RU2434140C2 - Поршневой детандер и поршень для него - Google Patents
Поршневой детандер и поршень для него Download PDFInfo
- Publication number
- RU2434140C2 RU2434140C2 RU2009129716/06A RU2009129716A RU2434140C2 RU 2434140 C2 RU2434140 C2 RU 2434140C2 RU 2009129716/06 A RU2009129716/06 A RU 2009129716/06A RU 2009129716 A RU2009129716 A RU 2009129716A RU 2434140 C2 RU2434140 C2 RU 2434140C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- cylinder
- skirt
- neck
- expander
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
- F16J1/09—Pistons; Trunk pistons; Plungers with means for guiding fluids
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
- F01B1/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by number or relative disposition of cylinders or by being built-up from separate cylinder-crankcase elements
- F01B1/08—Reciprocating-piston machines or engines characterised by number or relative disposition of cylinders or by being built-up from separate cylinder-crankcase elements with cylinders arranged oppositely relative to main shaft and of "flat" type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
- F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
- F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
- F01K23/065—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion taking place in an internal combustion piston engine, e.g. a diesel engine
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/28—Other pistons with specially-shaped head
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
- F16J1/02—Bearing surfaces
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области двигателестроения. Описан поршень, а также поршневой детандер с поршнем, который имеет головку поршня, шейку поршня, а также юбку поршня, причем головка поршня имеет по меньшей мере одну канавку, проходящую в окружном направлении, которая пригодна для расположения поршневого кольца, и юбка поршня имеет втулку под болт и на своей внешней окружности направляющую поверхность, которая пригодна для направления поршня вдоль внутренней стенки цилиндра. Внешний диаметр шейки поршня меньше, чем внешний диаметр головки поршня и/или юбки поршня, и длина шейки поршня приблизительно соответствует ходу поршня в собранном состоянии. Может быть осуществлен надежный запуск нагружаемого паром поршневого детандера, а также эффективное разделение масляного и парового контуров. Благодаря разделению масляного и парового контуров должно надежно устраняться взаимное загрязнение контуров из-за попадания соответствующей среды. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение касается поршня поршневого детандера, а также поршневого детандера для использования в паровом контуре, связанного с двигателем внутреннего сгорания контура регенерации тепла, в котором преимущественно применяется такого рода поршень. Поршень имеет головку поршня, шейку поршня, а также юбку поршня, причем головка поршня имеет, по меньшей мере, одну канавку, проходящую в окружном направлении, которая пригодна для размещения поршневого кольца, и причем юбка поршня имеет приемный элемент для поршневого пальца, а на своей внешней периферии направляющую поверхность, пригодную для того, чтобы направлять поршень вдоль внутренней стенки цилиндра.
При разработке или дальнейшем развитии двигателей внутреннего сгорания в последние годы главное внимание уделяется работам, с одной стороны, направленным на минимизацию количества вредных веществ и, с другой стороны, - на повышение эффективности агрегатов. В этой связи возможность повысить эффективность современных двигателей внутреннего сгорания состоит в том, чтобы оптимально использовать тепло, получаемое в области двигателя внутреннего сгорания. Благодаря предусмотрению соответствующих мероприятий можно как ограничить конструктивные размеры необходимой охлаждающей установки, так и сделать пригодными для дальнейшего применения в области автомобиля потери тепла, выбрасываемого иначе лишь в окружающую среду.
Чтобы можно было по возможности эффективно использовать потери тепла, возникающие в зоне двигателя внутреннего сгорания, в возрастающей мере из-за этого форсируется разработка так называемых систем регенерации тепла, внутри которых возникающее в двигателе внутреннего сгорания тепло передается теплоносителям и с помощью находящейся в этом вторичном тепловом контуре паровой машине может быть использовано.
В этой связи из DE 3429727 A1 известен комбинированный двигатель внутреннего сгорания и паровой машины с использованием тепловых процессов, в котором минимизация расхода топлива должна достигаться прежде всего тем, что паровая машина включается после двигателя внутреннего сгорания. В названном в этой публикации комбинированным двигателем приводном блоке часть потерь тепла, вырабатываемых в двигателе внутреннего сгорания, переносится в охлаждающую воду, которая таким способом доводится до кипения. Пар, возникающий вследствие кипения охлаждающей воды, после этого накапливается под давлением в паровом котле и затем предоставляется в распоряжение паровой машины. Производимый паровой машиной приводной момент передается на коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания.
Далее в EP 1870575 A2 описывается автомобильный двигатель внутреннего сгорания с наддувом, который имеет охлаждающий контур, в котором циркулирует рабочая среда, которая, по меньшей мере частично, переводится в паро- или газообразное агрегатное состояние. В этом случае предусмотрен расширительный узел, который находится в активном соединении с выходным валом двигателя внутреннего сгорания через тяговый трос. В описанном расширительном узле выходной вал расширительного узла приводится в движение в результате преобразования энергии, содержащейся в по меньшей мере частично паро- или газообразной рабочей среде. Описанный расширительный узел выполнен как двухтактный поршневой двигатель, который косвенно или непосредственно через тяговый трос находится в активном соединении с выходным валом двигателя внутреннего сгорания.
