RU2660982C2 - Piston hybrid energy machine with stepped seal - Google Patents

Piston hybrid energy machine with stepped seal Download PDF

Info

Publication number
RU2660982C2
RU2660982C2 RU2016147655A RU2016147655A RU2660982C2 RU 2660982 C2 RU2660982 C2 RU 2660982C2 RU 2016147655 A RU2016147655 A RU 2016147655A RU 2016147655 A RU2016147655 A RU 2016147655A RU 2660982 C2 RU2660982 C2 RU 2660982C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cavity
piston
cylinder
liquid
gas
Prior art date
Application number
RU2016147655A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016147655A (en
RU2016147655A3 (en
Inventor
Алексей Михайлович Баженов
Алексей Юрьевич Кондюрин
Виктор Евгеньевич Щерба
Александр Павлович Болштянский
Евгений Алексеевич Лысенко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"
Федеральное государственное унитарное предприятие "Федеральный научно-производственный центр "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 бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет", Федеральное государственное унитарное предприятие "Федеральный научно-производственный центр "ПРОГРЕСС" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"
Priority to RU2016147655A priority Critical patent/RU2660982C2/en
Publication of RU2016147655A publication Critical patent/RU2016147655A/en
Publication of RU2016147655A3 publication Critical patent/RU2016147655A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2660982C2 publication Critical patent/RU2660982C2/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B19/00—Machines or pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B17/00
    • F04B19/04—Pumps for special use
    • F04B19/06—Pumps for delivery of both liquid and elastic fluids at the same time
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/02—Packing the free space between cylinders and pistons

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
  • Details Of Reciprocating Pumps (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)
  • Compressor (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of power engineering, hydraulic and pneumatic devices, in particular for the gases and liquids compression and movement. Machine comprises a cylinder 1 and is located therein with a radial clearance δ1 in the upper part there is a differential piston 2 with a rod 3 with the formation of the upper compressor 4 and the lower pumping 5 cavities. Cavity 4 has a dead volume VM and is connected to the compressed gas source and consumer, respectively, through suction 6 and pressure 7 gas valves. Cavity 5 is with a source and a consumer of liquid through suction 8 and pressure 9 liquid valves. In the area of the cavity 5, there is a stepwise expansion of the cylinder 1 in the form of a recess 10 with the formation of a radial clearance δ2 greater than the radial clearance δ1. When the machine is running, the relation VM=V1-V2 is executed, where VM is the cavity 4 dead volume, V1 is the volume of fluid flowing from the cavity 5 into the cavity 4 during the liquid compression and injection; V2 is the volume of fluid flowing from the cavity 5 into the cavity 4 during the gas compression and injection. Above the piston 2 a layer of liquid is always present, wherein the thickness of this layer at the end of the gas compression process is equal to the linear dead volume LM, which allows to obtain high pressure in one stage with no leakages at all. Continuous circulation of the fluid in the gap between piston 2 and cylinder 1 reduces their temperature.
EFFECT: enables the use of large gaps between the piston 2 and the cylinder 1, that is, to eliminate the possibility of the piston 2 jamming when starting the machine, to arrange good cooling of the gas and to increase the machine economical efficiency.
1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, гидравлических и пневматических устройств и систем и может быть использовано при создании поршневых высокоэффективных машин для сжатия и перемещения газов и жидкостей, особенно в тех случаях, когда давление нагнетания жидкости относительно невелико (4-6 бар), а давление газа его значительно превосходит (например, 10-12 бар и более).The invention relates to the field of energy, hydraulic and pneumatic devices and systems and can be used to create piston high-performance machines for compressing and moving gases and liquids, especially in cases where the discharge pressure of the liquid is relatively small (4-6 bar), and the gas pressure it is significantly superior (for example, 10-12 bar or more).

Известна поршневая гибридная энергетическая машина, содержащая цилиндр и размещенный в нем поршень с образованием компрессорной и насосной полости (см., например, патент РФ на ПМ №125635. Поршневой насос-компрессор, МПК F04B 19/06, заявка №2012140810/06 от 24.09.2012, опубл. 10.03.2013, Бюл. №7).A known piston hybrid energy machine containing a cylinder and a piston placed therein with the formation of a compressor and pump cavity (see, for example, RF patent for PM No. 125635. Piston pump-compressor, IPC F04B 19/06, application No. 2012140810/06 of 24.09 .2012, published March 10, 2013, Bull. No. 7).

