RU2079068C1

RU2079068C1 - Piston-expulsor of gas stirling cycle refrigerating machine

Info

Publication number: RU2079068C1
Application number: RU94012867A
Authority: RU
Inventors: Григорий Васильевич Шпырин; Николай Геннадьевич Кириллов; Сергей Львович Морозов
Original assignee: Григорий Васильевич Шпырин; Николай Геннадьевич Кириллов; Сергей Львович Морозов
Priority date: 1994-03-18
Filing date: 1994-03-18
Publication date: 1997-05-10
Also published as: RU94012867A

Abstract

FIELD: gas Stirling cycle refrigerating machines. SUBSTANCE: in starting the machine, gas from compression chamber enters chamber inside piston-propulsor through valve gears 3, thus providing for decompression. When motor is stopped, gas from chamber of piston is forced to working volume through holes of smaller diameter in body of ball 4 due to drop of pressure and due to reverse action of deformed diaphragm 9. Thus device is returned to initial position. EFFECT: enhanced reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области газовых регенеративных машин, работающих по циклу Стирлинга. The invention relates to the field of gas regenerative machines operating on the Stirling cycle.

Известна газовая криогенная машина, включающая полости сжатия, расширения и картера, рабочий поршень, вытеснитель, регенератор, теплообменные аппараты и буферную полость для облегчения пускового момента (Новотельнов В.Н. Суслов А.Д. Полтараус В.С. Криогенные машины. Санкт-Петербург, "Политехника", 1991, с. 258). Known gas cryogenic machine, including compression cavity, expansion and crankcase, working piston, displacer, regenerator, heat exchangers and buffer cavity to facilitate starting torque (Novotelnov V.N. Suslov A.D. Poltaraus V.S. Cryogenic machines. St. Petersburg, "Polytechnic", 1991, p. 258).

Недостатком этого устройства является увеличение массогабаритных параметров холодильной машины, связанных с введением дополнительной полости. The disadvantage of this device is the increase in weight and size parameters of the refrigeration machine associated with the introduction of an additional cavity.

Известен поршень-вытеснитель к двигателю Стирлинга, включающий корпус, во внутренней полости которого герметически закрыт воздух с избыточным давлением, приблизительно равным диапазону изменения давления рабочего газа в камерах сжатия и расширения (акцептованная заявка Японии N 59-5786). Known piston-displacer to the Stirling engine, comprising a housing in the inner cavity of which air is sealed with an overpressure approximately equal to the range of pressure changes of the working gas in the compression and expansion chambers (accepted Japanese application N 59-5786).

Недостатком данного устройства является недостаточно эффективное использование габаритного объема поршня-вытеснителя. The disadvantage of this device is the inefficient use of the overall volume of the displacer piston.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в облегчении пуска и сокращении времени выхода холодильной машины, работающей по циклу Стирлинга, на рабочий режим за счет возможности использования внутренней полости поршня-вытеснителя в качестве буферной емкости. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to facilitate start-up and shorten the time for the Stirling cycle chiller to reach the operating mode due to the possibility of using the internal cavity of the displacer piston as a buffer tank.

Для достижения технического результата поршень-вытеснитель, содержащий корпус с внутренней полостью и пазами, выполненными в нижней части внешней стороны корпуса, и уплотнительные кольца, закрепленные в пазах, снабжен клапанными устройствами в виде подпружиненных шариков, в теле которых выполнены малого диаметра отверстия. Клапанные устройства расположены в фигурной крышке с отверстиями для прохода рабочего газа и крепежных болтов, проходящих через тело крышки и фиксируемых в нижнем торце корпуса поршня резьбовым соединением. В нижнем торце корпуса и в крышке выполнены сферические канавки для установки уплотнительных прокладок. В верхней части внутренней полости поршня установлена теплоизоляционная упругая мембрана, разделяющая внутреннюю полость на две части: верхнюю холодную и нижнюю теплую. To achieve a technical result, a piston-displacer, comprising a housing with an internal cavity and grooves made in the lower part of the external side of the housing, and O-rings fixed in the grooves, is equipped with valve devices in the form of spring-loaded balls, in the body of which small-diameter holes are made. Valve devices are located in a figured cover with openings for the passage of the working gas and fixing bolts passing through the body of the cover and fixed in the lower end of the piston body with a threaded connection. Spherical grooves for installing gaskets are made in the lower end of the housing and in the lid. An insulating elastic membrane is installed in the upper part of the internal cavity of the piston, dividing the internal cavity into two parts: the upper cold and the lower warm.

Введение в состав поршня-вытеснителя клапанов в виде подпружиненных шариков с отверстиями малого диаметра (шарики упираются в отверстие крышки, а пружины в нижний торец корпуса) позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности использования внутренней полости поршня-вытеснителя в качестве дополнительной (буферной) емкости и перепуска в нее части рабочего газа из полости сжатия. Возникающее условие декомпрессии облегчает пуск холодной машины и уменьшает время выхода на рабочий режим. The introduction of valves into the piston-displacer in the form of spring-loaded balls with small diameter holes (the balls abut against the opening of the cover and the springs in the lower end of the housing) allows one to obtain a new property consisting in the possibility of using the internal cavity of the displacer piston as an additional (buffer) tank and bypassing in it part of the working gas from the compression cavity. The arising decompression condition facilitates the start-up of a cold machine and reduces the time to exit to operating mode.