Известен поршень поршневого детандера, имеющий головку поршня, шейку поршня, а также юбку поршня, причем головка поршня имеет, по меньшей мере, одну канавку, проходящую в окружном направлении, которая пригодна для приема поршневого кольца, а юбка поршня имеет втулку под болт, которая пригодна для приема поршневого пальца, и на своей внешней периферии направляющую поверхность, которая пригодна для направления поршня вдоль внутренней стенки цилиндра (WO 2005080836a1, 01.09.2005).
Известен также поршневой детандер с, по меньшей мере, двумя цилиндрами, расширительные камеры которых, по меньшей мере, частично и, по меньшей мере, временно с помощью, по меньшей мере, одного впускного клапана связаны с паровым контуром и в которых соответствующий находящийся в активном соединении с коленчатым валом через шатун поршень выполнен с возможностью перемещения между верхней и нижней мертвыми точками (SU 1364748A1, 07.01.1988).
Исходя из известных из уровня техники технических решений, в частности из известных поршневых детандеров, для использования потерь тепла, возникающих в двигателе внутреннего сгорания, с помощью парового контура, в основе изобретения лежит задача представления поршня, а также поршневого детандера, с помощью которых на основе сравнительно простых конструктивных средств реализуется эффективное использование содержащейся в паре энергии и, соответственно, потерь тепла, возникающих в двигателе внутреннего сгорания. С помощью представляемых технических решений должны быть, прежде всего, осуществлены надежный запуск нагружаемого паром поршневого детандера, а также эффективное разделение масляного и парового контуров. Благодаря разделению масляного и парового контуров должно надежно устраняться взаимное загрязнение контуров из-за попадания соответствующей среды.
Вышеназванная задача решается с помощью поршня согласно пункту 1, а также поршневого детандера по пункту 9. Преимущественные варианты осуществления изобретения являются предметом зависимых пунктов и подробнее поясняются в описании со ссылкой на чертежи.
Согласно изобретению поршень поршневого детандера, который имеет головку поршня, шейку поршня, а также юбку поршня, причем головка поршня имеет, по меньшей мере, одну канавку, проходящую в окружном направлении, которая пригодна для размещения поршневого кольца, и причем юбка поршня имеет приемный элемент, который пригоден для приема поршневого пальца, а на своей внешней периферии - направляющую поверхность, предназначенную для направления поршня вдоль внутренней стенки цилиндра, усовершенствован таким образом, что внешний диаметр шейки поршня меньше, чем внешний диаметр головки поршня и/или юбки поршня.
Соответствующий изобретению поршень отличается, в частности, тем, что дополнительно к обычно предусмотренной головке поршня, которая называется также как зона поршневых колец, и юбке поршня предусмотрена шейка поршня между обоими названными выше областями, которая отчетливо отделяет головку поршня от юбки поршня. Разделение юбки поршня и головки поршня осуществляется при этом, с одной стороны, через дистанцирования в продольном направлении благодаря находящейся между ними шейке поршня и, с другой стороны, - благодаря предусмотрению меньшего внешнего диаметра шейки поршня.
В одном специальном варианте осуществления изобретения юбка поршня предусматривает в примыкающей к шейке поршня области канавку, проходящую в окружном направлении поршня, которая пригодна для размещения (приема) уплотнения. Преимущественным образом уплотнение выполняется в виде уплотнения стержня. Такого рода уплотнение стержня предусматривает пустое пространство по существу между двумя расположенными на соответствующих краевых участках канавки уплотнительными элементами, в котором может собираться масло или маслосодержащие остатки из областей цилиндра, направляющих масло. С помощью соответственно выполненного уплотнения стержня, в частности, предпочтительным образом препятствуют тому, что масло или маслосодержащие остатки будет или будут направлены в область шейки поршня и/или в область цилиндра, направляющую пар.
Предпочтительным образом длина шейки поршня, которая имеет относительно головки поршня и юбки поршня уменьшенный внешний диаметр, выполняется так, что длина шейки поршня соответствует, по меньшей мере, приблизительно ходу поршня в собранном состоянии. Благодаря этому конструктивному признаку шейки поршня обеспечивается, в частности, что парообразная текучая среда или пар, выходящие через зону поршневого кольца из расширительной зоны цилиндра, может собираться в области шейки поршня и преимущественно расширяться в соответствующем полом пространстве. Более того, этот вариант осуществления шейки поршня предлагает возможность собирающиеся в собирающем пространстве, то есть полом пространстве между шейкой поршня и внутренней стенкой цилиндра, проникающие из камеры сгорания газы (Blow-by-Gase), т.е. проникающий из камеры сгорания пар, отсасывать через соответствующее отверстие внутри внутренней стенки цилиндра каждый раз во время движения поршня из собирающего пространства. Такого вида отсасываемый пар может быть особенно пригодным способом заново направлен в паровой контур и, тем самым, не будет потерян для всей системы.
Cледующее специальное выполнение изобретения предусматривает, что в юбке поршня предусмотрен, по меньшей мере, один канал утечки, который образует протекаемое текучей средой соединение между окружающей шейку поршня областью и областью внутри юбки поршня. Что касается этого, по меньшей мере, одного канала утечки, то допустимо выполнять его или в качестве отверстия внутри юбки поршня или, альтернативно или дополнительно, в качестве канала, который с одной стороны открыт к внутренней стенке цилиндра и который выполнен в поверхности юбки поршня и связывает полое пространство внутри канавки между обоими уплотнительными элементами уплотнения стержня с областью масла.