Известна поршневая гибридная энергетическая машина, содержащая цилиндр и размещенный в нем с радиальным зазором дифференциальный поршень с образованием компрессорной и насосной полости, причем компрессорная полость соединена с источником и потребителем сжатого газа через всасывающие и нагнетательные газовые клапаны, а жидкостная полость - с источником и потребителем жидкости через всасывающие и нагнетательные жидкостные клапаны (см. патент РФ на ПМ№118371 МПК F04B 19/06, заявка №2012107932/06 от 01.03.2012, опубл. 20.07. 2012, Бюл. №20).A piston hybrid energy machine is known, comprising a cylinder and a differential piston placed therein with a radial clearance to form a compressor and pump cavity, the compressor cavity being connected to a source and consumer of compressed gas through suction and discharge gas valves, and the liquid cavity is connected to a source and consumer of liquid through suction and discharge liquid valves (see RF patent for PM No. 118371 IPC F04B 19/06, application No. 2012107932/06 of 03/01/2012, publ. 20.07. 2012, Bull. No. 20).

Недостатком известных конструкций является их низкая экономичность при сжатии газов до высокого давления газа в одной ступени в связи с большими утечками, и невозможность обеспечения приемлемой экономичности при работе на сравнительно больших радиальных зазорах в цилиндропоршневой группе (порядка 30-50 мкм), что затрудняет ее изготовление.A disadvantage of the known designs is their low profitability when compressing gases to high gas pressure in one stage due to large leaks, and the inability to provide acceptable efficiency when working at relatively large radial clearance in the cylinder-piston group (about 30-50 microns), which makes it difficult to manufacture .

При использовании же малых (порядка 10-15 мкм) радиальных зазоров из-за неравномерности прогрева по длине поршня и цилиндра в процессе пуска, работа машины находится под постоянной угрозой заклинивания поршня в цилиндре. Все это вместе взятое снижает экономичность работы и надежность машины в период пуска.When using small (about 10-15 microns) radial clearances due to uneven heating along the length of the piston and cylinder during the start-up process, the machine is under constant threat of piston jamming in the cylinder. All this taken together reduces the efficiency and reliability of the machine during start-up.

Задачей изобретения является повышение экономичности поршневой гибридной энергетической машины и обеспечение ее надежного бесконтактного пуска.The objective of the invention is to increase the efficiency of the piston hybrid power machine and ensuring its reliable contactless start.

Указанная цель достигается тем, что в поршневой гибридной энергетической машине, содержащей цилиндр и размещенный в нем с радиальным зазором дифференциальный поршень с образованием верхней компрессорной и нижней насосной полости, причем компрессорная полость соединена с источником и потребителем сжатого газа через всасывающие и нагнетательные газовые клапаны, а жидкостная полость - с источником и потребителем жидкости через всасывающие и нагнетательные жидкостные клапаны, согласно изобретению, цилиндр в зоне насосной полости в нижней части цилиндра имеет ступенчатое расширение в виде выточки с образованием между нижней цилиндрической поверхностью поршня и поверхностью цилиндра радиального зазора большей величины, чем радиальный зазор между поршнем и цилиндром в зоне верхней компрессорной полости, и при этом соблюдаются следующие соотношения:This goal is achieved by the fact that in a reciprocating hybrid energy machine containing a cylinder and a differential piston placed in it with a radial clearance to form the upper compressor and lower pump cavities, the compressor cavity being connected to the source and consumer of compressed gas through suction and discharge gas valves, and liquid cavity - with a source and a consumer of liquid through the suction and discharge liquid valves, according to the invention, a cylinder in the area of the pump cavity in the lower th part of the cylinder has a stepped extension of the undercut to form between the lower surface of the piston and the cylindrical surface of the cylinder radial clearance values greater than the radial clearance between the piston and the cylinder in the vicinity of the top of the cavity of the compressor, and wherein the following relationships are observed:

VM=V1-V2,V M = V 1 -V 2 ,

где VM - мертвый объем компрессорной полости,

Figure 00000001
, где LM - линейный мертвый объем компрессорной полости, dP - диаметр поршня;where V M is the dead volume of the compressor cavity,
Figure 00000001
where L M is the linear dead volume of the compressor cavity, d P is the piston diameter;

