RU2320941C1 - Cold production device - Google Patents

Cold production device Download PDF

Info

Publication number
RU2320941C1
RU2320941C1 RU2006128555/06A RU2006128555A RU2320941C1 RU 2320941 C1 RU2320941 C1 RU 2320941C1 RU 2006128555/06 A RU2006128555/06 A RU 2006128555/06A RU 2006128555 A RU2006128555 A RU 2006128555A RU 2320941 C1 RU2320941 C1 RU 2320941C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
compressor
expander
cavity
variable
volume
Prior art date
Application number
RU2006128555/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Иван Алексеевич Бурдыгин (RU)
Иван Алексеевич Бурдыгин
Владимир Васильевич Лысенков (RU)
Владимир Васильевич Лысенков
Юрий Михайлович Русанов (RU)
Юрий Михайлович Русанов
Юрий Михайлович Трубников (RU)
Юрий Михайлович Трубников
ков Владимир Борисович Ульд (RU)
Владимир Борисович Ульдяков
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный научно-производственный ракетно-космический центр "ЦСКБ-ПРОГРЕСС" (ФГУП ГНПРКЦ "ЦСКБ-ПРОГРЕСС")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный научно-производственный ракетно-космический центр "ЦСКБ-ПРОГРЕСС" (ФГУП ГНПРКЦ "ЦСКБ-ПРОГРЕСС") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный научно-производственный ракетно-космический центр "ЦСКБ-ПРОГРЕСС" (ФГУП ГНПРКЦ "ЦСКБ-ПРОГРЕСС")
Priority to RU2006128555/06A priority Critical patent/RU2320941C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2320941C1 publication Critical patent/RU2320941C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: medicine, particularly refrigeration equipment for gas liquefaction.
SUBSTANCE: device comprises drive-activated compressor, outer heat-exchanging apparatus, manifold including pipelines and regenerator and connecting variable-volume cavity of compressor with variable-volume cavity of expander, as well as load heat-exchanger communicated with variable-volume cavity of expander. Phase of volume change in variable-volume expander cavity is shifted through predetermined angle with respect to that of variable-volume compressor cavity communicated therewith. Compressor and expander are made in accordance with rotor-blade scheme. Compressor and expander have output shafts connected to opposite end of outlet drive shaft by means of transmission mechanisms including round and non-round gear-wheels. Compressor, expander, transmission mechanisms and drive are axially aligned with each other. Each of compressor and expander include not less than one additional variable-volume cavity. Each additional variable-volume cavity of compressor is communicated with at least one variable-volume cavity of expander through additional line including pipelines and regenerator. Compressor body comprises outer heat-exchanging apparatus.
EFFECT: increased service life and reliability.
2 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к устройствам для получения холода, которые находят широкое применение, особенно в криогенной технике, и может быть использовано в медицине, для сжижения газов и в других областях техники, где требуются надежные и эффективные источники холода, а также при создании газовых криогенных машин по роторно-лопастной схеме.The invention relates to refrigeration, and in particular to devices for producing cold, which are widely used, especially in cryogenic technology, and can be used in medicine, for liquefying gases and in other areas of technology that require reliable and efficient sources of cold, as well as when creating gas cryogenic machines according to the rotor-blade scheme.

Известна поршневая система с совершающими возвратно-поворотное движение поршнями (патент RU 2193089 С2, F01C 9/00, F04C 9/00, F02B 53/00), включающая в себя цилиндр, имеющий кольцеобразное и полое внутреннее пространство, множество поршней, из которых образованы первая и вторая группы, подлежащие попеременному размещению по одной и той же внутренней окружности цилиндра, при этом первая и вторая группы поршней совершают возвратно-поворотное движение вдоль заданной дуги с одинаковой скоростью и в противоположных направлениях по отношению друг к другу, множество впускных клапанов, установленных в каждой точке цилиндра, где сходятся два соседних поршня, и предназначенных для регулирования потока текучей среды, вводимой в них снаружи, и множество выпускных клапанов, установленных в каждой точке цилиндра, где сходятся два соседних поршня, и предназначенных для регулирования потока текучей среды, вытесняемой изнутри наружу.A known piston system with reciprocating pistons (patent RU 2193089 C2, F01C 9/00, F04C 9/00, F02B 53/00), including a cylinder having an annular and hollow inner space, many pistons from which are formed the first and second groups to be alternately placed on the same inner circumference of the cylinder, while the first and second groups of pistons make a reciprocating movement along a given arc with the same speed and in opposite directions with respect to each other, many the number of inlet valves installed at each point of the cylinder, where two adjacent pistons meet, and designed to control the flow of fluid introduced into them from the outside, and the set of exhaust valves installed at each point of the cylinder where two adjacent pistons meet, and designed to regulate fluid flow displaced from the inside out.

Недостатками такой системы является сложность конструкции, наличие впускных и выпускных клапанов, создающих дополнительный мертвый объем и ограничивающих ресурс и надежность устройства. Кроме того, для подобной системы требуется громоздкий привод с кривошипно-шатунным механизмом, создающий высокий уровень вибраций.The disadvantages of this system are the design complexity, the presence of intake and exhaust valves, creating additional dead volume and limiting the resource and reliability of the device. In addition, such a system requires a bulky drive with a crank mechanism, creating a high level of vibration.

Известна криогенная газовая машина (патент RU 2013717 C1, F25B 9/00), содержащая цилиндр, установленный в нем при помощи упругих элементов полый вытеснительный поршень, разделяющий внутренний объем цилиндра на две полости - теплую и холодную, связанные между собой через последовательно соединенные регенератор и теплообменник нагрузки, и узел сжатия, подсоединенный к теплой полости, инерционный элемент внутри полого вытеснительного поршня, связанный через упругий элемент с торцевой поверхностью поршня.Known cryogenic gas machine (patent RU 2013717 C1, F25B 9/00), containing a cylinder, a hollow displacement piston installed in it using elastic elements, dividing the internal volume of the cylinder into two cavities - warm and cold, interconnected through series-connected regenerator and load heat exchanger, and a compression unit connected to a warm cavity, an inertial element inside a hollow displacement piston connected through an elastic element to the end surface of the piston.