С помощью ранее описанного, по меньшей мере, одного канала утечки особенно надежно гарантировано, что масло, которое попало внутрь юбки поршня, в котором предусмотрено уплотнение для герметизации области масла от собирающего пространства шейки поршня, может быть направлено назад в область масла.
Соответствующее изобретению выполнение поршня для поршневого детандера, работающего на пару, обеспечивает тем самым, что, с одной стороны, в области головки поршня с помощью поршневых колец происходит герметизация от заполненной паром расширительной области цилиндра, что далее происходит герметизация в области юбки поршня относительно области масла, благодаря наличию соответствующего уплотнения, преимущественно уплотнения стержня и что, более того, в области шейки поршня, которая находится в продольном направлении поршня между головкой поршня и юбкой поршня, предусмотрено собирающее пространство, которое образует в собранном состоянии поршня полое пространство между внешней стенкой шейки поршня и внутренней стенкой цилиндра. Благодаря ранее названным техническим признакам выполненного соответственно изобретению поршня, с одной стороны, достигается надежное разделение направляющих пар и масло областей внутри цилиндра и, с другой стороны, обеспечивается, что в окружающем шейку поршня собирающем пространстве может собираться проникающий пар, который затем надежно отводится и направляется в паровой контур.
Направление соответствующего изобретению поршня производится со стороны масла, так что смазка гарантирована в любое время. Герметизация масляной стороны производится, как уже описывалось, с помощью соответствующего уплотнения, преимущественно уплотнения стержня. Минимальные утечки, которые собираются в области этого уплотнения, возвращаются через по меньшей мере один канал возврата утечки к нижней стороне юбки поршня или поршня и, тем самым, направляются назад, на масляную сторону. Кроме того, на юбку поршня возложена, в частности, задача воспринимать боковые силы, которые появляются от того, что поршень во время его эксплуатации попеременно надавливает на стенку цилиндра. Это вызывает, в том числе, качание поршня и обусловленные этим шумы. Этому качанию можно противодействовать, преимущественно, через минимизацию зазора между поршнем и цилиндром и, в частности, через увеличение длины юбки поршня. Следующее мероприятие, которое уменьшает качание поршня, состоит в смещении оси поршневого пальца по отношению к оси поршня.
Кроме того, изобретение касается поршневого детандера, который вводится при использовании потерь тепла от двигателя внутреннего сгорания для повышения коэффициента полезного действия всего приводного узла. Поршневой детандер, выполненный согласно изобретению, имеет при этом, по меньшей мере, два цилиндра, расширительное пространство которых, по меньшей мере частично и по меньшей мере временно с помощью по меньшей мере одного впускного клапана связано с паровым контуром, и в которых, соответственно, находящийся в активном соединении с коленчатым валом через шатун поршень подвижен между верхней и нижней мертвыми точками. Поршневой детандер, выполненный согласно изобретению, отличается тем, что коленчатый вал выполнен так, что как только, по меньшей мере, один цилиндр находится в нижней мертвой точке, по меньшей мере, один другой цилиндр уже расположен после верхней мертвой точки. Благодаря описанной выше геометрии соответствующий цилиндр находится после верхней мертвой точки, когда другой цилиндр находится в нижней мертвой точке. Такого рода конструктивное выполнение предпочтительным способом обеспечивает, что обратное вращение, а значит возвратный ход поршневого детандера будет предотвращен.
В специальном варианте осуществления изобретения поршневой детандер имеет исключительно два цилиндра, центральные оси которых параллельны в собранном положении и расположены со смещением по отношению друг к другу. Такого рода расположение цилиндров и тем самым поршней, движущихся в цилиндрах, реализуется посредством соответствующего выполнения (формы) кривошипного механизма.
Наряду с конструктивными признаками специального поршня поршневой детандер соответствующий изобретению, отличается предпочтительным образом тем, что дополнительно к впускному клапану предусмотрен расположенный параллельно ему байпасный клапан. Такого рода байпасный клапан обеспечивает предпочтительным образом, что гарантирован свободный от регулирования автоматический запуск поршневого детандера в надлежащем направлении.
Один особенно предпочтительный вариант осуществления поршневого детандера, отличается тем, что по меньшей мере один из действующих поршней имеет уже описанные соответствующие изобретению признаки. Таким образом, особое усовершенствование изобретения предусматривает, что у описанного поршневого детандера поршень выполнен так, что между стенкой цилиндра и внешней поверхностью шейки поршня в собранном состоянии предусмотрено полое пространство в качестве собирающего пространства для текучей среды. Такого рода техническое выполнение достигается преимущественным образом благодаря тому, что шейка направляемого внутри цилиндра поршня имеет меньший внешний диаметр, чем головка поршня и юбка поршня. Парообразная текучая среда, которая несмотря на наличие поршневых колец в области головки поршня проникает из направляющих пар областей внутреннего пространства цилиндра, в частности из расширительного пространства, в собирающее пространство, улавливается благодаря наличию соответственно рассчитанного собирающего пространства и достаточно расширяется.
В комбинации с ранее названными мероприятиями, т.е. наличия собирающего пространства в области между шейкой поршня и внутренней стенкой цилиндра, в области внутренней стенки цилиндра предусмотрено отверстие, через которое парообразные текучие среды образуются в собирающем пространстве, преимущественным способом могут быть выведены в область низкого давления парового контура.
