CZ20012747A3 - Pístový stroj a pracovní zařízení obsahující alespoň dva pístové stroje - Google Patents

Abstract

Řéšení se týká pístového stroje obsahujícího kruhový válec (1) s drážkovou mezerou (22) po celém svém obvodu na svém nejmenším průměru, přičemž drážková mezera (22)je utěsněna těsnicím systémem (16) a obvodovou částí (23) rotačního těsnícího kotouče (2), na jehož vnějším obvodu je uložen pracovní píst (3) situovaný v dutině kruhového válce (1), přičemž rotační těsnící kotouč (2)je spřažen s výstupním hřídelem pístového stroje, kruhový válec (1) je v jednom místě v celém svém průřezu s výjimkou drážkové mezery (22) v kruhovém válci (1) pro těsnicí systém (16) a obvodovou část (23) rotačního těsnícího kotouče (2) zaslepen záslepkou (6), ve kterémjsou vytvořeny kanály (20) a ventily (7) pro přívod a odvod pracovního media do kruhového válce (1), přičemž rotační těsnící kotouč (2)je pevně uložen na hlavním hřídeli (21), kterýje otočně uložen ve skříni (26) pístového stroje a je klikovým mechanismem spřažen s klikovým hřídelem (11), který tvoří výstupní hřídel pístového stroje. Řešení se také týká pístového stroje, jehož kruhový válec (1)je rozdělen na dvě části (la, lb)

Description

Pístový stroj a pracovní zařízení obsahující alespoň dva pístové stroje

Oblast techniky

Vynález se týká pístového stroje obsahujícího kruhový válec s drážkovou mezerou po celém svém obvodu na svém nejmenším průměru, přičemž drážková mezera je utěsněna těsněním a obvodovou částí rotačního těsnícího kotouče, na jehož vnějším obvodu je uložen pracovní píst situovaný v dutině kruhového válce, přičemž rotační těsnicí kotouč je spřažen s výstupním hřídelem pístového stroje.

Vynález se také týká pracovního zařízení obsahujícího alespoň dva pístové stroje.

Dosavadní stav techniky

Je známa celá řada pístových strojů s přímočarým pohybem pístu v přímém válci a s převodem tohoto přímočarého pohybu na pohyb rotační pomocí klikového mechanismu. Jsou také známy pístové stroje s krouživým pístem, např. Wankelův motor, které se pomalu prosazují do sériové výroby, zejména v automobilovém průmyslu, ale které jsou technicky složité a proto i drahé. Další skupinu pístových strojů tvoří pístové stroje s kruhovým válcem s obíhajícím pístem, které jsou určeny buď pro dopravování kapalin (čerpadla, kompresory) nebo jako motory, např. řešení podle CZ 285 286. V případě spalovacího motoru s kruhovým válcem s obíhajícím pístem se dosavadní řešení těchto pístových strojů snaží provést celý cyklus spalovacího motoru v jednom kruhovém válci, což je z hlediska technického zvládnutí velmi komplikované. Snahou dosavadních řešení je uvést píst nebo písty při kompresi nebo expanzi v určitém místě kruhového válce do klidu bez použití klikového mechanismu, který má přece jen určité nevýhody vyplývající zejména z existence úvratí. Takové systémy jsou však velmi náročné na techniku a řízení, a proto jsou velmi složité a drahé.

Cílem vynálezu je snížit složitost pístových strojů s kruhovým válcem a tím snížit jejich cenu a umožnit jejich masovější využití.

·(*·· 44 4Č ·»·* «4 4 < i í . * í z‘ . : P|3Žá3CZ • 444 «44 44 4 • 4 44 44 4 44 44 4

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo pístovým strojem, jehož podstata spočívá v tom, že kruhový válec je v jednom místě v celém svém průřezu s výjimkou drážkové mezery v kruhovém válci pro těsnicí systém a obvodovou část rotačního těsnícího kotouče zaslepen záslepkou, ve které jsou vytvořeny kanály a ventily pro přívod a odvod pracovního media do kruhového válce, přičemž rotační těsnicí kotouč je pevně uložen na hlavním hřídeli, který je otočně uložen ve skříni pístového stroje a je klikovým mechanismem spřažen s klikovým hřídelem, který tvoří výstupní hřídel pístového stroje.

Hlavní výhodou pístového stroje podle vynálezu, u kterého se pracovní píst pohybuje vratně po kruhové dráze v kruhovém válci a tento pohyb se klikovým mechanismem převádí na jednosměrný rotační pohyb klikového hřídele, je velký výkon na relativně malém zastavěném prostoru neboť pístový stroj pracuje jako dvojčinný, tzn. že každý zdvih každého pístu je pracovní. Pístový stroj má velmi dlouhý pracovní zdvih bez nároku na tzv. křižákové vedení a bez nároku na neúměrně velké klikové ústrojí, jakého by bylo třeba u klasického přímého válce se stejnou délkou pracovního zdvihu. Další výhodou pístového stroje podle vynálezu je, že ačkoli je navržen jako pomaloběžný, vyznačuje se velkými výkony, zvláště pak velkým točivým momentem. Z těchto důvodů je obzvláště výhodné užití pístového stroje podle vynálezu v dopravě, zejména pro lokomotivy, lodě, velké nákladní automobily, stavební stroje atd.

Podstata dalšího pístového stroje spočívá v tom, že kruhový válec je ve dvou místech svého obvodu v celém svém průřezu s výjimkou drážkové mezery v kruhovém válci pro těsnicí systém a obvodovou část rotačního těsnícího kotouče zaslepen záslepkou, přičemž v každé záslepce jsou vytvořeny kanály a ventily pro přívod a odvod pracovního media do každé z obou částí kruhového válce, přičemž rotační těsnicí kotouč je pevně uložen na hlavním hřídeli, který je otočně uložen ve skříni pístového stroje a je klikovým mechanismem spřažen s klikovým hřídelem, který tvoří výstupní hřídel pístového stroje.

···· toto toto »··♦ «· * .·: :.; : y _e: p&32$3cz to to·· ··· to to · toto to· to* * *· «··

Kromě výhod předešlého uspořádání s jednou záslepkou je výhodou tohoto řešení možnost vytvořit jeden pístový stroj jako kompaktní spalovací motor s integrovaným vysokotlakým kompresorem spalovacího vzduchu.