Известна криогенная газовая машина типа ПП (В.Н.Новотельнов и др. Криогенные машины, СПб: "Политехника", 1991, с.192), состоящая из двух поршневых узлов. Один из них выполняет функцию компрессора и включает цилиндр, поршень, аппарат внешнего теплообмена (АВТ) для отвода тепла в окружающую среду, часть регенератора. Другой узел выполняет функцию детандера и включает цилиндр, поршень, АВТ для подвода тепла в цикл (теплообменник нагрузки) для охлаждаемого устройства, часть регенератора.Known cryogenic gas machine type PP (V.N. Novotelnov and others. Cryogenic machines, St. Petersburg: "Polytechnic", 1991, p.192), consisting of two piston assemblies. One of them performs the function of a compressor and includes a cylinder, a piston, an external heat exchange apparatus (ABT) for heat removal to the environment, and a part of the regenerator. Another node performs the function of an expander and includes a cylinder, piston, AWT for supplying heat to the cycle (load heat exchanger) for the cooled device, part of the regenerator.

Недостатками известной, а также вышеописанной машины являются высокий уровень вибраций, износ поршня о стенку цилиндра, что приводит к перетеканию рабочего тела через зазоры кольцевой полости между поршнем и цилиндром, засорению рабочего тела продуктами износа и снижает ресурс и надежность этих машин.The disadvantages of the known and also the above-described machines are a high level of vibration, piston wear on the cylinder wall, which leads to the flow of the working fluid through the gaps of the annular cavity between the piston and the cylinder, clogging of the working fluid by wear products and reduces the life and reliability of these machines.

Целью изобретения являются повышение ресурса и надежности устройства для получения холода.The aim of the invention is to increase the resource and reliability of the device for producing cold.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для получения холода, содержащее компрессор, приводимый в действие приводом, аппарат внешнего теплообмена (АВТ), магистраль, содержащая трубопроводы и регенератор и соединяющая полость переменного объема компрессора с полостью переменного объема детандера, теплообменник нагрузки, соединенный с полостью переменного объема детандера, причем в полости переменного объема детандера фаза изменения переменного объема смещена на заданный угол относительно фазы изменения переменного объема соединенной с ней полостью компрессора, компрессор и детандер выполнены по роторно-лопастной схеме, входные валы которых посредством передаточных механизмов с круглыми и некруглыми шестернями соединены с противоположными концами выходного вала привода, причем компрессор, детандер, передаточные механизмы, привод размещены на одной оси, компрессор и детандер содержат не менее одной дополнительной полости переменного объема каждый, каждая дополнительная полость переменного объема компрессора соединена дополнительной магистралью, содержащей трубопроводы и регенератор, не менее, чем с одной полостью переменного объема детандера, по крайней мере, одна из полостей переменного объема детандера соединена с теплообменником нагрузки, АВТ размещен на корпусе компрессора.This goal is achieved by the fact that in the device for producing cold, containing a compressor driven by a drive, an external heat exchange apparatus (ABT), a line containing pipelines and a regenerator and connecting a cavity of variable volume of the compressor with a cavity of variable volume of the expander, a heat exchanger connected to the cavity of the variable volume of the expander, and in the cavity of the variable volume of the expander the phase of the change of the variable volume is shifted by a predetermined angle relative to the phase of the change of the variable volume the compressor cavity that is integrated with it, the compressor and the expander are made according to the rotor-blade scheme, the input shafts of which are connected to the opposite ends of the drive output shaft by means of gears with round and non-circular gears, the compressor, expander, gears, the drive placed on one axis, the compressor and the expander contain at least one additional cavity of variable volume each, each additional cavity of variable volume of the compressor is connected by an additional line, containing aschey regenerator and piping, at least one cavity with variable volume expander, at least one of the cavities of variable volume expander connected to a load heat exchanger, AVT placed on the compressor casing.

Сущность изобретения поясняется графически на примере устройства для получения холода (УПХ) роторно-лопастной схемы.The invention is illustrated graphically on the example of a device for producing cold (UPH) of a rotor-blade scheme.

На фиг.1 изображено УПХ, продольный вертикальный разрез главного вида.Figure 1 shows the UPH, a longitudinal vertical section of the main view.

На фиг.2 изображен компрессор, передаточный механизм компрессора и привод УПХ.Figure 2 shows the compressor, the transmission gear of the compressor and the drive UPH.

На фиг.3 изображен детандер и передаточный механизм детандера.Figure 3 shows the expander and the transmission mechanism of the expander.

На фиг.4 изображена кинематическая схема УПХ.Figure 4 shows the kinematic diagram of the UPH.

На фиг.5 изображена схема работы УПХ (фаза 1).Figure 5 shows the operation of the UPH (phase 1).

На фиг.6 изображена схема работы устройства УПХ (фаза 2).Figure 6 shows the operation diagram of the UPX device (phase 2).

На фиг.7 изображена схема работы УПХ (фаза 3).Figure 7 shows the operation of the UPH (phase 3).

На фиг.8 изображена схема работы УПХ (фаза 4).On Fig shows a diagram of the UPH (phase 4).

