RU13060U1 - Поршневая расширительная машина - Google Patents

Abstract

1. Поршневая расширительная машина, содержащая цилиндр с поршнем, систему газораспределения, включающую самодействующий нормально-открытый впускной клапан с ограничителем и впускной штуцер, отличающаяся тем, что система газораспределения содержит дополнительно выпускной клапан с ограничителем и выпускной штуцер, причем впускной и выпускной клапаны выполнены в виде подпружиненных запорных элементов, снабженных штоком.2. Поршневая расширительная машина, по п.1, отличающаяся тем, что ограничитель впускного клапана установлен с возможностью перемещения относительно впускного штуцера и крышки впускного клапана.3. Поршневая расширительная машина, по п.1, отличающаяся тем, что ограничитель выпускного клапана установлен с возможностью перемещения относительно выпускного штуцера и крышки выпускного клапана.4. Поршневая расширительная машина, по п.1, отличающаяся тем, что корпуса впускного и выпускного клапанов установлены с возможностью перемещения относительно крышки цилиндра.5. Поршневая расширительная машина, по п.1, отличающаяся тем, что в крышке цилиндра, впускном и выпускном штуцерах ограничителях, корпусах и крышках впускного и выпускного клапанов выполнена резьба.

Description

ПОРШНЕВАЯ РАСШИРИТЕЛЬа Я МАШИНА

Полезная модель относится к области машиностроения - машинам объемного действия, в частности, поршневым расширительным машинам и может быть использована как в качестве пневмодвигателя, для привода механизмов, так и в качестве детандера, например, в холодильной и криогенной технике.

Известен тип распшрительньгх машин - пневмодвигателей, имеюпщх цилиндр с поршнем и систему принудительного газораспределения, когда полость цилиндра сообшается с магистралью высокого давления посредством золотника, жестко связанного с кривошипом 1.

Сушественными недостатками таких расширительных машин являются высокая конструктивная сложность, большая удельная металлоемкость, низкая эксплуатационная надежность, а также невысокая эффективность работы, обусловленная большим количеством подвижных элементов в системе газораспределения и низкой частотой вращения коленчатого вала.

Известны другие конструкции поршневых расширительных машин поршневого пневмодвигателя 2, 3 и поршневого детандера 4, в стенках цилиндров которых имеются выхлопные отверстия для выхода расширившегося воздуха. В этих конструкциях устранено большинство из недостатков за счет применения в системе газораспределения самодействующего впускного клапана с возможностью регулирования степени

FOIL 9/02, 25/00 F 01 В 25/02

отсечки наполнения цилиндра расширительной машины. Эти конструкции проще аналога, имеют меньшую удельную металлоемкость и более высокую эксплуатационную надежность.

Недостатками указанных расширительных машин являются недостаточно высокая эффективность их работы, вследствие прямоточной схемы движения газа в цилиндре расширите тьной машины и недостаточно совершенная система регулирования степени отсечки наполнения цилиндра 4 на нерасчетных режимах работь, при которой с изменением высоты подъема запорного элемента клапана, изменяется и сила упругости пружины (натяг пружины). С этим связаны повьппенные потери давления в клапане при уменьшении высоты подъема запорного элемента, и большие скорости посадки запорного элемента на седло при увеличении высоты подъема.

Задачей настоящей полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно , повышение эффективности и надежности работы расширительной магшшы, в том числе на режимах работы отличных от номинального.

Указанная задача может быть решена за счет того, что в известной расширительной машине, содержащей цилин,др с поршнем, систему газораспределения с самодействующим нормально-открытым впускным клапаном и впускным штуцером, система газораспределения включает в себя дополнительно выпускной клапан и выпускной штуцер, причем, впускной и выпускной клапаны выполнены в виде подпружиненных запорных элементов, снабженных штоком. Ограничитель впускного клапана установлен с возможностью перемещения относительно впускного штуцера и крышки впускного клапана. Офаничитель выпускного клапана установлен с возможностью перемещения относительно выпускного штуцера и крышки выпускного клапана. Корпуса впускного и выпускного клапанов установлены с возможностью перемещения относрггельно крышки цилиндра. В крышке цилиндра, впускном и выпускном штуцерах, ограничителях, корпусах и крышках впускного и выпускного клапанов выполнена резьба.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез цилиндра поршневой расширительной машины, на фиг. 2 представлены сравнительные индикаторные диаграммы при непрямоточной и при прямоточной схемах движения газа, а на фиг. 3 приведены индикаторные диаграммы рабочих процессов поршневой расширительной машины при различных режимах работы.

Поршневая расширительная машина содержит цилиндр 1, соосно которому размещен поршень 2, связанный с кривопшпно-шатунным механизмом. В крышке 3 цилиндра 1 располагаются нормально-открытый впускной клапан 4 и закрытый выпускной клапан 5, впускной штуцер 6 и вьшускной штуцер 7. Впускной клапан 4 включает в себя корпус 8, расположенный в крышке 3 цилиндра 1, крышку 9, запорный элемент 10, снабженный шгоком. На верхнем конце штока запорного элемента 10 закреплена шайба И, в которую упирается пружина 12, установленная в глухом отверстии 13 корпуса 8. В крышку 9 ввернут ограничитель 14 в который, в свою очередь, ввернут впускной штуцер 6. Специально обработанная поверхность 15 крышки 3 служит седлом для запорного элемента 10. Выпускной клапан 5 включает в себя корпус 16, расположенный в крышке 3 цилиндра I, крышку 17, запорный элемент 18, снабженный штоком. На верхнем конце штока запорного элемента 18 закреплена

шайба 19, в которую упирается пружина 20, установленная в глухом отверстии 21 корпуса 16. В крышку 17 ввернут ограничитель 22, в который, в свою очередь, ввернут выпускной штуцер 7. Специально обработанная поверхность 23 крышки 3 служит седлом для запорного элемента 18.

Расширительная машина работает спсдующюл образом. При подаче воздуха высокого давления через впускной штуцер 6 происходит впуск порции воздуха в цилиндр 1 через нормально-открытый впускной клапан 4. Поршень 2 при этом находится в верхней мертвой точке, выпускной клапан 5 закрыт. При истечении воздуха в зазоре между седлом 15 и запорным элементом 10 происходит нарастание перепада давлений над запорным элементом и под ним. Впускной клапан, преодолевая упругие силы пружины 12, закроется, перекрыв истечение воздз са высокого давления в цилиндр 1. Попавшая в цришндр, порция воздуха давит на поршень 2 и при его перемешении расширяется с понижением температуры и совершением внешней работы. При подходе поршня к нижней мертвой точке перепад давлений в цилиндре и магистрали низкого давления становится достаточным для преодоления упругих сил пружины 20 и выпускной клапан 5 открывается. При обратном ходе поршня происходит выталкивание расширившегося охлажденного воздуха через открытый выпускной клапан 5 в магистраль низкого давления, или направляется к потребителю, при этом давление воздуха в цилиндре несколько возрастает. Примерно на середине хода поршня за счет некоторого роста давления в цилиндре пружина 20 выпускного клапана 5 возврашается в исходное положение, клапан закрывается. При движении поршня к верхней мертвой точке давление в цилиндре 1 растет за счет сжатия остаточного воздуха. При достижении равенства давлений в цилиндре 1 и магистрали высокого давления впускной клапан 4 за счет упругости пружины 12 открывается, цикл повторяется.

Использование в системе газораспределения поршневой расширительной машины выпускного клапана (непрямоточная схема, фиг. 2а) вместо выхлопных отверстий (прямоточная схема, фиг. 26) приводит к росту полезной работы, совершаемой машиной (), за счет более длительного гфоцесса выталкивания 3-4 (фиг. 2а).

В случае не регулируемых клапанов системы газораспределения поршневой расширительной машины, при изменении режима работы, например, при незначительном понижении давления на входе в расширительную машину, силы давления воздуха оказывается недостаточно для закрытия впускного клапана в н жный момент (примерно на половине хода поршня), в результате чего клапан закрывается с запаздыванием (т.2 на фиг. 36) что приводит к уменьшению положительной работы ( фиг. За, 36) и к появлению отрицательной составляющей работы (плошадка 5-6-1-5 на фиг. 36). При значительном понижении давления на входе в расширительную машину, силы давления воздуха оказывается недостаточно для закрытия впускного клапана, в результате чего не осуществляется рабочий цикл и расширительная машина будет неработоспособна.

В системе газораспределения настоящей расширительной машины расположены регулируемые впускной и выпускной клапаны. Регулирование режимов работы расшрфительной машины осуществляется изменением как высоты подъема запорного элемента, так и натяга пружины впускного и выпускного клапанов. Изменение высоты подъема запорного элемента впускного клапана при постоянном натяге пружины осуществляется одновременным перемещением по резьбе ограничителя и корпуса впускного клапана относительно крыщки цилиндра и впускного ппуцера. Изменение натяга пружины впускного клапана при постоянной высоте подъема запорного элемента осуществляется перемещением по резьбе корпуса впускного клапана относительно ограничителя впускного клапана и крыппси цилиндра. Изменение высоты подъема запорного элемента выпускного клапана при постоянном натяге пружины осуществляется перемещением по резьбе ограничителя относительно корпуса выпускного клапана и выпускного щтуцера. Изменение натяга пружины выпускного клапана при постоянной высоте подъема запорного элемента осуществляется перемещением по резьбе корпуса выпускного клапана относительно ограничителя выпускного клапана и крыщки цилиндра.

Сохранение постоянной высоты подъема запорного элемента при изменяющемся натяге пружины не приводит к росту гидравлических потерь в процессе наполнения и позволяет обеспечить допустимые скорости посадки запорного элемента на седло. Сохранение постоянного натяга пружины при изменяющейся высоте подъема запорного элемента позволяет обеспечить необходим то силу упругости пружины в случае регулирования степени отсечки наполнения цилиндра на нерасчетных режимах работы.

Предложенное техническое рещение позволяет повысить КПД и эффективность работы расщирительной мшпины, в том числе на режимах работы отличных от номинального.

Claims (5)

1. Поршневая расширительная машина, содержащая цилиндр с поршнем, систему газораспределения, включающую самодействующий нормально-открытый впускной клапан с ограничителем и впускной штуцер, отличающаяся тем, что система газораспределения содержит дополнительно выпускной клапан с ограничителем и выпускной штуцер, причем впускной и выпускной клапаны выполнены в виде подпружиненных запорных элементов, снабженных штоком.

2. Поршневая расширительная машина, по п.1, отличающаяся тем, что ограничитель впускного клапана установлен с возможностью перемещения относительно впускного штуцера и крышки впускного клапана.

3. Поршневая расширительная машина, по п.1, отличающаяся тем, что ограничитель выпускного клапана установлен с возможностью перемещения относительно выпускного штуцера и крышки выпускного клапана.

4. Поршневая расширительная машина, по п.1, отличающаяся тем, что корпуса впускного и выпускного клапанов установлены с возможностью перемещения относительно крышки цилиндра.

5. Поршневая расширительная машина, по п.1, отличающаяся тем, что в крышке цилиндра, впускном и выпускном штуцерах ограничителях, корпусах и крышках впускного и выпускного клапанов выполнена резьба.