Pro dosažení výhodné jednoduchosti klikového mechanismu, kterým se vratný pohyb pracovního pístu po kruhové dráze v kruhovém válci převádí na jednosměrný rotační pohyb klikového hřídele je výhodné, obsahuje-li klikový mechanismus kyvné rameno, které je jedním svým koncem pevně uloženo na pomocném hřídeli uloženém ve skříni pístového stroje, a které je svým druhým koncem otočně spřaženo s jedním koncem klikového ramena, které je svým druhým koncem otočně uloženo na klice klikového hřídele, přičemž pomocný hřídel je spřažen s hlavním hřídelem pístového stroje.

Pro zajištění spolehlivého a trvanlivého spřažení hlavního hřídele pístového stroje se vstupním prvkem klikového mechanismu je výhodné, je-li pomocný hřídel opatřen ozubeným segmentem, jemuž je přiřazen ozubený pastorek na hlavním hřídeli pístového stroje.

Pro zajištění trvalého a kvalitního utěsnění mezery mezi čelní stěnou rotačního těsnicího kotouče a přilehlou čelní stěnou záslepky kruhového válce je výhodné, je-li kruhový válec v místě mezi čelní stěnou obvodové části rotačního těsnícího kotouče a přilehlou čelní stěnou záslepky opatřen stavitelným odpruženým těsnícím mechanismem.

Pro dostatečné utěsnění mezery mezi stěnami drážkové mezery v kruhovém válci a boky obvodové části rotačního těsnícího kotouče je výhodné, obsahuje-li těsnicí systém těsnicí prstence, které jsou opatřeny zalomeným lemem, který zapadá do vybrání v obvodové části vnitřní stěny kruhového válce u drážkové mezery.

Pro zajištění stability polohy těsnicích prstenců je výhodné, je-li zalomený lem těsnících prstenců na svém konci opatřen drážkovým prvkem, který zapadá do drážkového protiprvku na konci vybrání v obvodové části vnitřní stěny kruhového válce u drážkové mezery.

Pro zlepšení těsnění mezery mezi stěnami drážkové mezery v kruhovém válci a boky obvodové části rotačního těsnícího kotouče je výhodné, obsahuje-li těsnicí ♦ 44« 44

4 • ·

4444 «4 · • 4 4 *··· «** * · · *· »» »· » ·· »·· systém pomocné těsnění situované na straně těsnicích prstenců přilehlé hlavnímu hřídeli.

Pro další zlepšení těsnění mezery mezi stěnami drážkové mezery v kruhovém válci a boky obvodové části rotačního těsnícího kotouče a pro umožnění nastavitelnosti přítlaku těsnění na boky obvodové části rotačního těsnícího kotouče je výhodné, je-li kruhový válec po celém svém obvodu opatřen stavitelnými odpruženými prostředky pro přitlačování těsnicích prstenců a pomocných těsnění mezi bočními stěnami obvodové části rotačního těsnícího kotouče a stěnami drážkové mezery v kruhovém válci na boky obvodové části rotačního těsnícího kotouče.

Pro stabilní a spolehlivé uložení pracovního pístu je výhodné, obsahuje-li obvodová část rotačního těsnícího kotouče na své čelní stěně pracovní rameno, které je uspořádáno v dutině kruhového válce a je na něm uložen pracovní píst.

Přitom je z hlediska dosažení vysoké trvanlivosti a spolehlivosti uložení pracovního pístu výhodné, je-li pracovní píst na pracovním rameně rotačního těsnícího kotouče uložen s možností tepelně dilatačního posuvu ve směru od hlavního hřídele k vnějšímu obvodu kruhového válce, přičemž je pružinou přitlačován zpět na vnitřní obvod kruhového válce.

Pro dosažení potřebné neprostupnosti pracovního media do otvoru pracovního pístu pro pracovní rameno je výhodné, jsou-li pracovní píst a pracovní rameno v oblasti vstupu otvoru pracovního pístu pro pracovní rameno opatřeny pohybovým těsněním.

Podstata dalšího pístového stroje spočívá v tom, že kruhový válec je tvořen , dvojicí polotoroidních těles, která jsou po svém vnějším obvodu opatřena prvním lemem, jímž jsou sešroubována, a která jsou v místě záslepky přerušena a jsou opatřena dvojicí radiálních přírub pro vložení záslepky s připojovacími přírubami, přičemž na svém vnitřním obvodu jsou poiotoroidní tělesa opatřena druhým lemem, z nichž každý dosedá s možností radiálního pohybu na jedno opěrné těleso, které je s možností omezeného axiálního pohybu uloženo na rámu stroje a v axiálním směru je opřeno o axiální ložisko, které je uloženo na přítlačném kotouči pevně uloženém z každé strany kruhového válce na hlavním hřídeli.

Toto uspořádání je relativně jednoduché, spolehlivé a trvanlivé.

···· ·· • · · • · · • · · • · · · ·· ·· ·· ···· • · · • · · • * · · • · · ·· · :P*53233CZ • · · · • · · ·· ···

Z hlediska dostatečné pevnosti je pro kruhový válec výhodné, jsou-li polotoroidní tělesa na své vnější straně opatřena radiálními žebry.

Pro zpevnění části kruhového válce se záslepkou je výhodné, je-li část kruhového válce se záslepkou s možností radiálního pohybu a současně bez možnosti tangenciálního pohybu spřažena s rámem stroje.

Pro své zpevnění obsahují polotoroidní tělesa na své vnější straně radiální žebra a kruhový válec je pro umožnění své radiální tepelné dilatace v úrovni své středové osy spřažen s rámem stroje pomocí lineárního vedení s pružně protitlakým členem.Podstata pracovního zařízení obsahujícího alespoň dva pístové stroje podle vynálezu spočívá v tom, že alespoň každé dva pístové stroje mají společný klikový hřídel se vzájemně úhlově posunutými klikami, přičemž jsou napojeny na přívod a odvod pracovního media.

Tímto se již při použití dvojice pístových strojů dosáhne dostatečné rovnoměrnosti chodu pracovního zařízení, neboť jednotlivé pístové stroje jsou dvojčinné, a to vše při dobrém výkonu a např. při použití zařízení jako motoru se dosáhne i vysokého točivého momentu, což je výhodné zejména z hlediska dynamiky pohonu.