Устройство для получения холода содержит компрессор 1 и детандер 2 (Фиг.1), выполненные по роторно-лопастной схеме, две магистрали 3 и 4 (Фиг.5), соединяющие пары диаметрально-противоположных полостей переменного объема (ППО) 5, 6 и 7, 8 (Фиг.5-8) компрессора 1 (Фиг.1) с соответствующими диаметрально-противоположными парами ППО 9, 10 и 11, 12 (Фиг.5-8) детандера 2 (Фиг.1), передаточный механизм компрессора (ПМК) 13 (Фиг.1) и передаточный механизм детандера (ПМД) 14 (Фиг.1), привод 15 (например, электродвигатель) (Фиг.1). ПМК 13 (Фиг.1) содержит вал-шестерню 16 (Фиг.1, 2, 4), установленную на выходном валу 17 (Фиг.1, 2) привода 15 (Фиг.1) со стороны компрессора 1 (Фиг.1), водило 18 (Фиг.2, 4), корпус 19 (Фиг.2), некруглое зубчатое колесо 20 (Фиг.1, 2, 4) ПМК 13 (Фиг.1), жестко установленное на внешнем входном валу 21 (Фиг.2) компрессора 1 (Фиг.1), некруглое зубчатое колесо 22 (Фиг.1, 4) ПМК 13 (Фиг.1), жестко установленное на внутреннем входном валу 23 (Фиг.1, 2) компрессора 1 (Фиг.1).A device for producing cold contains a compressor 1 and expander 2 (Figure 1), made according to a rotor-blade scheme, two lines 3 and 4 (Figure 5), connecting pairs of diametrically opposite cavities of variable volume (PPO) 5, 6 and 7 , 8 (Figs. 5-8) of compressor 1 (Fig. 1) with corresponding diametrically opposite pairs of PPO 9, 10 and 11, 12 (Figs. 5-8) of expander 2 (Fig. 1), the transmission gear of the compressor (PMC ) 13 (FIG. 1) and the expander’s transmission mechanism (PMD) 14 (FIG. 1), drive 15 (for example, an electric motor) (FIG. 1). PMK 13 (Fig. 1) contains a pinion shaft 16 (Figs. 1, 2, 4) mounted on the output shaft 17 (Figs. 1, 2) of the drive 15 (Fig. 1) from the compressor 1 (Fig. 1) , carrier 18 (Fig. 2, 4), housing 19 (Fig. 2), non-circular gear wheel 20 (Figs. 1, 2, 4) PMK 13 (Fig. 1), rigidly mounted on an external input shaft 21 (Fig. 2) compressor 1 (Fig. 1), a non-circular gear wheel 22 (Figs. 1, 4) PMK 13 (Fig. 1), rigidly mounted on the internal input shaft 23 (Figs. 1, 2) of compressor 1 (Fig. 1) .

В водиле 18 (Фиг.2, 4) со стороны привода 15 диаметрально-противоположно установлены два круглых зубчатых колеса - сателлиты 24 (Фиг.2, 4) и 25 (Фиг.2) с возможностью вращения вокруг своих осей, а со стороны компрессора 1 (Фиг.1) диаметрально-противоположно установлены два блока шестерен 26 (Фиг.1, 4) и 27 (Фиг.1) с возможностью вращения вокруг своих осей.In the carrier 18 (FIGS. 2, 4), from the drive 15 side, two round gears are mounted diametrically opposite - the satellites 24 (FIGS. 2, 4) and 25 (FIG. 2) with the possibility of rotation around their axes, and from the compressor side 1 (Fig. 1) two blocks of gears 26 (Figs. 1, 4) and 27 (Fig. 1) are mounted diametrically opposed with rotation around their axes.

В корпусе 19 установлены центральное неподвижное зубчатое колесо с внутренним зацеплением 28 (Фиг.2, 4) и неподвижное центральное круглое зубчатое колесо с внешним зацеплением 29 (Фиг.2, 4).In the housing 19, a central stationary gear wheel with internal gearing 28 (FIGS. 2, 4) and a fixed central circular gear wheel with external gearing 29 (FIGS. 2, 4) are installed.

Сателлиты 24 (Фиг.2) и 25 (Фиг.2, 4) сопряжены с центральным неподвижным зубчатым колесом с внутренним зацеплением 28 (Фиг.2, 4).Satellites 24 (FIG. 2) and 25 (FIGS. 2, 4) are interfaced with a central fixed gear with internal gear 28 (FIGS. 2, 4).

Блок шестерен 26 (Фиг.1, 4) содержит круглое зубчатое колесо 30 (Фиг.1, 4), установленное со стороны компрессора 1 (Фиг.1), некруглое зубчатое колесо 31 (Фиг.1, 4), некруглое зубчатое колесо 32 (Фиг.1, 4), зафиксированные относительно друг друга в осевом и угловом положении, причем угол между большими полуосями некруглых зубчатых колес 31 (Фиг.1, 4) и 32 (Фиг.1, 4) составляет 90°.The block of gears 26 (Fig. 1, 4) contains a round gear wheel 30 (Fig. 1, 4) mounted on the compressor side 1 (Fig. 1), a non-circular gear wheel 31 (Figs. 1, 4), a non-circular gear wheel 32 (Fig.1, 4), fixed relative to each other in axial and angular position, and the angle between the major semi-axes of the non-circular gears 31 (Figs. 1, 4) and 32 (Figs. 1, 4) is 90 °.

Блок шестерен 27 (Фиг.1) содержит круглое зубчатое колесо 33 (Фиг.1), установленное со стороны компрессора 1 (Фиг.1), некруглое зубчатое колесо 34 (Фиг.1), некруглое зубчатое колесо 35 (Фиг.1), зафиксированные относительно друг друга в осевом и угловом положении, причем угол между большими полуосями некруглых зубчатых колес 34 и 35 составляет 90°. Круглые зубчатые колеса 30 (Фиг.1, 4) и 33 (Фиг.1) блоков шестерен 26 (Фиг.1, 4) и 27 (Фиг.1) сопрягаются с неподвижным центральным круглым зубчатым колесом с внешним зацеплением 29 (Фиг.2, 4).The block of gears 27 (Fig. 1) contains a round gear 33 (Fig. 1) mounted on the compressor side 1 (Fig. 1), a non-circular gear 34 (Fig. 1), a non-circular gear 35 (Fig. 1), fixed relative to each other in axial and angular position, and the angle between the large semi-axes of the non-circular gears 34 and 35 is 90 °. The round gears 30 (Figs. 1, 4) and 33 (Fig. 1) of the gear blocks 26 (Figs. 1, 4) and 27 (Fig. 1) are mated to the stationary central round gear with external gearing 29 (Fig. 2) , four).