В одном особом усовершенствовании поршневого детандера отверстие внутри стенки цилиндра выполняется так, что оно, несмотря на движение поршня между нижней и верхней мертвыми точками, в любой момент времени находится в области собирающего пространства. Длина шейки поршня между головкой поршня и юбкой поршня выбрана в этом случае такой, что длина шейки поршня по меньшей мере соответствует ходу поршня во время эксплуатации соответствующего изобретению поршневого детандера. Так как собирающее пространство связано с областью низкого давления парового контура, то в собирающем пространстве не создается давление и собранный в собирающем пространстве проникающий газ, или парообразная текучая среда, или проникающий пар можно без проблем вновь возвращать в паровой контур.
Изобретение характеризуется таким образом, в частности, тем, что в соответствующем изобретению поршневом детандере применяется поршень, который в области между головкой поршня и юбкой поршня имеет шейку поршня, которая по сравнению с головкой и юбкой поршня имеет меньший внешний диаметр. Это техническое выполнение поршня комбинируется преимущественным образом с уплотнением в области головки поршня с помощью, по меньшей мере, одного поршневого кольца и в области юбки поршня с помощью, по меньшей мере, одного уплотнения стержня. Этим способом производится надежное разделение между собственно рабочей средой, т.е. парообразной текучей средой и маслом, необходимым для смазки поршня и подшипников коленчатого вала и шатуна. Таким образом, не происходит никакого загрязнения сред - масло и пар - или происходит, по меньшей мере, лишь минимальное взаимное загрязнение этих сред.
В случае другого особенного соответствующего изобретению варианта поршневого детандера предусмотрено, что внутренняя стенка цилиндра образована, по меньшей мере, из двух частей, с предпочтительно, по меньшей мере, первым материалом в области головки поршня и одним вторым материалом в области юбки поршня. За счет этого, в зависимости от типа используемых сред, можно получить оптимальный выбор материалов для входящей в контакт с поршнем области стенки цилиндра. Так, например, в паровой области поршня может быть предусмотрена втулка из латуни или алюминиевой бронзы, в то время как в области юбки поршня была бы предпочтительна втулка из серого чугуна, так как она находится в контакте с маслом. Далее различные участки внутренней стенки цилиндр в зависимости от потребности в обработке, допусках, коэффициентах трения, качестве поверхности или геометрии могут идеально подгоняться к любым требованиям.
Далее изобретение подробнее поясняется со ссылками на фигуры, но без ограничения общей идеи изобретения. Здесь показано:
Фиг.1: Разрез поршня, выполненного в соответствии с изобретением;
Фиг.2: Внешний вид поршня, выполненного в соответствии с изобретением;
Фиг.3: Схематичное изображение геометрии кривошипного механизма поршневого детандера, выполненного в соответствии с изобретением, с коленчатым валом и двумя цилиндрами.
Фиг.1 показывает выполненный в соответствии с изобретением поршень с головкой 1 поршня, шейкой 2 поршня, а также юбкой 3 поршня. Головка 1 поршня имеет две расположенные в окружном направлении канавки 4, которые выполнены пригодными для размещения (приема) соответствующих поршневых колец 5. В противоположность этому юбка 3 поршня имеет направляющую поверхность 6, с помощью которой поршень во время эксплуатации направляется внутри цилиндра 7. Далее, в верхней области юбки 3 поршня, в непосредственной близости от шейки 2 поршня, предусмотрены две канавки 8, в которых находятся уплотнения, выполненные в виде уплотнений стержня 9.
От головки 1 поршня и юбки 3 поршня шейка 2 поршня отличается прежде всего тем, что она имеет уменьшенный внешний диаметр и что она обеспечивает в продольном направлении поршня пространственное дистанцирование головки 1 поршня от юбки 3 поршня. Как только поршень, выполненный в соответствии с изобретением, будет находиться в собранном состоянии внутри цилиндра 7, между шейкой 2 поршня и внутренней стенкой 10 цилиндра образуется полое пространство, которое предусмотрено в качестве собирающего пространства 11 для парообразной текучей среды, которая проникает, несмотря на наличие соответствующих поршневых колец 5, из нагруженного паром расширительного пространства 12 цилиндра 7 в виде так называемого проникающего из рабочей камеры пара в это собирающее пространство 11.
Направление поршня на масляной стороне внутри цилиндра производится с помощью направляющей поверхности 6, которая образует, по меньшей мере, часть внешней поверхности юбки 3 поршня. Эта направляющая поверхность 6 воспринимает, в частности, боковые силы, действующие на поршень.
Уплотнения стержней 9, предусмотренные внутри канавок 8, заключают между уплотнительными элементами, которые обеспечивают уплотнение относительно направляющей масло области 13 цилиндра 7, также полое пространство 14, проходящее в окружном направлении поршня. Масло, которое собирается в этом полом пространстве 14 между обоими уплотнительными элементами уплотнения стержня 9, направляется обратно через соответствующие каналы 15 возврата утечек из этого полого пространства 14 в область 13, направляющую масло.