Podle jednotlivých výhodných provedení pak mohou být buď alespoň dvě dvojice pístových strojů, z nichž každá má jeden klikový hřídel, spřaženy svými klikovými hřídeli nebo může být alespoň jedné dvojici pístových strojů přiřazen třetí pístový stroj, který je s jedním z dvojice pístových strojů spřažen společným hlavním hřídelem.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález je schematicky znázorněn na výkrese, kde ukazuje obr. 1 příčný řez pístovým strojem rovinou A - A z obr. 2, obr. 2 boční pohled na uspořádání pístového stroje, obr. 3 varianta použití pístového stroje podle vynálezu pro vytvoření přeplňovaného vznětového spalovacího motoru se dvěma pracovními a jedním kompresním válcem, obr, 4 varianta použití pístového stroje pro vytvoření parního stroje s dělenou expanzí, obr. 5 varianta použití pístového stroje s děleným válcem pro vytvoření spalovacího motoru, obr. 6 příčný řez systémem utěsnění mezery mezi

PŠ32S3CZ bočními stěnami rotačního těsnicího kotouče a drážkovou mezerou kruhového válce, obr. 6a půdorys uspořádání zalomeného lemu těsnicích prstenců a stěn kruhového válce a obr. 7 použití pístového stroje k vytvoření atmosférického spalovacího motoru..

Příklady provedení vynálezu

Pístový stroj obsahuje kruhový válec 1 s dutinou ve tvaru anuloidu. Kruhový válec 1 má na svém nejmenším průměru po celém svém obvodě drážkovou mezeru 22. V drážkové mezeře 22 je po celém obvodu kruhového válce 1 situována obvodová část 23 rotačního těsnícího kotouče 2, která spolu s těsnicím systémem 16 mezi stěnami drážkové mezery 22 a boky obvodové části 23 rotačního těsnícího kotouče 2 utěsňuje drážkovou mezeru 22 před únikem media stlačovaného nebo expandujícího v kruhovém válci 1 pryč z kruhového válce 1. Těsnicí prstence 16a jsou na svém větším průměru opatřeny zalomeným lemem 160. který zapadá do vybrání 274 v obvodové části vnitřní stěny kruhového válce 1 u drážkové mezery 22, Čímž je zlepšen těsnicí systém 16. Těsnicí prstence 16a jsou na boky obvodové části 23 rotačního těsnícího kotouče 2 přitlačovány pomocí stavitelných odpružených prostředků 17 rozmístěných po obvodu kruhového válce 1_. Těsnicí prstence 16a jsou nejlépe kovové. Těsnicí systém 16 obsahuje kromě těsnicích prstenců 16a blíže k hlavnímu hřídeli 21 stroje situované pomocné těsnění 16b pro dotěsnění. Pomocné těsnění 16b může být vytvořeno z vhodného materiálu, např. z grafitu nebo z vhodného elastomeru,, např. PTFE.

V příkladu provedení znázorněném na obr. 6 obsahuje těsnicí systém 16 mezi drážkovou mezerou 22 a boky obvodové části 23 rotačního těsnicího kotouče 2 na každé straně jeden těsnicí prstenec 16a, jehož lem 160 je na svém konci opatřen drážkovým prvkem 161., který zapadá do drážkového protiprvku 275 na konci vybrání 274 v obvodové části vnitřní stěny kruhového válce 1 u drážkové mezery 22.

Těsnicí systém 16 mezi drážkovou mezerou 22 a boky obvodové části 23 rotačního těsnicího kotouče 2 znázorněný na obr. 6 může pro další zlepšení těsnicího účinku a trvanlivosti těsnění doplněn přítlačnými prstenci 162 situovanými mezi těsnicími prstenci 16a a koncovými členy stavitelných odpružených prostředků 17 a

PŠ32S3CZ mezi pomocnými těsněními 16b a . koncovými členy stavitelných odpružených prostředků 17.

Kruhový válec i je v jednom místě, s výjimkou drážkové mezery 22, ve které se pohybuje obvodová část 23 rotačního těsnicího kotouče 2, úplně zaslepen záslepkou 6, která ve své přední části 63 obsahuje část drážkové mezery 22, a ve které jsou vytvořeny kanály 20 a ventily 7 pro přívod a odvod pracovního media do kruhového válce 1_. Kanály 20 a ventily 7 jsou spřaženy s neznázorněnými regulačními prvky pro jejich ovládání. Aby tlakové pracovní medium nepronikalo mezi čelní stěnou 230 obvodové části 23 rotačního těsnicího kotouče 2 a čelní stěnou 60 záslepky 6 z jedné strany kruhového válce 1 na druhou, tj. z výfukové strany kruhového válce 1 na sací stranu kruhového válce 1, je mezera mezi čelní stěnou 230 obvodové části 23 rotačního těsnícího kotouče 2 a čelní stěnou 60 záslepky 6 utěsněna stavitelným odpruženým těsnícím mechanismem 15. V příkladu provedení znázorněném na obr. 1 a 2 je vnitřní prostor kruhového válce 1 tvořen jednou částí la.

Kruhový válec 1 je ve znázorněném příkladu provedení z důvodu eliminace vlivu tepelné dilatace vytvořen dvojicí polotoroidních těles 27, která jsou po svém vnějším obvodu opatřena prvním lemem 270, v nichž jsou otvory pro šrouby pro sešroubování obou polotoroidních těles 27 do jednoho toroidního tělesa. V tomto příkladu provedení je záslepka 6 tvořena samostatným klínovitým tělesem, které je vloženo do klínového přerušení polotoroidních těles 27, která tvoří kruhový válec 1, a která jsou zde opatřena radiálními přírubami 271 pro připojovací příruby 62 na záslepce 6. Každá z radiálních přírub 271 polotoroidních těles 27 je sešroubována s jednou připojovací přírubou 62 záslepky 6, čímž je záslepka 6 pevně uchycena v konstrukci kruhového válce 1. Pro umožnění přívodu a odvodu pracovního media k a od ventilů 7 v záslepce 6 je záslepka 6 opatřena přívodní přírubou 61 Kanály 20 mají své otvory pro přívod a odvod pracovního media situovány na boční straně záslepky 6.