Компрессор 1 (Фиг.1) содержит корпус 36 (Фиг.2), внешний входной вал 21 (Фиг.2) с установленными на одном его конце в полости компрессора 1 (Фиг.1) двумя лопастями 37 и 38 (Фиг.1, 4) в диаметрально-противоположных направлениях, на другом его конце установлено некруглое зубчатое колесо 20 (Фиг.1, 4), соосный с внешним входным валом 21 (Фиг.2) внутренний входной вал 23 (Фиг.1) с установленными на одном его конце в полости компрессора 1 (Фиг.1) двумя лопастями 39 и 40 (Фиг.1, 4) в диаметрально-противоположном направлении, на другом его конце установлено некруглое зубчатое колесо 22 (Фиг.1, 4), аппарат внешнего теплообмена (АВТ) 41 (Фиг.2) (например, холодильник), соединенный с корпусом компрессора 1 (Фиг.1).Compressor 1 (FIG. 1) contains a housing 36 (FIG. 2), an external input shaft 21 (FIG. 2) with two blades 37 and 38 mounted on one end in the cavity of compressor 1 (FIG. 1) (FIG. 1, 4) in diametrically opposite directions, a non-circular gear wheel 20 is installed on its other end (Figs. 1, 4), coaxial with the external input shaft 21 (Fig. 2), the internal input shaft 23 (Fig. 1) with one mounted on it the end in the cavity of the compressor 1 (Fig. 1) with two blades 39 and 40 (Figs. 1, 4) in the diametrically opposite direction, at its other end there is a non-circular gear tooth EDC 22 (1, 4), an external heat exchange unit (VDU) 41 (2) (e.g., refrigerator) connected to the compressor body 1 (Figure 1).

Некруглые зубчатые колеса 31 и 34 (Фиг.1) в блоках шестерен 26 и 27 (Фиг.1) ПМК 13 (Фиг.1) сопряжены с некруглым зубчатым колесом 20 (Фиг.1, 4) внешнего входного вала 21 (Фиг.2) компрессора 1 (Фиг.1), а некруглые зубчатые колеса 32 и 35 (Фиг.1) в блоках шестерен 26 (Фиг.1, 4) и 27 (Фиг.1) ПМК 13 (Фиг.1) сопряжены с некруглым зубчатым колесом 22 (Фиг.1, 4) на внутреннем входном валу 23 (Фиг.1) компрессора 1 (Фиг.1).Non-circular gears 31 and 34 (Fig. 1) in gear blocks 26 and 27 (Fig. 1) PMK 13 (Fig. 1) are coupled with a non-circular gears 20 (Figs. 1, 4) of an external input shaft 21 (Fig. 2) ) compressor 1 (Fig. 1), and non-circular gears 32 and 35 (Fig. 1) in gear blocks 26 (Figs. 1, 4) and 27 (Fig. 1) PMK 13 (Fig. 1) are paired with a non-circular gear the wheel 22 (Fig.1, 4) on the inner input shaft 23 (Fig.1) of the compressor 1 (Fig.1).

В магистрали 3 (Фиг.5) коллектор 42 (Фиг.1, 6) соединяет диаметрально-противоположные ППО 5 и 6 (Фиг.5) компрессора 1 (Фиг.1) через трубопровод 43 (Фиг.1, 6) с регенератором 44 (Фиг.1, 6). Регенератор 44 (Фиг.1, 6) соединен через трубопровод 45 (Фиг.1, 6) и коллектор 46 (Фиг.6) с диаметрально-противоположными ППО 9 и 10 (Фиг.5-8) детандера 2 (Фиг.1). В магистрали 4 (Фиг.5) коллектор 47 (Фиг.6) соединяет диаметрально-противоположные ППО 7 и 8 (Фиг.5-8) компрессора 1 (Фиг.1) через трубопровод 48 (Фиг.6) с регенератором 49 (Фиг.6). Регенератор 49 (Фиг.6) соединен через трубопровод 50 (Фиг.6) и коллектор 51 (Фиг.6) с диаметрально-противоположными ППО 11 и 12 (Фиг.5-8) детандера 2 (Фиг.1).In line 3 (Figure 5), the collector 42 (Figure 1, 6) connects diametrically opposed software 5 and 6 (Figure 5) of the compressor 1 (Figure 1) through a pipe 43 (Figure 1, 6) with the regenerator 44 (Fig. 1, 6). The regenerator 44 (Fig. 1, 6) is connected through a pipe 45 (Fig. 1, 6) and a collector 46 (Fig. 6) with diametrically opposed PPO 9 and 10 (Fig. 5-8) of the expander 2 (Fig. 1) . In line 4 (FIG. 5), a collector 47 (FIG. 6) connects diametrically opposed PPOs 7 and 8 (FIGS. 5-8) of compressor 1 (FIG. 1) through a conduit 48 (FIG. 6) to a regenerator 49 (FIG. .6). The regenerator 49 (Fig.6) is connected through a pipe 50 (Fig.6) and a collector 51 (Fig.6) with diametrically opposed PPO 11 and 12 (Fig.5-8) of the expander 2 (Fig.1).