Кроме этого в области собирающего пространства 11 предусмотрено отверстие 16 во внутренней стенке 10 цилиндра, которое создает не проницаемое для текучей среды соединение между собирающим пространством 11 и областью низкого давления парового контура (не изображен). При этом отверстие 16 так выполнено внутри внутренней стенки 10 цилиндра и длина шейки 2 поршня определена такой, что отверстие 16 находится в каждый момент времени, во время движения поршня между верхней и нижней мертвыми точками в области собирающего пространства 11. Парообразная текучая среда, которая несмотря на поршневые кольца 5, попадает в это собирающее пространство 11, расширяется и, наконец, через отверстие 16 внутри внутренней стенки 10 цилиндра направляется в область низкого давления парового контура.
Комбинация уплотнения посредством поршневых колец 5 в области головки 1 поршня, а также в области юбки 3 поршня с помощью уплотнения стержня 9 с шейкой 2 поршня, во внешней области которой образовано собирающее пространство 11 для протекающего из рабочей камеры газа, в частности пара, обеспечивает, что не произойдет или произойдет лишь минимальное обоюдное загрязнение масла и рабочей среды - пар. При этом техническое решение, соответствующее изобретению, отличается прежде всего тем, что оно реализует соответствующее уплотнение с помощью относительно простых конструктивных элементов.
Фиг.2 показывает внешний вид поршня, выполненного соответственно изобретению, в пространственном изображении. Направление поршня внутри цилиндра 7 происходит благодаря предусмотренной в области юбки 3 поршня направляющей поверхности 6. Далее, в области юбки 3 поршня предусмотрены две втулки 17 под болт, в которых закреплен шатун 18 с помощью соответствующего болта 19. Как только соответственно выполненный поршень внутри цилиндра 7 вследствие расширения сжатого пара внутри расширительной (рабочей) камеры 12 будет приведен в линейное движение, приводится в движение также шатун 18. Линейное движение поршня передается с помощью шатуна 18 на коленчатый вал 20 и таким образом преобразуется во вращательное движение. Коленчатый вал 20 поршневого детандера 21 находится косвенно, например через обгонную муфту, или непосредственно в механическом активном соединении с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания (не изображен).
Фиг.3 показывает выполненный в соответствии с изобретением поршневой детандер 21, с двумя цилиндрами 7. Далее, на этом изображении схематично изображены два пружинно нагруженных впускных клапана 22, на движение которых также действует вращение коленчатого вала 20. Цилиндры 7 и тем самым движущиеся в цилиндрах поршни расположены так, что средние оси цилиндров 7 расположены параллельно друг другу со смещением на расстояние A=B относительно друг друга. Соответствующее расположение цилиндров 7 относительно друг друга достигается за счет соответствующей реализации геометрии кривошипного механизма. Преимущественно смещение средних осей цилиндров друг относительно друга составляет 25 мм.
На основе геометрии, изображенной на Фиг.3, обеспечивается, что изображенный слева цилиндр 7 расположен после верхней мертвой точки, когда цилиндр, изображенный справа, находится в нижней мертвой точке. Такая же конфигурация наступает, как только поршни находятся в соответственно противостоящих конечных положениях. Это конструктивное мероприятие обеспечивает, что при протекании пара через расположенный параллельно впускному клапану цилиндра байпасный клапан поршень цилиндра движется в нижнюю мертвую точку и вследствие этого впускной клапан, соответственно, другого, находящегося после верхней мертвой точки цилиндра, открыт и при нагружении паром поршневой детандер самостоятельно приводится в действие в надлежащем направлении. Для позиционирования поршневого детандера 21 в одном из обоих мест приведения в действие в головках цилиндров предусмотрен расположенный параллельно впускному клапану байпасный клапан, который создает соединение между расширительной камерой 12 и системой подачи пара.
В период прогрева поршневого детандера 21 еще жидкая рабочая среда или влажный пар направляется не через расширительную камеру 12 цилиндра 7, а, прежде всего, через нагревающую линию в головке цилиндра с расположенным после этого дроссельным клапаном. Таким образом, сначала разогревается цилиндр 7. Как только в распоряжение предоставится достаточно тепла и массовый поток теплоносителя сможет полностью превратиться в пар, давление внутри системы подачи пара также повышается и пар, наконец, втекает через байпасные клапаны в разогретые расширительные камеры 12 цилиндров 7. Тот цилиндр, который не находится в фазе выпуска, подвергается давлению в направлении нижней мертвой точки. Таким образом, открывается впускной клапан противолежащего цилиндра и детандер приводится в действие самостоятельно при нагружении паром.
Claims (21)
1. Поршень поршневого детандера, имеющий головку (1) поршня, шейку (2) поршня, а также юбку (3) поршня, причем головка (1) поршня имеет, по меньшей мере, одну канавку (4), проходящую в окружном направлении, которая пригодна для приема поршневого кольца (5), а юбка (3) поршня имеет втулку (17) под болт, которая пригодна для приема поршневого пальца, и на своей внешней периферии направляющую поверхность (6), которая пригодна для направления поршня вдоль внутренней стенки (10) цилиндра, отличающийся тем, что внешний диаметр шейки (2) поршня меньше, чем внешний диаметр головки (1) поршня и/или юбки (3) поршня.
2. Поршень по п.1, отличающийся тем, что юбка (3) поршня в примыкающей к шейке поршня области имеет, по меньшей мере, одну канавку (8), проходящую в окружном направлении поршня, которая пригодна для приема уплотнения (9).