На чертеже изображен поршень-вытеснитель. The drawing shows a piston displacer.

Устройство содержит корпус поршня 1, в нижней части которого установлены уплотнительные кольца 2, а в торце выполнены отверстия для впуска рабочего газа во внутреннюю полость поршня. Клапанные устройства 3 в виде подпружиненных шариков 4 устанавливаются в конических отверстиях крышки 5, которая крепится к нижнему торцу корпуса стяжными болтами 6. Между крышкой и торцом корпуса устанавливаются кольцевые прокладки 7 и 8. В теле шариков 4 выполнены отверстия малого диаметра для выхода газа из внутренней полости в рабочую полость холодильной машины при остановке двигателя. В верхней части корпуса 1 установлена упругая мембрана 9 из теплоизоляционного материала, разделяющая внутренний объем поршня на две части: холодную верхнюю и теплую нижнюю. The device comprises a piston housing 1, in the lower part of which sealing rings 2 are installed, and in the end there are openings for inlet of working gas into the internal cavity of the piston. Valve devices 3 in the form of spring-loaded balls 4 are installed in the conical holes of the cover 5, which is fastened to the lower end of the housing by tightening bolts 6. Ring gaskets 7 and 8 are installed between the cover and the end of the housing. Small diameter holes are made in the balls 4 for the gas to escape from the inner cavity into the working cavity of the refrigeration machine when the engine is stopped. In the upper part of the housing 1 there is an elastic membrane 9 made of a heat-insulating material that divides the internal volume of the piston into two parts: a cold upper and a warm lower one.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При подготовке к работе машина заполняется газом с рабочим давлением. За счет перепада давления газ отжимает клапан 3 и проникает в полость поршня под мембраной. Мембрана 9 изгибается вверх и сжимает газ, ограниченный верхней частью корпуса и мембраной 9 до тех пор, пока давление по обе стороны мембраны не выравнивается. При пуске двигателя в полости сжатия давление газа выше, чем внутри поршня, в результате часть газа перетекает в полость внутри поршня через клапаны 3, создается условие декомпрессии, облегчается пуск и сокращается время выхода машины на рабочие режимы. Мембрана 9 изгибается вверх до установления равного давления по обе стороны от нее. Газ поступает в полость поршня до тех пор, пока давление в полости сжатия и полости внутри поршня не станет равным. К этому времени машина выходит на рабочий режим. При достижении данного давления шарик 4 клапана 3 за счет пружины герметизирует внутреннюю полость поршня. In preparation for operation, the machine is filled with gas with operating pressure. Due to the pressure drop, the gas presses the valve 3 and penetrates into the piston cavity under the membrane. The membrane 9 bends upward and compresses the gas bounded by the upper part of the housing and the membrane 9 until the pressure on both sides of the membrane is equalized. When the engine is started in the compression cavity, the gas pressure is higher than inside the piston, as a result, part of the gas flows into the cavity inside the piston through the valves 3, a decompression condition is created, the start-up is facilitated, and the machine’s operating time is reduced. The membrane 9 is bent up until equal pressure is established on both sides of it. Gas enters the piston cavity until the pressure in the compression cavity and the cavity inside the piston becomes equal. By this time, the machine is operating. Upon reaching this pressure, the ball 4 of the valve 3 due to the spring seals the internal cavity of the piston.

При остановке машины происходит выравнивание давления во всех рабочих объемах, в результате давление внутри поршня становится выше, чем в рабочих полостях, и сжатый газ за счет перепада давления и обратного действия изогнутой мембраны 9 через отверстие малого диаметра в теле шарика 4 клапанного устройства 3 перетекает в рабочие объемы до выравнивания давлений во всех объемах машины. When the machine stops, the pressure is equalized in all working volumes, as a result, the pressure inside the piston becomes higher than in the working cavities, and the compressed gas due to the pressure drop and the reverse action of the curved membrane 9 through the small diameter hole in the body of the ball 4 of the valve device 3 flows into working volumes before pressure equalization in all volumes of the machine.

Устройство приходит в исходное положение и готово к пуску. The device returns to its original position and is ready to start.

Claims

A piston-displacer of a gas refrigerating machine operating according to the Stirling cycle, comprising a housing with an internal cavity and grooves made in the lower part of the external side of the housing, and o-rings fixed in grooves, characterized in that the piston is equipped with a membrane, a cover, sealing gaskets and valve devices, while the membrane is installed in the upper part of the internal cavity, the cover is attached to the lower end through the gaskets with fixing bolts, and valve devices are located in the cover.