ПМД 14 (Фиг.1) содержит вал-шестерню 52 (Фиг.1, 4), установленную на выходном валу 17 (Фиг.1) привода 15 (Фиг.1, 4) со стороны детандера 2 (Фиг.1), водило 53 (Фиг.1, 4), корпус 54 (Фиг.3), некруглое зубчатое колесо 55 (Фиг.1, 4), жестко установленное на внешнем выходном валу 56 (Фиг.1) ПМД 14 (Фиг.1), некруглое зубчатое колесо 57 (Фиг.1, 4) ПМК 14 (Фиг.1), жестко установленное на внутреннем выходном валу 58 (Фиг.1) ПМК 14 (Фиг.1).PMD 14 (Fig. 1) contains a pinion shaft 52 (Figs. 1, 4) mounted on the output shaft 17 (Fig. 1) of the drive 15 (Figs. 1, 4) from the expander 2 (Fig. 1), carrier 53 (Fig. 1, 4), housing 54 (Fig. 3), a non-circular gear wheel 55 (Fig. 1, 4), rigidly mounted on an external output shaft 56 (Fig. 1) PMD 14 (Fig. 1), non-circular gear wheel 57 (Fig. 1, 4) PMK 14 (Fig. 1), rigidly mounted on the internal output shaft 58 (Fig. 1) of the PMC 14 (Fig. 1).

В водиле 53 (Фиг.1, 4) со стороны привода 15 диаметрально-противоположно установлены два круглых зубчатых колеса - сателлиты 59 (Фиг.3) и 60 (Фиг.4) с возможностью вращения вокруг своих осей, а со стороны детандера 1 (Фиг.1) диаметрально-противоположно установлены два блока шестерен 61 (Фиг.1, 4) и 62 (Фиг.1) с возможностью вращения вокруг своих осей.In the carrier 53 (Figs. 1, 4), from the drive 15 side, two round gears are mounted diametrically opposite - the satellites 59 (Fig. 3) and 60 (Fig. 4) with the possibility of rotation around their axes, and from the expander 1 ( Figure 1) two blocks of gears 61 (Figs. 1, 4) and 62 (Fig. 1) are mounted diametrically opposed with rotation around their axes.

В корпусе 54 (Фиг.3) установлены центральное неподвижное зубчатое колесо с внутренним зацеплением 63 (Фиг.1, 4) и неподвижное центральное круглое зубчатое колесо с внешним зацеплением 64 (Фиг.1, 4).In the housing 54 (FIG. 3), a central fixed gear with internal gearing 63 (FIGS. 1, 4) and a fixed central circular gear with an external gearing 64 (FIGS. 1, 4) are installed.

Сателлиты 59 (Фиг.3) и 60 (Фиг.4) сопряжены с центральным неподвижным зубчатым колесом с внутренним зацеплением 63 (Фиг.1, 4).Satellites 59 (FIG. 3) and 60 (FIG. 4) are associated with a central fixed gear with internal gearing 63 (FIGS. 1, 4).

Блок шестерен 61 (Фиг.1, 3) содержит круглое зубчатое колесо 65 (Фиг.1), установленное со стороны детандера 1 (Фиг.1), некруглое зубчатое колесо 66 (Фиг.1), некруглое зубчатое колесо 67 (Фиг.1), зафиксированные относительно друг друга в осевом и угловом положении, причем угол между большими полуосями некруглых зубчатых колес 66 (Фиг.1) и 67 (Фиг.1) составляет 90°.The gear block 61 (Fig. 1, 3) contains a circular gear wheel 65 (Fig. 1) mounted on the side of the expander 1 (Fig. 1), a non-circular gear wheel 66 (Fig. 1), a non-circular gear wheel 67 (Fig. 1) ), fixed relative to each other in axial and angular position, and the angle between the large semi-axes of the non-circular gears 66 (Figure 1) and 67 (Figure 1) is 90 °.

Блок шестерен 62 (Фиг.3, 4) содержит некруглое зубчатое колесо 68 (Фиг.1, 4), установленное со стороны детандера 2 (Фиг.1), круглое зубчатое колесо 69 (Фиг.1, 4), некруглое зубчатое колесо 70 (Фиг.1, 4), зафиксированные относительно друг друга в осевом и угловом положении, причем угол между большими полуосями некруглых зубчатых колес 69 (Фиг.1, 4) и 70 (Фиг.1, 4) составляет 90°.The gear block 62 (Fig. 3, 4) contains a non-circular gear wheel 68 (Fig. 1, 4) mounted on the side of the expander 2 (Fig. 1), a circular gear wheel 69 (Figs. 1, 4), a non-circular gear wheel 70 (Fig.1, 4), fixed relative to each other in axial and angular position, and the angle between the major semi-axes of the non-circular gears 69 (Figs. 1, 4) and 70 (Figs. 1, 4) is 90 °.

Круглые зубчатые колеса 65 и 68 (Фиг.1) блоков шестерен 61 (Фиг.1, 3) и 62 (Фиг.1, 4) сопрягаются с неподвижным центральным круглым зубчатым колесом с внешним зацеплением 64 (Фиг.1, 4).Round gears 65 and 68 (Fig. 1) of gear blocks 61 (Figs. 1, 3) and 62 (Figs. 1, 4) are mated to a stationary central round gear with external gear 64 (Figs. 1, 4).