3. Поршень по п.2, отличающийся тем, что уплотнение выполнено в виде уплотнения стержня.
4. Поршень по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что шейка (2) поршня имеет длину, которая, по меньшей мере, приблизительно соответствует ходу поршня в собранном состоянии.
5. Поршень по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что в юбке (3) поршня предусмотрен, по меньшей мере, один канал (15) возврата утечки, который образует проходимое текучей средой соединение между канавкой (8), которая проходит в окружном направлении поршня в примыкающей к шейке (2) поршня области юбки (3) поршня, и направляющей масло в собранном состоянии поршня области (13) внутри юбки (3) поршня.
6. Поршень по п.5, отличающийся тем, что каналы (15) возврата утечки выполнены в виде канавок, проходящих в продольном направлении поршня, которые выполнены в юбке (3) поршня.
7. Поршень по п.5, отличающийся тем, что каналы (15) возврата утечки выполнены в виде непроницаемых для текучей среды отверстий внутри юбки (3) поршня.
8. Поршень по п.6, отличающийся тем, что каналы (15) возврата утечки выполнены в виде непроницаемых для текучей среды отверстий внутри юбки (3) поршня.
9. Поршневой детандер с, по меньшей мере, двумя цилиндрами (7), расширительные камеры (12) которых, по меньшей мере, частично и, по меньшей мере, временно с помощью, по меньшей мере, одного впускного клапана (22) связаны с паровым контуром, и в которых соответствующий находящийся в активном соединении с коленчатым валом (20) через шатун (18) поршень выполнен с возможностью перемещения между верхней и нижней мертвыми точками, отличающийся тем, что коленчатый вал (20) выполнен так, что как только, по меньшей мере, один поршень (7а) цилиндра будет находиться в нижней мертвой точке, по меньшей мере, один другой поршень (7b) другого цилиндра уже будет расположен после верхней мертвой точки, причем, по меньшей мере, один поршень выполнен в виде поршня по одному из пп.1-8.
10. Поршневой детандер по п.9, отличающийся тем, что предусмотрен байпасный клапан, расположенный по потоку параллельно впускному клапану.
11. Поршневой детандер по п.9 или 10, отличающийся тем, что предусмотрено исключительно два цилиндра (7), средние оси которых в собранном состоянии расположены параллельно и со смещением относительно друг друга.
12. Поршневой детандер по п.9 или 10, отличающийся тем, что поршень выполнен так, что между внутренней стенкой (10) цилиндра и внешней поверхностью шейки (2) поршня в собранном состоянии поршня предусмотрено полое пространство, пригодное в качестве собирающего пространства (11) для текучих сред.
13. Поршневой детандер по п.11, отличающийся тем, что поршень выполнен так, что между внутренней стенкой (10) цилиндра и внешней поверхностью шейки (2) поршня в собранном состоянии поршня предусмотрено полое пространство, пригодное в качестве собирающего пространства (11) для текучих сред.
14. Поршневой детандер по п.12, отличающийся тем, что собирающее пространство (11) с помощью, по меньшей мере, одного предусмотренного в головке (1) поршня поршневого кольца (5) уплотнено относительно расширительной камеры (12) цилиндра, направляющей пар.
15. Поршневой детандер по п.13, отличающийся тем, что собирающее пространство (11) с помощью, по меньшей мере, одного предусмотренного в головке (1) поршня поршневого кольца (5) уплотнено относительно расширительной камеры (12) цилиндра, направляющей пар.
16. Поршневой детандер по п.12, отличающийся тем, что собирающее пространство (11) с помощью, по меньшей мере, одного предусмотренного в юбке (3) поршня уплотнения (9) уплотнено относительно направляющей масло области (13) внутри цилиндра.
17. Поршневой детандер по п.12, отличающийся тем, что уплотнение выполнено в виде уплотнения (9) стержня.
18. Поршневой детандер по п.12, отличающийся тем, что внутренняя стенка (10) цилиндра имеет в области собирающего пространства (11) отверстие (16), с помощью которого, по меньшей мере, временно осуществляется соединение между собирающим пространством (11) и паровым контуром.
19. Поршневой детандер по п.18, отличающийся тем, что с помощью отверстия (16) собирающее пространство (11) выполнено с возможностью соединения непроницаемо для текучей среды с областью низкого давления парового контура.
20. Поршневой детандер по п.18, отличающийся тем, что отверстие (16) расположено во внутренней стенке (10) цилиндра так, что при движении поршня между верхней и нижней мертвыми точками отверстие (16) постоянно находится в области собирающего пространства (11).