Na svém vnitřním obvodu jsou polotoroidní tělesa 27 opatřena druhým lemem 273, kterým se každé z nich opírá o jedno opěrné těleso 28, které je s možností omezeného axiálního pohybu uloženo na rámu stroje a v axiálním směru je opřeno o axiální ložisko 4, které je uloženo na přítlačném kotouči 5 pevně uloženém z každé

P$32$3CZ strany kruhového válce 1 na hlavním hřídeli 21. Radiální ložiska 8 mezi hlavním hřídelem 21 a opěrnými tělesy 28 zachycují síly od rotačního těsnicího kotouče 2 a axiální ložiska 4 zachycují axiální síly v kruhovém válci 1 vzniklé od tlaku pracovního media v kruhovém válci 1.

Polotoroidní tělesa 27 jsou po celém obvodu kruhového válce 1. opatřena radiálními žebry 272 pro zvýšení pevnosti kruhového válce 1. Celý uzel obsahující jeden kruhový válec i je v úrovni hlavního hřídele 21. resp. své středové osy, prostřednictvím lineárního vedení 250 s pružně protitlakým členem 251 uložen na nosných sloupech 25, které ve znázorněném příkladu provedení tvoří rám stroje.

Lineární vedení 250 slouží v kombinaci s uložením opěrného tělesa 28 na rámu stroje s možností omezeného axiálního pohybu k zabránění nežádoucího pohybu celého uzlu s kruhovým válcem 1 vůči rámu stroje, přičemž umožňuje tepelnou dilataci kruhového válce 1 v radiálním směru. Lineární vedení 250 může být vytvořeno např. vhodným rybinovým vedením nebo jiným vhodným typem vedení. Pro další zpevnění kruhového válce 1. v oblasti záslepky 6 zejména pro zvýšení odolnosti proti tlakovým rázům od tlakového pracovního media přiváděného do kruhového válce 1 kanály 20 nebo ventily 7 je část kruhového válce 1 se záslepkou 6 spřažena s rámem stroje tak, že je umožněn radiální pohyb této části kruhového válce 1 vlivem tepelné dilatace a zároveň je zabráněno pohybu této části kruhového válce 1 v tangenciálním směru, tj. ve směru tečně k délce kruhového válce 1. Toto může být provedeno např. tak, že mezi plochami radiálních přírub 271 kruhového válce 1 a přilehlých nosných sloupů 25 rámu stroje jsou umístěny neznázorněné tvarové vložky, čímž se vytvoří vedení v radiálním směru a zabrání se pohybu v tangenciálním směru.

Rotační těsnicí kotouč 2 je pevně proti pootočení, např. prostřednictvím drážkového spojení, uložen na hlavním hřídeli 21 pístového stroje, přičemž hlavní hřídel 21 pístového stroje je otočně uložen ve skříni 26 pístového stroje. Rotační těsnicí kotouč 2 obsahuje pracovní rameno 24, které je situováno na čelní stěně 230 obvodové části 23 rotačního těsnicího kotouče 2, a které je uspořádáno v dutině kruhového válce 1 Na pracovním rameně 24 je nasunut pracovní píst 3 s pístními kroužky 30, které mají tvar segmentu anuloidu dutiny kruhového válce T «· · 9 · · · · · · · · · /:: : : / :-p§32$3cz • ^W _ X. Jk. Λ

Pracovní píst 3 je na pracovním rameně 24 nasunut tak, aby při tepelné dilataci bylo možné jeho posunutí společně s tepelnou dilataci kruhového válce 1 ve směru od hlavního hřídele 21 pístového stroje k vnějšímu obvodu kruhového válce E Kromě umožnění dilatačního posuvu je pracovní píst 3 pružinou 18 situovanou mezi vnitřním povrhem dutiny pracovního pístu 3 pro pracovní rameno 24 a vnějším povrchem pracovního ramena 24 pritlačován proti směru působení odstředivé síly na pracovní píst 3 během činnosti stroje k vnitřnímu obvodu kruhového válce 1, čímž je pracovní píst 3 trvale udržován v pracovní poloze a jsou tím eliminovány nepříznivé odstředivé síly. V oblasti vstupu svého otvoru 31 pro pracovní rameno 24 je pracovní píst 3 kolem celého pracovního ramena 24 těsněn pohybovým těsněním 19 proti proniknutí pracovního media z kruhového válce i do dutiny pracovního pístu 3.

Hlavní hřídel 21 pístového stroje je spřažen s pomocným hřídelem 90, na kterém je svým jedním koncem uloženo kyvné rameno 9, které je svým druhým koncem otočně spřaženo s jedním koncem klikového ramena 10, které je svým druhým koncem otočně uloženo na klice 110 klikového hřídele 11., který je vhodným způsobem uložen v konstrukci pístového stroje. Hlavní hřídel 21 tak spolu s kyvným ramenem 9, klikovým ramenem 10 a klikovým hřídelem 11 tvoří klikový mechanismus, který slouží jednak pro přeměnu vratného otočného pohybu rotačního těsnicího kotouče 2 s pracovním pístem 3 mezi krajními polohami I. a lil. na obr. 2 na jednosměrný otočný pohyb klikového hřídele 11 a slouží také pro zastavení pracovního pístu 3 u záslepky 6 před změnou směru pohybu pracovního pístu 3. Pracovní píst 3 se pohybuje kruhovým válcem i od jedné boční strany záslepky 6 ke druhé boční straně záslepky 6 a zpět. Ve znázorněném příkladu provedení (obr. 1 a 2) je hlavní hřídel 21 s hřídelem 90 kyvného ramena 9 spřažen ozubeným převodem, např. pomocí pastorku 12 na hlavním hřídeli

21 a ozubeného segmentu 13 na hřídeli 90 kyvného ramena 9, přičemž v jiném příkladu provedení jsou oba hřídele 21 a 90 spřaženy jiným vhodným způsobem. Směr výstupního pohybu i velikost klikového mechanismu včetně klikového hřídele JI a hlavního hřídele 21 je možno volit vhodným převodovým poměrem mezi hlavním hřídelem 21 a hřídelem 90 kyvného ramena 9 a také délkou a úhlem natočení kyvného ramena 9 mezi krajními polohami l_a. a lll_a. na obr. 2 odpovídajícími krajním polohám I. a III. pracovního pístu 3 v kruhovém válci E *‘ř>p3^3CZ

V případě externího pohonu pístového stroje otáčením klikovým hřídelem 11 pracuje pístový stroj jako kompresor nebo čerpadlo, protože současně na jedné straně záslepky 6 nasává přes ventily 7 jednu část pracovního media a na druhé straně záslepky 6 vytlačuje přes kanály 20 jinou část pracovního media z předchozího zdvihu.