Некруглые зубчатые колеса 66 (Фиг.1) и 69 (Фиг.1, 4) в блоках шестерен 61 (Фиг.1, 3) и 62 (Фиг.3, 4) сопряжены с некруглым зубчатым колесом 55 (Фиг.1, 4), жестко установленным на внешнем выходном валу 56 (Фиг.1) ПМД 14 (Фиг.1), а некруглые зубчатые колеса 67 (Фиг.1) и 70 (Фиг.1, 4) в блоках шестерен 61 (Фиг.1, 3) и 62 (Фиг.3, 4) сопряжены с некруглым зубчатым колесом 57 (Фиг.1), жестко установленным на внутреннем выходном валу 58 (Фиг.1) ПМД 14 (Фиг.1). Внешний выходной вал 56 (Фиг.1) ПМД 14 (Фиг.1) соединен с внешним входным валом 71 (Фиг.3) детандера 2 (Фиг.1), а внутренний выходной вал 58 (Фиг.1) ПМД 14 (Фиг.1) соединен с внутренним входным валом 72 (Фиг.3) детандера 2 (Фиг.1).Non-circular gears 66 (Fig. 1) and 69 (Figs. 1, 4) in gear blocks 61 (Figs. 1, 3) and 62 (Figs. 3, 4) are mated to a non-circular gears 55 (Figs. 1, 4 ) rigidly mounted on the external output shaft 56 (Fig. 1) PMD 14 (Fig. 1), and non-circular gears 67 (Fig. 1) and 70 (Figs. 1, 4) in gear blocks 61 (Fig. 1, 3) and 62 (Figs. 3, 4) are interfaced with a non-circular gear wheel 57 (Fig. 1) rigidly mounted on the internal output shaft 58 (Fig. 1) of the PMD 14 (Fig. 1). The external output shaft 56 (FIG. 1) of the PMD 14 (FIG. 1) is connected to the external input shaft 71 (FIG. 3) of the expander 2 (FIG. 1), and the internal output shaft 58 (FIG. 1) of the PMD 14 (FIG. 1) is connected to the internal input shaft 72 (Figure 3) of the expander 2 (Figure 1).

Детандер 2 (Фиг.1) содержит корпус 73 (Фиг.3), внешний входной вал 71 (Фиг.3) с установленными на одном его конце в полости детандера 2 (Фиг.1) двумя лопастями 74 (Фиг.1, 4) и 75 (Фиг.1, 4) в диаметрально-противоположном направлении, и соединенный другим концом с внешним выходным валом 56 (Фиг.1) ПМД 14 (Фиг.1), соосный с внешним входным валом 71 (Фиг.3) внутренний входном вал 72 (Фиг.3) с установленными на одном его конце в полости детандера 2 (Фиг.1) двумя лопастями 76 (Фиг.1, 4) и 77 (Фиг.1, 4) в диаметрально-противоположном направлении, и соединенный другим концом с внутренним выходным валом 58 (Фиг.1) ПМД 14 (Фиг.1). Корпус 54 (Фиг.3) соединен через кожух 79 (Фиг.3) и термоизолятор 80 (Фиг.3) с передней крышкой 81 (Фиг.3) детандера 2 (Фиг.1), корпусом 73 (Фиг.3) и задней крышкой 82 (Фиг.3) детандера 2 (Фиг.1).The expander 2 (Fig. 1) contains a housing 73 (Fig. 3), an external input shaft 71 (Fig. 3) with two blades 74 (Figs. 1, 4) mounted on one end thereof in the cavity of the expander 2 (Fig. 1) and 75 (Figs. 1, 4) in a diametrically opposite direction, and connected at the other end to an external output shaft 56 (Fig. 1) PMD 14 (Fig. 1), coaxial with an external input shaft 71 (Fig. 3), an internal input shaft 72 (Fig. 3) with two blades 76 (Figs. 1, 4) and 77 (Figs. 1, 4) mounted at one end in the cavity of the expander 2 (Fig. 1) and diametrically opposed, and connected by another end with inner in output shaft 58 (Figure 1) PMD 14 (Figure 1). The housing 54 (Figure 3) is connected through a casing 79 (Figure 3) and a heat insulator 80 (Figure 3) with the front cover 81 (Figure 3) of the expander 2 (Figure 1), the housing 73 (Figure 3) and the back cover 82 (FIG. 3) of the expander 2 (FIG. 1).

Передняя крышка 81 (Фиг.3) детандера 2 (Фиг.1) соединена через рубашку 83 (Фиг.3) с корпусом 54 (Фиг.3).The front cover 81 (FIG. 3) of the expander 2 (FIG. 1) is connected through a jacket 83 (FIG. 3) to the housing 54 (FIG. 3).

Задняя крышка 82 (Фиг.3) детандера 2 (Фиг.1) выполняет роль теплообменника нагрузки.The back cover 82 (Figure 3) of the expander 2 (Figure 1) acts as a load heat exchanger.

Компрессор 1, детандер 2, ПМК 13 и ПМК 14, привод 15 (Фиг.1) размещены на одной оси.Compressor 1, expander 2, PMK 13 and PMK 14, drive 15 (Figure 1) are placed on the same axis.

Устройство для получения холода работает следующим образом.A device for producing cold works as follows.

Рабочий процесс в УПХ можно условно разделить на 4 фазы, плавно переходящие из одной в другую.The workflow in UPH can be conditionally divided into 4 phases, smoothly transitioning from one to another.

I фаза. Сжатие рабочего тела-газа (РТГ). В этой фазе в ППО 5 и 6 (Фиг.5) происходит изменение объема от максимального до промежуточного значения с повышением давления и температуры РТГ в замкнутом объеме, образуемым ППО 5 и 6 (Фиг.5) внутренними полостями магистрали 3 (Фиг.5) и ППО 9 и 10 (Фиг.5). При этом в ППО 9 и 10 (Фиг.5) в этой фазе происходит изменение объема от промежуточного до минимального значения с вытеснением РТГ из ППО 9 и 10 (Фиг.5) в магистраль 3 (Фиг.5), соединенную с ППО 5 и 6 (Фиг.5). В этот период происходит отвод тепла сжатия РТГ от корпуса 36 (Фиг.2) компрессора 1 (Фиг.1) в АВТ 41 (Фиг.2) для снижения температуры сжимаемого в ППО 5 и 6 (Фиг.5) РТГ, который меняет температуру от промежуточного до максимального значения. Далее происходит снижение температуры РТГ за счет отвода тепла от него в регенераторе 44 (Фиг.1, 6).I phase. Compression of the working fluid-gas (RTG). In this phase, in the PPO 5 and 6 (Figure 5), the volume changes from the maximum to an intermediate value with an increase in the pressure and temperature of the RTG in the closed volume formed by the PPO 5 and 6 (Figure 5) by the internal cavities of the line 3 (Figure 5) and PPO 9 and 10 (Figure 5). In this case, in the software 9 and 10 (Figure 5) in this phase, the volume changes from intermediate to minimum with the displacement of the RTG from the software 9 and 10 (Figure 5) to the highway 3 (Figure 5) connected to the software 5 and 6 (FIG. 5). During this period, the compression heat of the RTG is removed from the housing 36 (Figure 2) of the compressor 1 (Figure 1) in the AWT 41 (Figure 2) to reduce the temperature of the RTG compressible in the software 5 and 6 (Figure 5), which changes the temperature from intermediate to maximum. Next, there is a decrease in the temperature of the RTG due to heat removal from it in the regenerator 44 (Fig.1, 6).

