RU2029911C1

RU2029911C1 - Piston gas-expansion machine

Info

Publication number: RU2029911C1
Application number: SU4765021/06A
Authority: RU
Inventors: И.К. Прилуцкий; Н.М. Антонов; В.П. Исаков; Е.П. Мовчан; В.Г. Деньгин; Н.Д. Меркель; А.И. Прилуцкий
Original assignee: Омское научно-производственное объединение "Сибкриотехника"; Санкт-Петербургский технологический институт холодильной промышленности; Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт химического машиностроения
Priority date: 1989-12-05
Filing date: 1989-12-05
Publication date: 1995-02-27

Abstract

FIELD: positive- displacement devices. SUBSTANCE: at least one inlet valve 5 is normally open and self-operated. The valve is made up as ring 16 having hollows wherein the ends of a spring are received. EFFECT: enhanced efficiency. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к машинам объемного действия, в частности к поршневым детандерам, и может быть использовано в установках разделения воздуха и других газовых смесей в качестве генератора холода. The invention relates to volumetric action machines, in particular to piston expanders, and can be used in air separation units and other gas mixtures as a cold generator.

Известны поршневые детандеры, имеющие цилиндр с движущимся в нем поршнем и систему принудительного газораспределения, когда впускной и выпускной клапаны открываются механически, под действием кулачковых механизмов, привод которых связан с основным приводом движения поршня [1]. Known piston expanders having a cylinder with a moving piston in it and a forced gas distribution system when the intake and exhaust valves open mechanically, under the action of cam mechanisms, the drive of which is connected with the main drive of the piston [1].

Существенными недостатками этих детандеров являются высокая конструктивная сложность и низкая эксплуатационная надежность, обусловленная большим количеством подвижных элементов газораспределительного механизма. Significant disadvantages of these expanders are high structural complexity and low operational reliability due to the large number of movable elements of the gas distribution mechanism.

Эти недостатки устранены в поршневых детандерах с бесклапанным газораспределением с впуском и выпуском газа через систему каналов в цилиндре и поршне [1]. These disadvantages are eliminated in piston expanders with valveless gas distribution with gas inlet and outlet through a channel system in the cylinder and piston [1].

Однако такие детандеры обладают низкой эффективностью, связанной с невозможностью обеспечения оптимального закона газораспределения. However, such expanders have low efficiency, due to the inability to ensure the optimal gas distribution law.

Наиболее близким к предлагаемому является детандер с внутренним приводом клапанов, в котором частично устранены перечисленные недостатки [2]. Он конструктивно значительно проще первого и эффективнее второго. Closest to the proposed is an expander with an internal valve drive, in which the listed disadvantages are partially eliminated [2]. It is structurally much simpler than the first and more effective than the second.

Недостатками таких детандеров являются достаточно сложная система газораспределения и, в связи с этим, высокая трудоемкость и низкая эксплуатационная надежность. Кроме того, такие детандеры имеют увеличенный "мертвый" объем, что снижает его эффективность. The disadvantages of such expanders are a rather complicated gas distribution system and, in this regard, high labor intensity and low operational reliability. In addition, such expanders have an increased "dead" volume, which reduces its effectiveness.

Целью настоящего изобретения является упрощение конструкции, снижение трудоемкости изготовления, повышение эксплуатационной надежности и эффективности. The aim of the present invention is to simplify the design, reduce the complexity of manufacturing, increase operational reliability and efficiency.

Цель достигается тем, что в предлагаемом поршневом детандере, содержащем цилиндр с подпружиненным впускным и выпускным клапанами и поршень, установленный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного перемещения, согласно изобретению, по крайней мере, впускной клапан выполнен нормально открытым и самодействующим. С целью исключения трения скольжения металла клапанов с корпусом при работе в условиях отсутствия смазки, клапаны выполнены в виде подпружиненных колец, имеющих на одном из торцов углубления, в которые устанавливаются концы пружин. Очевидно, что углубления могут быть выполнены различной формы ( сферические, цилиндрические и др.), а пружина может устанавливаться как непосредственно в углубления, так и через толкатели. The goal is achieved in that in the proposed piston expander comprising a cylinder with spring-loaded inlet and outlet valves and a piston mounted in the cylinder with the possibility of reciprocating movement, according to the invention, at least the inlet valve is made normally open and self-acting. In order to avoid sliding friction of the metal of the valves with the body during operation in the absence of lubrication, the valves are made in the form of spring-loaded rings having recesses on one of the ends into which the ends of the springs are mounted. Obviously, the recesses can be made of various shapes (spherical, cylindrical, etc.), and the spring can be installed directly in the recesses, and through pushers.

На чертеже изображен продольный разрез детандера. The drawing shows a longitudinal section of the expander.

Детандер состоит из цилиндра 1, вдоль оси которого возвратно-поступательно перемещается поршень 2, связанный с кривошипно-шатунным механизмом (на чертеже не показан). Поршень 2 имеет уплотнительные кольца 3. В крышке 4 цилиндра 1 располагается нормально открытый впускной самодействующий клапан 5. Выпускные окна 6 размещены в цилиндре 1. The expander consists of a cylinder 1, along the axis of which the piston 2 is reciprocating, connected with a crank mechanism (not shown in the drawing). The piston 2 has a sealing ring 3. In the cover 4 of the cylinder 1 is a normally open self-acting inlet valve 5. The exhaust windows 6 are located in the cylinder 1.

Над крышкой 4 установлен впускной штуцер 7. Герметичность в соединениях элементов обеспечивается уплотнительными кольцами 8. Впускной клапан 5 представляет собой размещенный в крышке 4 корпус 9, в отверстиях которого размещены пружины 10, один из концов 11 которых закреплен в корпусе 9. Другой конец пружины через толкатель 12 контактирует с кольцевым клапаном 13. Часть толкателя 12 может входить в углубления 14 кольцевидного клапана 13, фиксируя его от радиальных перемещений. Сверху кольцевой клапан ограничен кольцом 15 с отверстиями для газа, которое закрепляется между подпружиненным кольцом 16 и впускным штуцером 7. Верхний торец корпуса 9 служит седлом для кольцевого клапана 13. An inlet fitting 7 is installed above the cover 4. The tightness in the connections of the elements is ensured by O-rings 8. The inlet valve 5 is a housing 9 located in the cover 4, in the openings of which springs 10 are placed, one of the ends 11 of which is fixed in the housing 9. The other end of the spring through the pusher 12 is in contact with the annular valve 13. A part of the pusher 12 can enter the recesses 14 of the annular valve 13, fixing it from radial movements. On top of the annular valve is limited by a ring 15 with gas holes, which is fixed between the spring ring 16 and the inlet fitting 7. The upper end of the housing 9 serves as a seat for the annular valve 13.

Детандер работает следующим образом. The expander works as follows.

При подаче газа высокого давления в цилиндр 1 через впускной штуцер 7 происходит впуск порции газа в цилиндр через нормально открытый клапан 5. Выпускные окна 6 перекрыты поршнем 2. When high pressure gas is supplied to the cylinder 1 through the inlet fitting 7, a portion of gas is admitted into the cylinder through a normally open valve 5. The exhaust windows 6 are closed by the piston 2.

При истечении газа в зазоре между седлом и клапаном происходит нарастание перепада давления над кольцевым клапаном 13 и под ним. Клапан, преодолевая упругие силы пружин 10, захлопнется, перекрыв истечение газа высокого давления в цилиндр. Попавшая в цилиндр порция газа высокого давления давит на поршень 2 и при его перемещении расширяется с совершением работы, за счет чего охлаждается. При открытии в нижнем положении выпускных окон 6 и приближении давления в цилиндре к давлению в линии низкого давления расширившийся холодный газ выталкивается в магистраль низкого давления. With the flow of gas in the gap between the seat and the valve, an increase in the pressure drop above and below the annular valve 13 occurs. The valve, overcoming the elastic forces of the springs 10, slams shut, blocking the flow of high pressure gas into the cylinder. A portion of the high-pressure gas that has fallen into the cylinder presses on the piston 2 and expands when it moves to complete the work, whereby it cools. When the outlet windows 6 are opened in the lower position and the cylinder pressure approaches the pressure in the low pressure line, the expanded cold gas is pushed into the low pressure line.

При достижении поршнем верхнего положения давление в цилиндре растет за счет сжатия остаточного газа, выравнивается с давлением в магистрали высокого давления, и клапан впуска под действием пружин открывается. Цикл повторяется. When the piston reaches its upper position, the pressure in the cylinder increases due to compression of the residual gas, aligns with the pressure in the high-pressure line, and the inlet valve opens by the action of the springs. The cycle repeats.

Claims

1. PISTON DETANDER, comprising a cylinder with spring-loaded intake and exhaust valves and a piston mounted in the cylinder with the possibility of reciprocating movement, characterized in that, in order to simplify the design and reduce specific metal consumption, at least the inlet valve is made normally open and self-acting .

2. The expander according to claim 1, characterized in that the inlet valve is made in the form of a spring-loaded ring with recesses in which the movable ends of the spring are installed.