RU2134850C1

RU2134850C1 - Piston expander-compressor set

Info

Publication number: RU2134850C1
Application number: RU98101661A
Authority: RU
Inventors: А.Д. Ваняшов; А.Н. Кабаков; В.С. Калекин; С.П. Куликов; И.К. Прилуцкий
Original assignee: Омский государственный технический университет
Priority date: 1998-01-29
Filing date: 1998-01-29
Publication date: 1999-08-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: piston expander-compressor set has piston compressor and piston expander arranged in one body with connecting rod-and-piston groups coupled to crankshaft. Walls of piston expander cylinder are provided with outlet ports connected by common collector. Inlet valve is made normally-open and fitted with shut-off element secured on spring. EFFECT: increased efficiency and reliability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения - машинам объемного действия, в частности поршневым детандер-компрессорным агрегатам, и может быть использовано в холодильной технике, например в воздушных холодильных установках, установках кондиционирования воздуха. The invention relates to the field of mechanical engineering - volumetric action machines, in particular piston expander-compressor units, and can be used in refrigeration, for example, in air refrigeration units, air conditioning units.

Известны поршневые детандер-компрессорные агрегаты, включающие в себя поршневой компрессор, поршневой детандер, размещенные в одном корпусе, имеющие общую шатунно-поршневую группу с расположением цилиндра детандера над цилиндром компрессора и систему принудительного газораспределения для детандера [1]. Known piston expander-compressor units, including a piston compressor, a piston expander located in one housing, having a common connecting rod and piston group with the location of the expander cylinder above the compressor cylinder and a forced gas distribution system for the expander [1].

Существенными недостатками таких детандер-компрессорных агрегатов являются сложность их конструкции, большая удельная металлоемкость, низкая эксплуатационная надежность, а также невысокая эффективность работы, обусловленная теплопритоками из-за близкого расположения цилиндров детандера и компрессора и принудительным механизмом газораспределения детандера. Significant disadvantages of such expander-compressor units are the complexity of their design, high specific metal consumption, low operational reliability, as well as low operating efficiency due to heat inflows due to the close arrangement of the expander and compressor cylinders and the forced gas distribution mechanism of the expander.

Известна другая конструкция детандер-компрессорного агрегата [2], в которой исключены теплопритоки со стороны горячего цилиндра компрессора к холодному цилиндру детандера благодаря разделению их промежуточной камерой. Однако сохранение принудительного механизма газораспределения детандера не исключает вышеперечисленных недостатков. Another design of the expander-compressor unit [2] is known, in which heat inflows from the side of the hot cylinder of the compressor to the cold cylinder of the expander are eliminated due to their separation by the intermediate chamber. However, the preservation of the forced expansion mechanism of the expander does not exclude the above disadvantages.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, повышение эффективности работы, надежности, снижение удельной металлоемкости детандер-компрессорного агрегата. The objective of the present invention is to remedy these disadvantages, increase work efficiency, reliability, reduce the specific metal consumption of the expander-compressor unit.

Указанная задача может быть решена за счет того, что в известном поршневом детандер-компрессорном агрегате, содержащем поршневой компрессор, поршневой детандер, размещенные в одном корпусе, с присоединенными к коленчатому валу шатунно-поршневыми группами, стенки цилиндра поршневого детандера содержат выпускные окна, соединенные общим коллектором, а впускной клапан выполнен нормально открытым и снабжен закрепленным на пружине запорным элементом. This problem can be solved due to the fact that in a known reciprocating expander-compressor unit containing a reciprocating compressor, the reciprocating expander is housed in one housing with connecting rod and piston groups attached to the crankshaft, the cylinder walls of the expander expander contain exhaust ports connected by a common a collector, and the inlet valve is made normally open and is equipped with a locking element fixed to the spring.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена конструктивная схема детандер-компрессорного агрегата, а на фиг. 2 показан продольный разрез цилиндра детандера детандер-компрессорного агрегата. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a structural diagram of an expander-compressor unit, and in FIG. 2 shows a longitudinal section through an expander cylinder of an expander-compressor unit.