- V1 - объем жидкости, перетекшей из жидкостной полости в компрессорную в процессе сжатия и нагнетания жидкости;- V 1 - the volume of fluid flowing from the fluid cavity to the compressor in the process of compression and injection of fluid;

- V2 - объем жидкости, перетекшей из компрессорной полости в жидкостную в процессе сжатия и нагнетания газа,- V 2 - the volume of fluid flowing from the compressor cavity into the liquid in the process of compression and injection of gas,

и при этом

Figure 00000002
and wherein
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

где

Figure 00000004
- средняя протяженность круговой щели с радиальным зазором δ1, pWG - среднее давление жидкости в зоне ступенчатого расширения цилиндра на ходе сжатия жидкости, pGB - давление всасывания газа, pG - среднее индикаторное давление газа в процессе его сжатия и нагнетания, pGW - среднее давление жидкости в зоне ступенчатого расширения цилиндра на ходе сжатия и нагнетания газа, μ - динамическая вязкость жидкости, ν - средняя скорость поршня, Т - время хода поршня из нижней мертвой точки (ВМТ) в верхнюю мертвую точку (НМТ) и наоборот.Where
Figure 00000004
is the average length of a circular slit with a radial clearance δ 1 , p WG is the average fluid pressure in the zone of stepwise expansion of the cylinder during compression of the fluid, p GB is the gas suction pressure, p G is the average indicator gas pressure during compression and injection, p GW is the average fluid pressure in the zone of stepwise expansion of the cylinder during gas compression and injection, μ is the dynamic viscosity of the fluid, ν is the average piston speed, T is the piston travel time from bottom dead center (TDC) to top dead center (BDC) and vice versa.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 схематично показано продольное сечение машины в некоторый промежуточный момент времени.In FIG. 1 schematically shows a longitudinal section of a machine at some intermediate point in time.

На фиг. 2 показано сечение машины в процессе хода всасывания газа и сжатия-нагнетания жидкости.In FIG. 2 shows a section of a machine during the course of gas suction and compression-pumping of a liquid.

На фиг. 3 показано сечение машины в момент окончания процессов всасывания газа и нагнетания жидкости.In FIG. Figure 3 shows the cross section of the machine at the end of the processes of gas suction and fluid injection.

На фиг. 4 показано сечение машины в момент нагнетания сжатого газа и всасывания жидкости.In FIG. Figure 4 shows the cross section of the machine at the time of injection of compressed gas and liquid suction.

На фиг. 5 показано сечение машины в момент окончания процессов нагнетания газа и нагнетания жидкости.In FIG. Figure 5 shows the cross section of the machine at the time the gas injection and liquid injection processes end.

Поршневая гибридная энергетическая машина (фиг. 1) содержит цилиндр 1 и размещенный в нем с радиальным зазором δ1 в верхней части дифференциальный поршень 2 со штоком 3 с образованием верхней компрессорной 4 и нижней насосной 5 полости.The piston hybrid energy machine (Fig. 1) contains a cylinder 1 and a differential piston 2 with a rod 3 located in it with a radial clearance δ 1 in the upper part with the formation of the upper compressor 4 and lower pump cavity 5.

Компрессорная полость 4 имеет мертвый объем VM и соединена с источником и потребителем сжатого газа соответственно через всасывающие 6 и нагнетательные 7 газовые клапаны, а жидкостная полость 5 - с источником и потребителем жидкости соответственно через всасывающие 8 и нагнетательные 9 жидкостные клапаны.Compressor cavity 4 has a dead volume V M and is connected to the source and consumer of compressed gas, respectively, through the suction 6 and pressure 7 gas valves, and the liquid cavity 5 is connected to the source and consumer of the liquid, respectively, through the suction 8 and pressure 9 liquid valves.

В зоне насосной полости 5 в нижней части цилиндра 1 имеется ступенчатое расширение в виде выточки 10 с образованием между нижней цилиндрической поверхностью поршня 2 и поверхностью цилиндра 1 радиального зазора δ2 большей величины, чем радиальный зазор δ1 между поршнем 2 и цилиндром 1 в зоне верхней компрессорной полости 4.In the area of the pump cavity 5 in the lower part of the cylinder 1, there is a stepwise expansion in the form of a recess 10 with the formation between the lower cylindrical surface of the piston 2 and the surface of the cylinder 1 of a radial clearance δ 2 larger than the radial clearance δ 1 between the piston 2 and cylinder 1 in the upper compressor cavity 4.