V případě přívodu tlakového pracovního media kanály 20 v záslepce 6 před pracovní píst 3 pracuje pístový stroj jako motor (např. při přívodu páry, spalin, tlakové tekutiny atd.), přičemž pracovní medium na druhé straně pracovního pístu 3 je vyfukováno příslušným ventilem 7. Během činnosti pístového stroje jako motoru je pracovní medium přiváděno jedním kanálem 20 na jednu stranu záslepky 6 uvnitř kruhového válce 1. a tlačí na pracovní píst 3, který se tímto pohybuje uvnitř kruhového válce 1, čímž se otáčí rotační těsnicí kotouč 2, který otáčí hlavním hřídelem 21 pístového stroje, z něhož se otáčivý pohyb přenáší klikovým mechanismem na klikový hřídel 11. Na druhé straně pracovního pístu 3 je pracovní medium z předešlého zdvihu z kruhového válce 1 vytlačováno přes příslušný ventil 7. Při doběhnutí pracovního pístu

3 uvnitř kruhového válce 1 ke druhé straně záslepky 6 dojde klikovým mechanismem k zastavení těsnicího kotouče 2 s pracovním pístem 3, dále dojde k přepnutí přívodu pracovního media do druhého kanálu 20 a k přepnutí doposud činného ventilu 7 na ventil 7 na druhé straně záslepky 6. Klikový mechanismus otočí směr pohybu pracovního pístu 3, těsnicího kotouče 2 a hlavního hřídele 21, přičemž klikový mechanismus zajistí, že se klikový hřídel 11 jako výstupní hřídel pístového stroje pohybuje původním směrem. Aby byl prostor pro klikový mechanismus co nejmenší je výhodné použít předřazený převod „do pomala“ prostřednictvím pastorku 12 na hlavním hřídeli 21 pístového stroje a ozubeného segmentu 13 na pomocném hřídeli 90, takže kyvné rameno 9 může opisovat při svém kývání mezi svými krajními polohami l_a.

a íll_a. na obr. 2 pouze malý oblouk. Celý cyklus činnosti pístového stroje se neustále opakuje a pracovní píst 3 se přemisťuje mezi svými krajními polohami I. a III. po kruhové dráze v kruhovém válci 1 hnán tlakem pracovního media střídavě zleva nebo zprava vratně vždy až k záslepce 6.

Sloučením aspoň dvou pístových strojů podle vynálezu do soustavy se společným klikovým hřídelem 11. s úhlovým posunem klik 110 klikového hřídele 11 se dosáhne zvýšení rovnoměrnosti chodu pístového stroje, přičemž je možno také použít ’ PŠ3293CZ • ·

různých velikostí kruhových válců 1 a tím i pracovních pístů 3 (podle dosahovaného tlaku a teploty media v kruhovém válci) a docilovat tak velké tzv. „dělené expanze“ pracovního media, zejména u parního pohonu, až do extrémních hodnot, kterých by v přímočarém válci nebylo možno dosáhnout. To se týká i použití pístového stroje jako kompresoru. Příklad takového uspořádání několika pístových strojů podle tohoto vynálezu do jednoho zařízení je znázorněn na obr. 4, který ukazuje skupinu čtyř pístových strojů 41, 42, 43a a 43b spřažených do jednoho zařízení tvořícího motor s parním pohonem a s dělenou expanzí páry, tzn. s postupnou několikanásobnou expanzí páry v kruhových válcích 1 několika pístových strojů 41. 42, 43a a 43b.

Jednotlivé pístové stroje 41. 42. 43a a 43b celého zařízení jsou rozměrové a pevnostně dimenzovány podle dosahované postupně se snižující velikosti tlaku a teploty páry postupně expandující v jednotlivých pístových strojích 41. 42. 43a a 43b. První pístový stroj 41 je svým vstupem spřažen vysokotlakým potrubím vt se zdrojem páry, přičemž je svým výstupem přes přestupník 45 páry spřažen střednětlakým potrubím st s následujícím pístovým strojem 42. který je svým výstupem dvojicí nízkotlakých potrubí nti* ntž spřažen s dvojicí koncových pístových strojů 43a a 43b. Oba koncové pístové stroje 43a a 43b jsou svými výstupy potrubím k spřaženy s neznázoměným kondenzátorem. Pístové stroje 41 a 42 mají společný první klikový hřídel 46 a pístové stroje 43a a 43b mají společný druhý klikový hřídel 47, přičemž oba klikové hřídele 46 a 47 jsou vhodným způsobem spřaženy, např. pomocí převodu 44 ozubenými koly. Druhý klikový hřídel 47 je přitom s prvním klikovým hřídelem 46 spřažen do pomala, protože díky velkým potřebným průměrům kruhových válců 1 koncových pístových strojů 43a a 43b se u koncových pístových strojů 43a a 43b dosahuje velkých obvodových rychlostí jejich pracovních pístů 3, což je pro danou konstrukci pístových strojů 43a a 43b nevýhodné, takže je vhodné snížit u koncových pístových strojů 43a a 43b vysoké obvodové rychlosti jejich pracovních pístů 3 právě snížením otáček pomocí převodu do pomala. Takto uspořádané zařízení s pístovými stroji 41, 42, 43a a 43b je schopno při relativně kompaktních rozměrech plně konkurovat parní turbíně s výkonem jednotek MW, zvláště tam, kde jsou vyžadovány relativně nízké otáčky stroje, např. u lodních šroubů, Zařízení přitom může pracovat i s tzv. vlhkou párou, což parní turbíny mohou velmi omezeně. Zařízení lze navíc i · '· · · i • 9 • * •PS3293CZ přetížit a také je možno regulovat jeho otáčky a výkon ve velkém rozsahu, což je u parních turbin vzhledem k účinnosti velice omezené.

Pokud má pístový stroj obsahující jeden či více kruhových válců 1 pracovat jako spalovací motor, je vhodné doplnit soustavu pracovních pístových strojů, tzn. těch v jejichž kruhových válcích dochází k expanzi spalované směsi palivo - vzduch doplnit ještě dalším pístovým strojem, který pracuje jako chlazený kompresor spalovacího vzduchu. Přitom je výhodné, aby byl tento chlazený kompresor spřažen s hlavním hřídelem 21 jednoho z pracovních pístových strojů, neboť v krajních polohách I. a lil. pracovního pístu 3 pracovních pístových strojů pomáhá chlazený kompresor brzdit pracovní píst 3 pracovního pístového stroje. Pracovní pístové stroje jsou na svých vstupech opatřeny spalovacími komůrkami, které umožňují dosažení požadovaného průběhu řízeného procesu spalování směsi palivo - vzduch, načež se horké tlakové spaliny střídavě přivádějí kanály 20 v záslepce 6 na jednu či na druhou stranu pracovního pístu 3, čímž se pracovní píst 3 uvede do pohybu ke druhé straně záslepky

6 a současně se vyfukují spaliny z předchozího zdvihu pracovního pístu 3 střídavě oběma ventily 7 v záslepce 6, Uskutečňováním procesu spalování ve zvlášť upravených spalovacích komůrkách se zvýší účinnost pracovního pístového stroje, neboť fáze spalování i expanze se dějí v optimálních podmínkách s chlazeným kompresorem spalovacího vzduchu, s izolovanou spalovací komůrkou, která může být z vnější strany chlazena přiváděným stlačeným spalovacím vzduchem, a s izolovaným pracovním kruhovým válcem 1. Delší čas potřebný pro spalování směsi palivo vzduch ve spalovací komůrce pak umožňuje přesněji řídit a optimalizovat průběh procesu spalování směsi palivo - vzduch a tím dosáhnout z ekologického hlediska výhodnějšího složení výfukových plynů.

Příklad jednoho z možných uspořádání vznětového spalovacího motoru s přeplňováním s několika pístovými stroji podle vynálezu je znázorněn na obr. 3. V tomto provedení obsahuje spalovací motor dvojici pracovních pístových strojů 31a, 31b se společným klikovým hřídelem 11, přičemž vstupu každého z pracovních pístových strojů 31a, 31b je přiřazena jedna spalovací komůrka 32 směsi palivo 30 vzduch. Výstup každého z pracovních pístových strojů 31a, 31b je výfukovým potrubím sp spalin spřažen s pohonnou turbínkou nízkotlakého kompresoru 33 spalovacího * P$32®3CZ •i ·· 4 ·

4 9' vzduchu, který nasává spalovací vzduch, stlačuje jej na relativně nízkou hodnotu a nízkotlakým potrubím nt jej dodává do vysokotlakého kompresoru 33a, který je tvořen pístovým strojem podle vynálezu, a který spalovací vzduch dále stlačuje a jako vysoce stlačený jej vysokotlakým potrubím vt dodává do spalovacích komůrek 32 a přebytek spalovacího vzduchu je vháněn do vzdušníku 34, který je zásobníkem spalovacího vzduchu. Vysokotlaký kompresor 33a má s výhodou společný hlavní hřídel 21 s jedním z pracovních pístových strojů 31a, 31b, který tak slouží zároveň jako pohon vysokotlakého kompresoru 33a. Jednotlivé spalovací komůrky 32 jsou spřaženy s neznázorněným zdrojem paliva. Celé zařízení pracuje tak, že se ve spalovacích komůrkách 32 obou pracovních pístových strojů v příslušné časové synchronizaci vznítí směs palivo - vzduch, která svým hořením expanduje a na příslušné straně záslepky proniká do kruhového válce 1 příslušného pracovního pístového stroje, kde uvede pracovní píst do pohybu ke druhé straně záslepky 6. Spaliny z obou pracovních pístových strojů proudí kturbínce nízkotlakého kompresoru 33, který pohánějí a nízkotlaký kompresor 33 nasává spalovací vzduch, stlačuje jej a dodává jej vysokotlakému kompresoru 33a, který jej dále stlačuje a dodává jej do vzdušníku 34, odkud se spalovací vzduch v potřebném množství a v potřebných časových intervalech přivádí do jednotlivých spalovacích komůrek 32. Výhodou tohoto uspořádání je možnost dosáhnout u motoru instalovaného v zařízení s častými rozjezdy a zastaveními takového řízení, že se při rozjezdu odebírá spalovací vzduch do spalovacích komůrek 32 pouze ze vzdušníku 34 a vysokotlaký kompresor 33a je vypnutý, čímž se krátkodobě dosáhne zvýšení výkonu soustavy až o 80%, což je pro rozjezd zařízení velmi výhodné. Naopak při brždění celého zařízení pracuje pouze vysokotlaký kompresor 33a, který dodává spalovací vzduch pouze do vzdušníku 34 a pracovní pístové stroje jsou vypnuty. Také je možno vhodným řízením dosáhnout, byť jen krátkodobě, toho, aby i pracovní pístové stroje pracovaly během brždění jako kompresory a dodávaly tak spalovací vzduch do vzdušníku 34. Přiřazením zažehávacích prostředků, např. zapalovacích svíček atd., spalovacím komůrkám 32 a přívodem jiného paliva než je motorová nafta je možno vytvořit zážehový motor.

Varianta spalovacího motoru z obr. 3 bez přeplňování chlazeným kompresorem a bez externích spalovacích komor 32 je znázorněna na obr. 7. V tomto provedení má »»»· »4 • * ·**» *·*: »*ȧ32§3CZ • · « * · · · » 9 · · · · ·· · ·♦ ·«* spalovací motor oproti provedení z obr. 3 nižší výrobní náklady, avšak má také nižší výkon a kruhové válce 1 jsou více tepelné zatíženy. V tomto provedení obsahuje spalovací motor dvojici pracovních pístových strojů 31a, 31b se společným klikovým hřídelem 11. V každém z pracovních pístových strojů 31a, 31b je na obou stranách záslepky 6 mezi záslepkou 6 a pohybujícím se pístem 3 vytvořen kompresní prostor Vr pro stlačení směsi palivo - vzduch a pro její následné vznícení nebo zažehnutí. Výstup každého z pracovních pístových strojů 31a, 31b je výfukovým potrubím sp spalin spřažen s pohonnou turbínkou nízkotlakého kompresoru 33 spalovacího vzduchu, který nasává spalovací vzduch, stlačuje jej na relativně nízkou hodnotu a nízkotlakým potrubím nt jej dodává do pracovních pístových strojů 31a. 31b. Odborníkovi je činnost celého zařízení naprosto zřejmá z předchozího popisu.