Поршневой детандер-компрессорный агрегат включает в себя поршневой компрессор 1, поршневой детандер 2, размещенные в одном корпусе 3, и холодильник 4 для охлаждения сжатого в компрессоре 1 воздуха на входе в детандер 2. Детандер содержит цилиндр 5, в стенках которого равномерно по окружности размещены выпускные окна 6, выполненные, например, в виде круглых отверстий. Выпускные окна 6 соединены общим коллектором 7 для подачи холодного воздуха к потребителю. Соосно цилиндру 5 размещен поршень 8, связанный с кривошипно-шатунным механизмом 9 детандер-компрессорного агрегата. В крышке 10 цилиндра 5 располагается нормально открытый впускной клапан, представляющий собой закрепленный на пружине 11 запорный элемент 12, например, в виде цилиндрической пластины, седло 13 с отверстиями для прохода воздуха 14. В крышке 10 имеется штуцер 15 для подачи сжатого в компрессоре 1 воздуха и регулировочный винт 16 для изменения высоты подъема запорного элемента. В седле 13 впускного клапана для предотвращения смещения запорного элемента 12 относительно проходных отверстий 14 выполнены цилиндрические штифты 17. The piston expander-compressor unit includes a piston compressor 1, a piston expander 2 located in one housing 3, and a refrigerator 4 for cooling the compressed air in the compressor 1 at the inlet to the expander 2. The expander contains a cylinder 5, in the walls of which are evenly distributed around the circumference outlet windows 6, made, for example, in the form of round holes. The exhaust windows 6 are connected by a common collector 7 for supplying cold air to the consumer. Coaxial to cylinder 5 there is a piston 8 connected to the crank mechanism 9 of the expander-compressor unit. In the lid 10 of the cylinder 5 is a normally open inlet valve, which is a locking element 12 mounted on the spring 11, for example, in the form of a cylindrical plate, a seat 13 with holes for air passage 14. In the lid 10 there is a fitting 15 for supplying compressed air in the compressor 1 and an adjusting screw 16 for changing the lifting height of the locking element. In the seat 13 of the intake valve to prevent displacement of the locking element 12 relative to the through holes 14 are made of cylindrical pins 17.

Детандер-компрессорный агрегат работает следующим образом. В компрессоре 1 происходит сжатие всасываемого из атмосферы воздуха, при этом растет его температура и давление. Сжатый воздух поступает в холодильник 4, где происходит его охлаждение на входе в детандер 2. При подаче охлажденного сжатого воздуха через штуцер 15 происходит впуск части его в цилиндр 5 через нормально открытый впускной клапан. Поршень 8 при этом находится в верхней мертвой точке и выпускные окна 6 перекрыты. При истечении воздуха в зазоре между седлом 13 и запорным элементом 12 происходит нарастание перепада давлений над запорным элементом и под ним. Клапан, преодолевая упругие силы пружины 11, закроется, перекрыв истечение сжатого воздуха в цилиндр 5. Попавшая в цилиндр часть воздуха давит на поршень 8 и при его перемещении расширяется с понижением температуры и совершением внешней работы. При открытии поршнем 8 в нижней мертвой точке выпускных окон 6 расширяющийся охлажденный воздух выталкивается в общий коллектор 7 и направляется к потребителю. При достижении поршнем верхней мертвой точки давление в цилиндре 5 растет за счет сжатия остаточного воздуха. При достижении давления в цилиндре выше начального давления на воде в детандер клапан за счет упругости пружины 11 открывается, цикл повторяется. The expander-compressor unit operates as follows. In the compressor 1, the air drawn in from the atmosphere is compressed, while its temperature and pressure increase. Compressed air enters the refrigerator 4, where it is cooled at the inlet to the expander 2. When supplying cooled compressed air through the nozzle 15, part of it enters the cylinder 5 through a normally open inlet valve. The piston 8 is at the top dead center and the exhaust ports 6 are closed. With the expiration of air in the gap between the seat 13 and the locking element 12, an increase in the pressure drop above and below the locking element occurs. The valve, overcoming the elastic forces of the spring 11, closes, blocking the flow of compressed air into the cylinder 5. The part of the air that has got into the cylinder presses on the piston 8 and expands when it moves with decreasing temperature and performing external work. When the piston 8 opens at the bottom dead center of the outlet windows 6, expanding cooled air is pushed into the common manifold 7 and sent to the consumer. When the piston reaches top dead center, the pressure in the cylinder 5 increases due to compression of the residual air. When the pressure in the cylinder is higher than the initial pressure on the water in the expander, the valve opens due to the elasticity of the spring 11, the cycle repeats.

Предложенное техническое решение позволяет повысить эффективность и эксплуатационную надежность детандер-компрессорного агрегата, упростить конструкцию, снизить удельную металлоемкость агрегата за счет увеличения его производительности, связанной с повышением частоты вращения коленчатого вала. The proposed technical solution allows to increase the efficiency and operational reliability of the expander-compressor unit, simplify the design, reduce the specific metal consumption of the unit by increasing its productivity, associated with an increase in the crankshaft speed.

Источники информации:
1. Расширительные машины. Под ред. К.И.Страховича - М. - Л.: Машиностроение, 1966. стр. 101-104.Sources of information:
1. Expansion machines. Ed. K.I. Strakhovich - M. - L .: Engineering, 1966. p. 101-104.

2. Расширительные машины. Под ред. К.И.Страховича - М. - Л.: Машиностроение, 1966. стр. 105-108. 2. Expansion machines. Ed. K.I. Strakhovich - M. - L .: Mechanical engineering, 1966. p. 105-108.

Claims

A piston expander-compressor unit including a piston compressor, a piston expander placed in one housing with connecting rod-piston groups attached to the crankshaft, characterized in that the cylinder walls of the piston expander contain exhaust windows connected by a common manifold, and the inlet valve is made normally open and equipped with a locking element fixed to the spring.