Машина содержит картер 11 (на чертеже показана только его верхняя часть) и контактное уплотнение 12, препятствующее утечкам жидкости из полости 5 в картер.The machine contains a crankcase 11 (only its upper part is shown in the drawing) and a contact seal 12, which prevents leakage of fluid from the cavity 5 into the crankcase.

Остальные обозначения.The remaining notation.

dP - диаметр поршня 2.d P - piston diameter 2.

ВМТ и НМТ - положение днища поршня 2 соответственно в верхней и нижней мертвой точке.TDC and BDC - the position of the piston bottom 2, respectively, at the top and bottom dead center.

LM - величина линейного мертвого объема.L M is the linear dead volume value.

L - расстояние от начала выточки 10 до ВМТ.L is the distance from the beginning of the undercut 10 to the TDC.

Figure 00000005
- длина уплотняющей части поршня 2 в зоне радиального зазора δ1.
Figure 00000005
- the length of the sealing part of the piston 2 in the zone of the radial clearance δ 1 .

Figure 00000006
- длина уплотняющей части поршня 2 в зоне радиального зазора δ2.
Figure 00000006
- the length of the sealing part of the piston 2 in the zone of the radial clearance δ 2 .

pGW - давление в месте перехода уплотняющей части длиной l1 в уплотняющую часть длиной l2 (начало выточки 10) при течении жидкости из полости 4 в полость 5.p GW is the pressure at the junction of the sealing part of length l 1 into the sealing part of length l 2 (beginning of the undercut 10) when the fluid flows from cavity 4 to cavity 5.

pWG - давление в месте перехода уплотняющей части длиной l1 в уплотняющую часть длиной l2 (начало выточки 10) при течении жидкости из полости 5 в полость 4.p WG is the pressure at the point of transition of the sealing part of length l 1 to the sealing part of length l 2 (beginning of undercut 10) when the fluid flows from cavity 5 into cavity 4.

LP - длина поршня 2.L P - piston length 2.

S - полный ход поршня 2.S - full piston stroke 2.

V1 - объем жидкости, поступивший в полость 4 при ходе поршня 2 вниз.V 1 - the volume of fluid received in the cavity 4 during the stroke of the piston 2 down.

V2 - объем жидкости, поступивший в полость 5 при ходе поршня 2 вверх.V 2 - the volume of fluid received in the cavity 5 during the stroke of the piston 2 up.

pG - давление газа в полости 4, pW - давление жидкости в полости 5.p G is the gas pressure in the cavity 4, p W is the fluid pressure in the cavity 5.

pWB и pWH - соответственно давление всасывания и нагнетания жидкости.p WB and p WH are the suction and discharge pressures of the fluid, respectively.

pGB и pGH - соответственно давление всасывания и нагнетания газа.p GB and p GH are the suction and discharge pressures of the gas, respectively.

Δ - слой жидкости над поршнем 2 в конце хода поршня 2 вниз (фиг. 3).Δ is the liquid layer above the piston 2 at the end of the stroke of the piston 2 down (Fig. 3).

Figure 00000007
- минимальная длина уплотняющей части поршня 2 в зоне радиального зазора δ1. при ходе поршня 2 вниз (фиг. 3).
Figure 00000007
- the minimum length of the sealing part of the piston 2 in the zone of radial clearance δ 1 . during the stroke of the piston 2 down (Fig. 3).

Figure 00000008
- максимальная длина уплотняющей части поршня 2 в зоне радиального зазора δ1. при ходе поршня 2 вверх (фиг. 5).
Figure 00000008
- the maximum length of the sealing part of the piston 2 in the zone of radial clearance δ 1 . during the stroke of the piston 2 up (Fig. 5).

Figure 00000009
- максимальная длина уплотняющей части поршня 2 в зоне радиального зазора δ2. при ходе поршня 2 вниз (фиг. 3).
Figure 00000009
- the maximum length of the sealing part of the piston 2 in the zone of the radial clearance δ 2 . during the stroke of the piston 2 down (Fig. 3).

Figure 00000010
- минимальная длина уплотняющей части поршня 2 в зоне радиального зазора δ2. при ходе поршня 2 вверх (фиг. 5).
Figure 00000010
- the minimum length of the sealing part of the piston 2 in the zone of radial clearance δ 2 . during the stroke of the piston 2 up (Fig. 5).

Машина работает следующим образом.The machine operates as follows.

При ходе поршня 2 вниз от ВМТ к НМТ (ход всасывания газа, сжатия и нагнетания жидкости, фиг. 2) в полости 4 образуется разрежение, под действием перепада давления клапан 7 закрывается, и открывается клапан 6, газ под давлением всасывания pGB поступает в полость 4. Движение газа показано стрелками.When the piston 2 moves down from TDC to BDC (gas suction, compression and injection of the fluid, FIG. 2), a vacuum forms in the cavity 4, valve 7 closes under the influence of a differential pressure, valve 6 opens, gas under the suction pressure p GB enters cavity 4. The gas movement is shown by arrows.

В это же время в полости 5 происходит сжатие жидкости и ее нагнетание потребителю под давлением нагнетания pWH через открытый перепадом давления клапан 9.At the same time, in the cavity 5, the liquid is compressed and pumped to the consumer under the discharge pressure p WH through the valve 9 open by the differential pressure.

В связи с тем, что давление нагнетания жидкости больше, чем давление всасывания газа, жидкость из полости 5 через радиальный зазор δ2 и далее через радиальный зазор δ1 протекает в полость 4 (это движение жидкости показано стрелками) и образует над днищем поршня 2 слой жидкости.Due to the fact that the pressure of the fluid is greater than the suction pressure of the gas, the fluid from the cavity 5 through the radial clearance δ 2 and then through the radial clearance δ 1 flows into the cavity 4 (this fluid movement is shown by arrows) and forms a layer above the piston bottom 2 liquids.

При достижении НМТ (фиг. 3) все клапаны закрыты, и скорость поршня 2 становится равной нулю, в результате чего исчезает разрежение в полости 4 и прекращается нагнетание жидкости из полости 5.Upon reaching the BDC (Fig. 3), all valves are closed, and the speed of the piston 2 becomes equal to zero, as a result of which the vacuum in the cavity 4 disappears and the pumping of the liquid from the cavity 5 stops.

При движении поршня 2 от ВМТ к НМТ и сопровождающих это движение перетечек жидкости через ступенчатый зазор между поршнем 2 и цилиндром 1, над днищем поршня 2 образуется слой жидкости, толщиной Δ.When the piston 2 moves from TDC to the BDC and the fluid flow that accompanies this movement through the stepped gap between the piston 2 and cylinder 1, a liquid layer with a thickness Δ is formed above the piston 2 bottom.

При ходе поршня 2 вверх от НМТ к ВМТ (ход сжатия и нагнетания газа, всасывания жидкости, фиг. 4), при достижении газом давления нагнетания pGH, открывается клапан 7, и газ из полости 4 истекает потребителю (движение газа показано стрелками).When the piston 2 moves upward from BDC to TDC (compression and injection of gas, liquid suction, Fig. 4), when the gas reaches the discharge pressure p GH , valve 7 opens, and gas from cavity 4 expires to the consumer (gas movement is shown by arrows).

В это же время происходит увеличение объема полости 5, в связи с чем в ней образуется разрежение, и жидкость от источника под давлением всасывания pWB поступает через открытый клапан 8 в полость 5 (движение жидкости показано стрелками).At the same time, the volume of the cavity 5 increases, and therefore a vacuum forms in it, and the liquid from the source under the suction pressure p WB enters through the open valve 8 into the cavity 5 (the movement of the liquid is shown by arrows).

В связи с тем, что давление сжатия-нагнетания газа в полости 4 выше, чем давление всасывания жидкости в полости 5, жидкость сначала через радиальный зазор δ1, а затем через радиальный зазор δ2 протекает из полости 4 в полость 5, при этом толщина слоя жидкости над днищем поршня 2 уменьшается.Due to the fact that the pressure of compression-injection of gas in the cavity 4 is higher than the suction pressure of the liquid in the cavity 5, the liquid first flows through the radial gap δ 1 and then through the radial gap δ 2 flows from the cavity 4 into the cavity 5, while the thickness the liquid layer above the piston bottom 2 decreases.