21. Поршневой детандер по п.9, отличающийся тем, что внутренняя стенка (10) цилиндра образована, по меньшей мере, из двух частей, с предпочтительно, по меньшей мере, первым материалом в области головки поршня и вторым материалом в области юбки поршня.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ATA1204/2008 | 2008-08-04 | ||
AT0120408A AT507159B1 (de) | 2008-08-04 | 2008-08-04 | Hubkolbenexpansionsmaschine sowie kolben einer hubkolbenexpansionsmaschine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009129716A RU2009129716A (ru) | 2011-02-10 |
RU2434140C2 true RU2434140C2 (ru) | 2011-11-20 |
Family
ID=41202625
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009129716/06A RU2434140C2 (ru) | 2008-08-04 | 2009-08-03 | Поршневой детандер и поршень для него |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8381524B2 (ru) |
EP (1) | EP2154400B1 (ru) |
CN (1) | CN101644205B (ru) |
AT (1) | AT507159B1 (ru) |
BR (1) | BRPI0902964B1 (ru) |
RU (1) | RU2434140C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU170618U1 (ru) * | 2016-07-26 | 2017-05-02 | Григорий Сергеевич Калеман | Поршневой оппозитный двухцилиндровый бескривошипный бесклапанный детандер с вращающимися поршнями |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102010038543A1 (de) * | 2010-07-28 | 2012-02-02 | Robert Bosch Gmbh | Über einen Dampfkraftprozess antreibbare Kolbenmaschine |
DE102013211887A1 (de) | 2013-06-24 | 2014-12-24 | Robert Bosch Gmbh | Kolbenmaschine |
CN111425314B (zh) * | 2020-04-22 | 2024-05-10 | 徐州弦波引擎机械科技有限公司 | 一种水平对置式发动机活塞 |
Family Cites Families (39)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1162775A (en) * | 1915-03-06 | 1915-12-07 | Knut Jonas Elias Hesselman | Internal-combustion engine. |
US1432799A (en) * | 1920-11-16 | 1922-10-24 | James M Officer | High-power oil-returning piston |
US1562692A (en) * | 1922-10-12 | 1925-11-24 | Rochefort-Lucay Claude De | Surcharger for aeroplane engines |
US2103787A (en) * | 1936-02-28 | 1937-12-28 | Irwin H Linton | Internal combustion engine |
US2212167A (en) * | 1937-02-26 | 1940-08-20 | Adolphe C Peterson | Pressure injection and driving internal combustion engine |
US2278019A (en) * | 1940-03-08 | 1942-03-31 | Hastings Mfg Co | Piston ring assembly |
US2559484A (en) * | 1943-11-26 | 1951-07-03 | E H Walbridge | Internal-combustion engine with compound head |
US2497781A (en) * | 1948-07-13 | 1950-02-14 | Theodore A Logashkin | Forced draft air-cooling system for internal-combustion engines |
US2814551A (en) * | 1949-10-07 | 1957-11-26 | Shell Dev | Method and reciprocating compressionreactor for short period, high temperature and high pressure chemical reactions |
US2638390A (en) * | 1950-08-02 | 1953-05-12 | Johannes E Neeme | Piston and ring |
US2827348A (en) * | 1954-08-23 | 1958-03-18 | Sealed Power Corp | Piston support and ring groove adapter |
US2831461A (en) * | 1957-04-10 | 1958-04-22 | Mckierman Terry Corp | Pile hammer having integral built-in surge tank and enclosed protected valve gear |
GB1032523A (en) * | 1964-01-15 | 1966-06-08 | British Internal Combust Eng | Improvements in or relating to internal combustion engines and pistons therefor |
US3747478A (en) * | 1971-05-13 | 1973-07-24 | Lear Siegler Inc | Liquid sealing means for a high pressure pump |
US4004421A (en) * | 1971-11-26 | 1977-01-25 | Ketobi Associates | Fluid engine |
HU171416B (hu) * | 1975-11-21 | 1978-01-28 | Budapesti Mueszaki Egyetem | Porshen' k dvigateljam vnutrennego sgoranija a tak zhe dvigatel' s takim porshnem |
JPS5537505A (en) * | 1978-09-07 | 1980-03-15 | Nippon Piston Ring Co Ltd | Piston |
GB2113800B (en) * | 1982-01-19 | 1986-01-22 | Bernard Hooper | Lubricating 2-stroke engine pistons |
JPS58178441U (ja) * | 1982-05-24 | 1983-11-29 | 日産自動車株式会社 | 自動車用内燃機関のピストンリング装置 |
JPS5993920A (ja) * | 1982-11-18 | 1984-05-30 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 2サイクルエンジン |
DE3429727A1 (de) * | 1984-08-13 | 1986-02-13 | Hermann Dipl.-Ing. 5401 Kobern-Gondorf Bongers | Brennkraft/dampf-verbundmotor mit nutzung der prozesswaerme |
US4615531A (en) * | 1985-02-19 | 1986-10-07 | Green George D | Double ring piston sealing arrangement |
US4912923A (en) * | 1987-02-24 | 1990-04-03 | Lin Abraham S | Double-rotor rotary engine and turbine |
US5327987A (en) * | 1992-04-02 | 1994-07-12 | Abdelmalek Fawzy T | High efficiency hybrid car with gasoline engine, and electric battery powered motor |