II фаза. Вытеснение РТГ. В этой фазе в ППО 5 и 6 (Фиг.6) происходит изменение объема от промежуточного до минимального значения с вытеснением РТГ из ППО 5 и 6 (Фиг.6) в магистраль 3 (Фиг.3), соединенную с ППО 9 и 10 (Фиг.5). При этом в ППО 5 и 6 (Фиг.6) в этой фазе происходит изменение объема от минимального до промежуточного значения с совершением работы по преодолению сил трения.II phase. Extrusion of RTG. In this phase, in the software 5 and 6 (Fig. 6), the volume changes from intermediate to the minimum value with the displacement of the RTG from the software 5 and 6 (Figure 6) to the highway 3 (Figure 3) connected to the software 9 and 10 ( 5). In this case, in the software 5 and 6 (Fig.6) in this phase, the volume changes from the minimum to the intermediate value with the work to overcome the friction forces.

III фаза. Расширение РТГ. В течение этой фазы в ППО 5 и 6 (Фиг.7) происходит изменение объема от минимального до промежуточного значения. При этом в ППО 9 и 10 (Фиг.7) в этой фазе происходит изменение объема от промежуточного до максимального значения с совершением работы по преодолению сил трения. В ППО 9 и 10 (Фиг.7) происходит расширение РТГ с охлаждением до заданной температуры задней крышки 81 (Фиг.3) детандера 2 (Фиг.1), выполняющей роль теплообменника нагрузки.III phase. Expansion of RTG. During this phase, in the software 5 and 6 (Fig.7) there is a change in volume from a minimum to an intermediate value. In this case, in the software 9 and 10 (Fig.7) in this phase, the volume changes from intermediate to maximum value with the work to overcome the friction forces. In PPO 9 and 10 (Fig. 7), the RTG expands with cooling to a predetermined temperature of the back cover 81 (Fig. 3) of the expander 2 (Fig. 1), which acts as a load heat exchanger.

IV фаза. Обратное вытеснение расширившегося РТГ. В этом периоде в ППО 5 и 6 (Фиг.8) происходит изменение объема от промежуточного до максимального значения, а в ППО 9 и 10 (Фиг.8) происходит изменение объема от максимального до промежуточного значения с вытеснением охлажденного РТГ в магистраль 3 (Фиг.5). В регенераторе 44 (Фиг.1, 6) происходит нагрев РТГ с одновременным охлаждением регенератора 44 (Фиг.1, 6). На входе в компрессор 1 (Фиг.1) температура РТГ в установившемся режиме соответствует температуре РТГ при выходе из компрессора в фазах I и II.IV phase. Reverse crowding out of expanded RTG. In this period, in the software 5 and 6 (Fig. 8), the volume changes from intermediate to maximum, and in the software 9 and 10 (Fig. 8), the volume changes from the maximum to intermediate with the displacement of the cooled RTG to line 3 (Fig. .5). In the regenerator 44 (FIGS. 1, 6), the RTG is heated with simultaneous cooling of the regenerator 44 (FIGS. 1, 6). At the inlet to the compressor 1 (Figure 1), the temperature of the RTG in steady state corresponds to the temperature of the RTG upon exiting the compressor in phases I and II.

Процессы, происходящие в ППО 7 и 8 (Фиг.5-8) компрессора 1 (Фиг.1), магистрали 4 (Фиг.5), соединяющей ППО 7 и 8 (Фиг.5-8) компрессора 1 (Фиг.1) с ППО 11 и 12 (Фиг.5-8) детандера 2 (Фиг.1), в ППО 11 и 12 (Фиг.5-8) детандера 2 (Фиг.1) аналогичны вышеописанным процессам и протекают в противофазе относительно соответствующих процессов в ППО 5 и 6 (Фиг.5-8) компрессора 1 (Фиг.1), магистрали 3 (Фиг.5), соединяющей ППО 5 и 6 (Фиг.5-8) компрессора с ППО 9 и 10 (Фиг.5-8) детандера, в ППО 9 и 10 (Фиг.5-8). При этом фаза изменения каждого переменного объема в компрессоре 1 (Фиг.1) смещена на 90° относительно фазы изменения соединенного с ней переменного объема детандера 2 (Фиг.1).The processes taking place in the software 7 and 8 (Figure 5-8) of the compressor 1 (Figure 1), the highway 4 (Figure 5) connecting the software 7 and 8 (Figure 5-8) of the compressor 1 (Figure 1) with PPO 11 and 12 (Figure 5-8) of expander 2 (Figure 1), in PPO 11 and 12 (Figure 5-8) of expander 2 (Figure 1) are similar to the above processes and proceed in antiphase relative to the corresponding processes in PPO 5 and 6 (Figs. 5-8) of compressor 1 (Fig. 1), line 3 (Fig. 5) connecting PPO 5 and 6 (Figs. 5-8) of the compressor with PPO 9 and 10 (Figs. 5- 8) expander, in PPO 9 and 10 (Fig.5-8). In this case, the phase of change of each variable volume in the compressor 1 (Figure 1) is shifted by 90 ° relative to the phase of change of the variable volume of the expander 2 connected to it (Figure 1).

Следует отметить, что во всех фазах период происходит отвод в АВТ 41 (Фиг.2) тепла сжатия РТГ от корпуса 36 (Фиг.2) компрессора 1 (Фиг.1), а также отвод тепловых потоков от теплообменника нагрузки для снижения температуры РТГ, сжимаемого в компрессоре 1 (Фиг.1).It should be noted that in all phases the period occurs in the AWT 41 (Figure 2) the compression heat of the RTG from the housing 36 (Figure 2) of the compressor 1 (Figure 1), as well as the removal of heat fluxes from the heat exchanger load to reduce the temperature of the RTG, compressible in the compressor 1 (Figure 1).

Указанные фазы рабочего процесса повторяются циклически в ходе работы УПХ.The indicated phases of the working process are repeated cyclically during the operation of the UPH.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны. Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".This is the totality of essential features that provides a technical result in all cases to which the requested amount of legal protection applies. The applicant has not identified sources containing information about technical solutions identical to the present invention, which allows us to conclude that it meets the criterion of "novelty."

Предложенное техническое решение повышает надежность устройства за счет снижения вибраций, уменьшения перетекания рабочего тела через зазоры кольцевой полости между лопастями и корпусами компрессора и детандера, уменьшения износа контактируемых поверхностей в ППО и, как следствие, уменьшения засорения рабочего тела продуктами износа.The proposed technical solution improves the reliability of the device by reducing vibrations, reducing the flow of the working fluid through the gaps of the annular cavity between the blades and the compressor and expander bodies, reducing the wear of contacted surfaces in the PPO and, as a result, reducing the clogging of the working fluid by wear products.

Claims (1)

Устройство для получения холода, содержащее компрессор, приводимый в действие приводом, аппарат внешнего теплообмена (АВТ), магистраль, содержащую трубопроводы и регенератор и соединяющую полость переменного объема компрессора с полостью переменного объема детандера, теплообменник нагрузки, соединенный с полостью переменного объема детандера, причем в полости переменного объема детандера фаза изменения переменного объема смещена на заданный угол относительно фазы изменения переменного объема соединенной с ней полости компрессора, отличающееся тем, что компрессор и детандер выполнены по роторно-лопастной схеме, входные валы которых посредством передаточных механизмов с круглыми и некруглыми шестернями соединены с противоположными концами выходного вала привода, компрессор, детандер, передаточные механизмы, привод размещены на одной оси, компрессор и детандер содержат не менее одной дополнительной полости переменного объема каждый, каждая дополнительная полость переменного объема компрессора соединена дополнительной магистралью, содержащей трубопроводы и регенератор, не менее чем с одной полостью переменного объема детандера, по крайней мере, одна из полостей переменного объема детандера соединена с теплообменником нагрузки, АВТ размещен на корпусе компрессора.A device for producing a cold, comprising a compressor driven by a drive, an external heat exchange apparatus (ABT), a line containing pipelines and a regenerator and connecting a cavity of variable volume of the compressor with a cavity of variable volume of the expander, a heat exchanger connected to the cavity of variable volume of the expander, the cavity of the variable volume of the expander, the phase of the change of the variable volume is shifted by a predetermined angle relative to the phase of the change of the variable volume of the compressor cavity connected to it, characterized in that the compressor and the expander are made according to the rotor-blade scheme, the input shafts of which are connected to the opposite ends of the drive output shaft by means of gears with round and non-circular gears, the compressor, expander, gears, the drive are located on the same axis, the compressor and expander at least one additional cavity of variable volume each, each additional cavity of variable volume of the compressor is connected by an additional line containing pipelines and reg generator, with at least one cavity of variable volume of the expander, at least one of the cavities of variable volume of the expander is connected to the load heat exchanger, the AVT is placed on the compressor casing.
RU2006128555/06A 2006-08-04 2006-08-04 Cold production device RU2320941C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006128555/06A RU2320941C1 (en) 2006-08-04 2006-08-04 Cold production device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006128555/06A RU2320941C1 (en) 2006-08-04 2006-08-04 Cold production device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2320941C1 true RU2320941C1 (en) 2008-03-27

Family

ID=39366371

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006128555/06A RU2320941C1 (en) 2006-08-04 2006-08-04 Cold production device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2320941C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4638943B2 (en) 4-cycle Stirling engine with two double piston units
EP2233691B1 (en) Volume expansion rotary piston machine
US7124585B2 (en) Scroll-type expander having heating structure and scroll-type heat exchange system employing the expander
US6109040A (en) Stirling cycle refrigerator or engine employing the rotary wankel mechanism
JP2001227616A (en) Driving device
EP2247844A2 (en) Linear multi-cylinder stirling cycle machine
EP1242727A1 (en) Apparatus using oscillating rotating pistons
KR20010071176A (en) Improvements relating to rotary piston machines
RU2387844C2 (en) Rotary piston engine with heat fed from outside
CN102588088A (en) Thread rotor engine
RU2320941C1 (en) Cold production device
RU2012116634A (en) SYSTEM FOR CREATING COMPRESSORS AND A ROTOR ENGINE WITH DYNAMICALLY CHANGED OPERATING VOLUME AND COMPRESSION FREQUENCY
CN108699998B (en) Rotary Stirling cycle apparatus and method
US20070036667A1 (en) Rotary piston heat engine system
JP2008163931A (en) Scroll type external combustion engine
SK284459B6 (en) Rotary displacement apparatus
RU2443888C2 (en) Multi-cylinder thermal machine with controlled output and with external heat supply
JP4344451B2 (en) Rotary fluid machine
JP5024750B2 (en) Rotary thermal fluid equipment
JP4344453B2 (en) Rotary fluid machine
RU1795237C (en) Heat-utilizing cryogenic rotary gas machine
RU2056599C1 (en) Pulsating-pressure refrigerating machine
RU2467174C2 (en) Piston machine
WO2005078269A1 (en) Rotary screw machine of volumetric type for use as an external combustion engine
JPH03222850A (en) Stirling engine

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110805