Na obr. 5 je znázorněn příklad provedení spalovacího motoru obsahujícího dvojici pístových strojů s dělenými kruhovými válci, což je prostorově výhodné provedení pístového stroje znázorněného na obr. 1 a 2 pro současné použití jako spalovacího motoru a vysokotlakého kompresoru spalovacího vzduchu. V tomto provedení obsahuje pístový stroj kruhový válecí, který je dvojicí vložených záslepek 6 rozdělen na dvě samostatné části 1a, 1b, z nichž část 1a tvoří spalovací motor a část 1b tvoří vysokotlaký kompresor. V každé takto vytvořené části 1a, 1b kruhového válce 1 je situován jeden pracovní píst 3, přičemž oba pracovní písty 3 jednoho pístového stroje jsou situovány proti sobě každý na jednom pracovním rameně 24 společného rotačního těsnicího náboje 2 spřaženého jako u příkladu provedení znázorněného na obr. 1 a 2 vhodným klikovým mechanismem s klikovým hřídelem 11 pro přeměnu vratného rotačního pohybu rotačního těsnicího náboje 2 s pracovními písty 3 na jednosměrný rotační pohyb klikového hřídele 11. V záslepkách 6 jsou vytvořeny kanály

20 a ventily 7 pro přívod a odvod pracovního media do každé z obou částí 1a, 1b kruhového válce L Je také možné, aby měla každá část 1a. 1b kruhového válce 1 jiný průměr, a tím mají pracovní písty 3 v příslušné části 1a, 1b kruhového válce 1 vzájemně jinou velikost. V tomto provedení vykonávají pracovní písty 3 vratný pohyb po kruhové dráze pouze v příslušné části kruhového válce 1 vymezené oběma záslepkami 6. V příkladu provedení znázorněném na obr. 5 obsahuje spalovací motor dva pístové stroje s děleným pracovním válcem 1 a se společným klikovým hřídelem **F$3^3CZ • 99 9

9 9 ·· 99 9

9»>9 9 9 · ·

s úhlově natočenými klikami 110 klikového hřídele 1. Části 1a kruhového válce 1 každého pístového stroje je u každé záslepky 6, tedy z obou konců této části 1a kruhového válce 1, přiřazena jedna spalovací komůrka 32 pro spalování směsi palivo vzduch, přičemž palivo je dodáváno z neznázorněného zdroje paliva. Druhé části 1b kruhového válce 1 každého pístového stroje je přes každou záslepku 6 přiřazen přívod vzduchu z vnějšího zdroje a odvod stlačeného vzduchu do vzdušníku 34. Ze vzdušníku 34 je stlačený vzduch vysokotlakým potrubím vt veden do spalovacích komůrek 32. Při činnosti spalovacího motoru pak první část 1a kruhového válce 1. pracuje jako dvojčinný kruhový válec 1 spalovacího motoru a druhá část 1b kruhového válce 1 pracuje jako vysokotlaký kompresor, čímž se jednak dosáhne dostatečně spojitého chodu celého motoru a také se dosáhne zlepšeného brždění pracovních pístů 3 v jejich koncových polohách u záslepek 6.

Průmyslová využitelnost

Vynález je využitelný jako motor i jako kompresor či čerpadlo. Zejména je využitelný u strojů a zařízení vyžadujících velké výkony a velký točivý moment, jako jsou dopravní zařízení, např. lokomotivy, lodě, velké nákladní automobily atd. Vynález je také využitelný u stavebních strojů a v celé řadě dalších strojů a zařízení.

Claims (15)

PATENTOVÉ NÁROKY ·Η· ·* 9 • » * ί PÍ>3z53CZ Β Β Β Β • Β Β · * » ·· · Β*

1. Pístový stroj obsahující kruhový válec (1) s drážkovou mezerou (22) po celém svém obvodu na svém nejmenším průměru, přičemž drážková mezera (22) je

2. Pístový stroj obsahující kruhový válec (1) s drážkovou mezerou (22) po celém svém obvodu na svém nejmenším průměru, přičemž drážková mezera (22) je utěsněna těsnicím systémem (16) a obvodovou částí (23) rotačního těsnícího kotouče (2) pro pracovní píst (3) v dutině kruhovéhoválce (1), přičemž rotační těsnicí kotouč (2)

20 je spřažen s výstupním hřídelem pístového stroje, vyznačující se tím, že kruhový válec (1) je ve dvou místech svého obvodu v celém svém průřezu s výjimkou drážkové mezery (22) v kruhovém válci (1) pro těsnicí systém (16) a obvodovou část (23) rotačního těsnícího kotouče (2) zaslepen záslepkou (6), přičemž v každé záslepce (6) jsou vytvořeny kanály (20) a ventily (7) pro přívod a odvod pracovního media do každé

25 z obou částí (1a, 1b) kruhového válce (1), přičemž rotační těsnicí kotouč (2) je pevně uložen na hlavním hřídeli (21), který je otočně uložen ve skříni (26) pístového stroje a je klikovým mechanismem spřažen s klikovým hřídelem (11), který tvoří výstupní hřídel pístového stroje.

3. Pístový stroj podle kteréhokoli z nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že

30 klikový mechanismus obsahuje kyvné rameno (9), které je jedním svým koncem pevně

PÍ332S3CZ to · to to tototo uloženo na pomocném hřídeli (90) uloženém ve skříní (26) pístového stroje, a které je svým druhým koncem otočně spřaženo s jedním koncem klikového ramena (10), které je svým druhým koncem otočně uloženo na klice (110) klikového hřídele (11), přičemž pomocný hřídel (90) je spřažen s hlavním hřídelem (21) pístového stroje.

4 4 4 «· >*4

15. Pístový stroj podle kteréhokoli z nároků 13 a 14, vyznačující se tím, že část kruhového válce (1) se záslepkou (6) je s možností radiálního pohybu a současně bez možnosti tangenciálního pohybu spřažena s rámem stroje.

16. Pístový stroj podle kteréhokoli z nároků 13 až 15, vyznačující se tím, že 5 polotoroidní tělesa (27) obsahují na své vnější straně radiální žebra (272) a kruhový válec (1) je v úrovni své středové osy lineárním vedením (250) s pružně protitlakým členem (251) spřažen s rámem stroje.