US5261362A (en) * | 1992-11-30 | 1993-11-16 | Chrysler Corporation | Piston assembly having multiple piece compression ring |
US5894729A (en) * | 1996-10-21 | 1999-04-20 | Proeschel; Richard A. | Afterburning ericsson cycle engine |
FI19992301A (fi) * | 1999-10-25 | 2001-04-26 | Timo Tapani Janhunen | Z-moottori |
US6672263B2 (en) * | 2002-03-06 | 2004-01-06 | Tony Vallejos | Reciprocating and rotary internal combustion engine, compressor and pump |
SE0400442D0 (sv) * | 2004-02-25 | 2004-02-25 | Ingenjoers R A Teknik Fa | Sealing arrangement for relatively movable parts and device including such a sealing arrangement |
EP1593820A1 (de) * | 2004-05-04 | 2005-11-09 | Uwe Hansen | Verfahren zur Erhöhung des Wirkungsgrades aller Wärmekraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugte Wärmeenergie bis auf unter 100 C in mechanisch nutzbare Energie umgewandelt wird. |
US7028476B2 (en) * | 2004-05-22 | 2006-04-18 | Proe Power Systems, Llc | Afterburning, recuperated, positive displacement engine |
US7389755B2 (en) * | 2005-07-21 | 2008-06-24 | Ronald Dean Noland | Tandem-piston engine |
US20070074695A1 (en) * | 2005-10-04 | 2007-04-05 | Mahle Technology, Inc. | Piston having improved cooling characteristics |
DE102006028868B4 (de) * | 2006-06-23 | 2017-07-13 | Man Truck & Bus Ag | Aufgeladene Brennkraftmaschine mit einer Expandereinheit in einem Wärmerückgewinnungskreislauf |
US7895978B2 (en) * | 2006-09-12 | 2011-03-01 | Soundstarts, Inc. | Non-polluting two-stroke engine with air-cooled piston |
CN101680310A (zh) * | 2007-03-07 | 2010-03-24 | 詹姆斯·V·哈蒙 | 具有回收自废热的辅助蒸汽动力的内燃机 |
US7383808B1 (en) * | 2007-07-03 | 2008-06-10 | Federal-Mogul World Wide, Inc. | Articulated piston skirt |
JP2009257168A (ja) * | 2008-04-16 | 2009-11-05 | Yamaha Motor Co Ltd | エンジン及びそれを備えた鞍乗型車両 |
KR20090126699A (ko) * | 2008-06-05 | 2009-12-09 | 현대자동차주식회사 | 엔진의 피스톤 |
-
2008
- 2008-08-04 AT AT0120408A patent/AT507159B1/de not_active IP Right Cessation
-
2009
- 2009-07-22 EP EP09009456.6A patent/EP2154400B1/de active Active
- 2009-08-03 RU RU2009129716/06A patent/RU2434140C2/ru active
- 2009-08-04 US US12/535,480 patent/US8381524B2/en active Active
- 2009-08-04 CN CN200910160291XA patent/CN101644205B/zh active Active
- 2009-08-04 BR BRPI0902964-8A patent/BRPI0902964B1/pt active IP Right Grant
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU170618U1 (ru) * | 2016-07-26 | 2017-05-02 | Григорий Сергеевич Калеман | Поршневой оппозитный двухцилиндровый бескривошипный бесклапанный детандер с вращающимися поршнями |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20100083659A1 (en) | 2010-04-08 |
BRPI0902964B1 (pt) | 2020-11-17 |
BRPI0902964A2 (pt) | 2010-07-13 |
EP2154400B1 (de) | 2016-09-07 |
CN101644205A (zh) | 2010-02-10 |
AT507159B1 (de) | 2011-03-15 |
US8381524B2 (en) | 2013-02-26 |
RU2009129716A (ru) | 2011-02-10 |
EP2154400A2 (de) | 2010-02-17 |
EP2154400A3 (de) | 2010-04-07 |
CN101644205B (zh) | 2012-03-21 |
AT507159A1 (de) | 2010-02-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4111104A (en) | Engine with low friction piston | |
US20130047605A1 (en) | Turbocharger | |
RU2434140C2 (ru) | Поршневой детандер и поршень для него | |
JP5014264B2 (ja) | 空冷式汎用v型エンジンにおける潤滑装置 | |
JP4120643B2 (ja) | ピストン装置 | |
US7246552B2 (en) | Piston having asymmetrical pin bore slot placement | |
KR20040091546A (ko) | 소기관 제어 밸브 장치를 구비한 내연 기관 | |
CN101782056A (zh) | 双缸滑块式空气压缩机 | |
RU2122643C1 (ru) | Поршневой двигатель внутреннего сгорания | |
CN214787659U (zh) | 一种水冷式摩托车发动机及采用该发动机的摩托车 | |
JP2000054844A (ja) | ディ―ゼルエンジン | |
CA2868420A1 (en) | Piston engine for converting a pressurized gas into mechanical energy | |
US20130118174A1 (en) | Piston engine drivable using a steam power process | |
KR100396588B1 (ko) | 단기통 내연엔진의 윤활구조 | |
RU2120045C1 (ru) | Двигатель внутреннего сгорания с высокой степенью сжатия (лад-3) | |
KR200431488Y1 (ko) | 소기관 제어 밸브 장치를 구비한 내연 기관 | |
JP2023070561A (ja) | スターリングエンジン | |
RU2631475C1 (ru) | Кривошипно-шатунный механизм с прямоугольным поршнем | |
RU2250377C2 (ru) | Поршневая машина | |
DK174260B1 (da) | Torusformet 2 takt forbrændingsmotor med oscillerende dobbeltvirkende stempelarme | |
US20120298065A1 (en) | Engine | |
RU2411387C2 (ru) | Поршневой двигатель | |
CN114829758A (zh) | 用于内燃发动机的活塞 | |
RU2263803C1 (ru) | Двигатель внутреннего сгорания | |
EA015494B1 (ru) | Газораспределительный механизм четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с цилиндрическими золотниками |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |