышке 4 цилиндра 1, регулятор 8, запорный элемент 9, пружину 10 и ограничитель 11. Выпускной клапан включает в себя седло 12, расположенное в крышке 4 цилиндра 1, регулятор 13, запорный элемент 14, пружину 15 и ограничитель 16.

При подаче газа высокого давления через впускной штуцер 5 происходит впуск порции газа в цилиндр 1 через нормально открытый впускной клапан. Поршень 2 при этом находится в верхней мертвой точке, нормально открытый выпускной клапан при нарастании перепада давлений над запорным элементом 14 и под ним, преодолевая упругие силы пружины 15, закроется. При истечении газа в зазоре между седлом 7 и запорным элементом 9 происходит нарастание перепада давлений над запорным элементом и под ним. Впускной клапан, преодолевая упругие силы пружины 10, закроется, перекрыв истечение газа высокого давления в цилиндр 1. Попавшая в цилиндр, порция газа давит на поршень 2 и при его перемещении расширяется с понижением температуры и совершением внешней работы. При открытии поршнем 2 выхлопных отверстий 3 происходит выхлоп расширившегося охлажденного газа в полость низкого давления, в результате чего перепад давлений в цилиндре и полости низкого давления становится достаточным для того, чтобы пружина 15 преодолела газовую силу и выпускной клапан открылся. Выхлопные отверстия 3 в данном случае способствуют открытию выпускного клапана. При обратном ходе поршня происходит выталкивание оставшегося в цилиндре расширившегося охлажденного газа через выхлопные отверстия 3 до момента перекрытия их торцом поршня и открытый выпускной клапан в полость низкого давления, при этом давление газа в цилиндре несколько возрастает. Примерно на середине хода поршня за счет некоторого роста давления в цилиндре выпускной клапан, преодолевая упругие силы пружины 15, закрывается. При движении поршня к верхней мертвой точке давление в цилиндре 1 растет за счет сжатия оставшегося в цилиндре газа. При достижении равенства давлений в цилиндре 1 и полости высокого давления впускной клапан за счет упругости пружины 10 открывается, цикл повторяется.

Предложенное техническое решение позволяет повысить эффективность работы расширительной машины, в том числе и на нерасчетных режимах работы за счет получения более высоких значений индикаторной работы и холодопроизводительности за счет увеличения длительности процессов наполнения и выталкивания.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Поршневой пневмодвигатель: Патент на изобретение 2097576, МКИ F 01 L 9/02, 25/00, F 01 В 25/02 / И.А. Антропов, А.Д. Ваняшов, А.Н. Кабаков, B.C. Калекин, И.К. Прилуцкий.

2. Поршневой пневмодвигатель: Свидетельство на полезную модель 10423, МКИ F 01 L 9/02, 25/00 / Е.Г. Бычковский, А.Д. Ваняшов, А.Н. Кабаков, B.C. Калекин.

3. Поршневой детандер: Свидетельство на полезную модель 11312, МКИ F 25 В 1/02 / Ваняшов А.Д., Кабаков А.Н., Калекин B.C.

4. Поршневая расширительная машина: Свидетельство на полезную модель 13060, F 01 L 9/02, F 01 В 25/02 / Ваняшов А.Д., Калекин B.C., Коваленко С. В. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Поршневая расширительная машина, содержащая цилиндр с поршнем, систему газораспределения, включающую самодействующий нормально открытый впускной клапан с ограничителем, впускной штуцер, самодействующий выпускной клапан с ограничителем, выпускной штуцер, причем впускной и выпускной клапаны выполнены в виде подпружиненных запорных элементов, снабженных штоком, отличающаяся тем, что выпускной клапан выполнен нормально открытым, а система газораспределения содержит дополнительно выхлопные окна, выполненные в нижней части цилиндра.

2. Поршневая расширительная машина по п. 1, отличающаяся тем, что впускной и выпускной клапаны выполнены в виде консольно закрепленных упругих пластин.

3. Поршневая расширительная машина по п. 1, отличающаяся тем, что впускной и выпускной клапаны выполнены в виде полосовых пластин, подпружиненных пластинчатыми пружинами.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Насосы и компрессорное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+центробежный -насос".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "насос" будут найдены слова "насосы", "насосом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("насос!").



Рейтинг@Mail.ru