17. Pracovní zařízení obsahující alespoň dva pístové stroje podle nároků 1 až 16, vyznačující se tím, že alespoň každé dva pístové stroje mají společný klikový

4 4 4

4 4

4 · , · • 44 4

4' 4

4 4 ·♦»

44 · 4 4

4 4 4

4. Pístový stroj podle nároku 3, vyznačující se tím, že pomocný hřídel (90) je opatřen ozubeným segmentem (13), jemuž je přiřazen ozubený pastorek (12) na hlavním hřídeli (21) pístového stroje.

5. Pístový stroj podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že kruhový válec (1) je v místě mezi čelní stěnou (230) obvodové části (23) rotačního

5 utěsněna těsnicím systémem (16) a obvodovou částí (23) rotačního těsnícího kotouče (2), na jehož vnějším obvodu je uložen pracovní píst (3) situovaný v dutině kruhového válce (1), přičemž rotační těsnicí kotouč (2) je spřažen s výstupním hřídelem pístového stroje, vyznačující se tím, že kruhový válec (1) je v jednom místě v celém svém průřezu s výjimkou drážkové mezery (22) v kruhovém válci (1) pro těsnicí systém (16)

6. Pístový stroj podle kteréhokoli z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že těsnicí systém (16) obsahuje těsnicí prstence (16a), které jsou opatřeny zalomeným lemem (160), který zapadá do vybrání (274) v obvodové části vnitřní stěny kruhového válce (1)

15 u drážkové mezery (22).

7. Pístový stroj podle nároku 6, vyznačující se tím, že zalomený lem (160) těsnicích prstenců (16a) je na svém konci opatřen drážkovým prvkem (161), který zapadá do drážkového protiprvku (275) na konci vybrání (274) v obvodové části vnitřní stěny kruhového válce (1) u drážkové mezery (22).

20

8. Pístový stroj podle kteréhokoli z nároků 6 nebo 7, vyznačující se tím, že těsnicí systém (16) obsahuje pomocné těsnění (16b) situované na straně těsnicích prstenců (16a) přilehlé hlavnímu hřídeli (21).

9. Pístový stroj podle kteréhokoli z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že kruhový válec (1) je po celém svém obvodu opatřen stavitelnými odpruženými

25 prostředky (17) pro přitlačování těsnicích prstenců (16a) a pomocných těsnění (16b) mezi bočními stěnami obvodové části (23) rotačního těsnícího kotouče (2) a stěnami drážkové mezery (22) v kruhovém válci (1) na boky obvodové části (23) rotačního těsnícího kotouče (2).

:*F&32fe3CZ • 4 4

10 hřídel (11) se vzájemně úhlově posunutými klikami (110), přičemž jsou napojeny na přívod a odvod pracovního media.

18. Pracovní zařízení podle nároku 17, vyznačující se tím, že alespoň dvě dvojice pístových strojů, z nichž každá má jeden klikový hřídel (11) jsou spřaženy svými klikovými hřídeli (11).

10. Pístový stroj podle kteréhokoli z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že obvodová část (23) rotačního těsnícího kotouče (2) obsahuje na své čelní stěně (230) pracovní rameno (24), které je uspořádáno v dutině kruhového válce (1) a je na něm uložen pracovní píst (3).

5

10 těsnícího kotouče (2) a přilehlou čelní stěnou (60) záslepky (6) opatřen stavitelným odpruženým těsnícím mechanismem (15).

10 a obvodovou část (23) rotačního těsnícího kotouče (2) zaslepen záslepkou (6), ve které jsou vytvořeny kanály (20) a ventily (7) pro přívod a odvod pracovního media do kruhového válce (1), přičemž rotační těsnicí kotouč (2) je pevně uložen na hlavním hřídeli (21), který je otočně uložen ve skříni (26) pístového stroje a je klikovým mechanismem spřažen s klikovým hřídelem (11), který tvoří výstupní hřídel pístového

15 stroje.

11. Pístový stroj podle nároku 10, vyznačující se tím, že pracovní píst (3) je na pracovním rameně (24) rotačního těsnícího kotouče (2) uložen s možností tepelně dilatačního posuvu ve směru od hlavního hřídele (21) k vnějšímu obvodu kruhového pístu (1), přičemž je pružinou (18) přitlačován zpět na vnitřní obvod kruhového válce (1)·

10

12. Pístový stroj podle nároku 11, vyznačující se tím, že pracovní píst (3) a pracovní rameno (24) jsou v oblasti vstupu otvoru (31) pracovního pístu (3) pro pracovní rameno (24) opatřeny pohybovým těsněním (19).

13. Pístový stroj obsahující kruhový válec (1) s drážkovou mezerou (22) po celém svém obvodu na svém nejmenším průměru, přičemž drážková mezera (22) je

15 utěsněna těsnicím systémem (16) a obvodovou částí (23) rotačního těsnícího kotouče (2), na jehož vnějším obvodu je uložen alespoň jeden pracovní píst (3) situovaný v dutině kruhového válce (1), přičemž rotační těsnicí kotouč (2) je spřažen s výstupním hřídelem pístového stroje, vyznačující se tím, že kruhový válec (1) je tvořen dvojicí polotoroidních těles (27), která jsou po svém vnějším obvodu opatřena prvním lemem

20 (270), jímž jsou sešroubována, a která jsou v místě záslepky (6) přerušena a jsou opatřena dvojicí radiálních přírub (271) pro vložení záslepky (6) s připojovacími přírubami (62), přičemž na svém vnitřním obvodu jsou poiotoroidní tělesa (27) opatřena druhým lemem (273), z nichž každý dosedá s možností radiálního pohybu na jedno opěrné těleso (28), které je s možností omezeného axiálního pohybu uloženo na rámu

25 stroje a v axiálním směru je opřeno o axiální ložisko (4), které je uloženo na přítlačném kotouči (5) pevně uloženém z každé strany kruhového válce (1) na hlavním hřídeli (21).

14. Pístový stroj podle nároku 13, vyznačující se tím, že poiotoroidní tělesa (27) jsou na své vnější straně opatřena radiálními žebry (272).

:*PS3ŽĎ3CZ

15 19. Pracovní zařízení podle nároku 18, vyznačující se tím, že alespoň jedné dvojici pístových strojů je přiřazen třetí pístový stroj, který je sjedním z dvojice pístových strojů spřažen společným hlavním hřídelem (21).