При подходе к положению ВМТ скорость поршня 2 становится равной нулю, изменения давлений в полостях 4 и 5 не происходит, газовые и жидкостные клапаны закрываются (фиг. 5).When approaching the TDC position, the piston 2 speed becomes equal to zero, pressure changes in cavities 4 and 5 do not occur, gas and liquid valves are closed (Fig. 5).

Разность между расходами жидкости из полости 4 в полость 5 и наоборот является таковой, что выполняется условие:

Figure 00000011
, где Δ - уровень жидкости над поршнем в конце его хода вниз (см. фиг 3), V2 - объем жидкости, перетекшей из компрессорной полости в жидкостную в процессе сжатия и нагнетания газа, LM - линейный мертвый объем компрессорной полости.The difference between the flow rates of the fluid from the cavity 4 to the cavity 5 and vice versa is such that the condition is satisfied:
Figure 00000011
where Δ is the liquid level above the piston at the end of its downward stroke (see FIG. 3), V 2 is the volume of liquid flowing from the compressor cavity to the liquid during gas compression and injection, L M is the linear dead volume of the compressor cavity.

После полного перехода к объемам и после преобразования эта формула принимает видAfter a complete transition to volumes and after conversion, this formula takes the form

Figure 00000012
Figure 00000012

Уравнение для определения объемного расхода жидкости V через узкую круглую кольцевую щель диаметром d высотой δ с перепадом давления Δр=р1-р2 и с одной подвижно стенкой длиной

Figure 00000013
, движущейся со скоростью ν против движения жидкости, в течение промежутка времени Т, имеет общий видThe equation for determining the volumetric flow rate of fluid V through a narrow circular annular gap with a diameter d of height δ with a pressure drop Δp = p 1 -p 2 and with one movable wall of length
Figure 00000013
moving at a speed ν against the motion of a fluid over a period of time T has a general form

Figure 00000014
Figure 00000014

где μ - динамическая вязкость жидкостиwhere μ is the dynamic viscosity of the fluid

В этом случае, при известной из конструктивных соображений и технологических возможностей изготовления машины величине мертвого объема VM, для определения величин V1 и V2, необходимых для выполнения условия (1), следует записать следующую систему уравнений:In this case, when the dead volume value V M is known from design considerations and technological capabilities of manufacturing the machine, to determine the values of V 1 and V 2 necessary to fulfill condition (1), the following system of equations should be written:

Figure 00000015
Figure 00000015

где

Figure 00000016
- средняя длина зазора δ1 в процессе движения поршня 2 между мертвыми точками.Where
Figure 00000016
- the average length of the gap δ 1 in the process of movement of the piston 2 between the dead points.

Величины pGW и pWG могут быть определены из решения уравнений баланса объемных расходов жидкости через зазоры δ1 и δ2, аналогичных уравнениям системы (3), составленных для хода поршня 2 вверх и вниз. При этом определение расхода через зазор δ2 необходимо вести с использованием в качестве его средней длины

Figure 00000017
.The values of p GW and p WG can be determined from the solution of the equations of balance of the volumetric flow rates of the fluid through the gaps δ 1 and δ 2 , similar to the equations of system (3), compiled for the stroke of the piston 2 up and down. In this case, the flow rate through the gap δ 2 must be determined using its average length
Figure 00000017
.

Таким образом, в предложенной конструкции возможно использование сравнительно больших зазоров между поршнем 2 и цилиндром 1 (радиальный зазор δ1 - порядка 30-50 мкм и более, радиальный зазор δ2 - 100 мкм и более).Thus, in the proposed design, it is possible to use relatively large gaps between the piston 2 and cylinder 1 (radial clearance δ 1 is of the order of 30-50 μm or more, radial clearance δ 2 is 100 μm or more).

При этом обеспечивается не только гарантированный пуска машины без угрозы заклинивания поршня 2, но и стабильное омывание всех его наружных поверхностей, что стабилизирует и снижает температуру его тела и тела цилиндра. Последнее, в свою очередь, позволяет увеличить отводимую от газа теплоту в процессах его сжатия и нагнетания и снизить подводимую от стенок компрессорной полости подводимую теплоту в процессе всасывания. Это дает возможность приблизить процессы, происходящие в компрессорной полости 4, к изотермическим, что повышает КПД ее работы.This ensures not only a guaranteed start-up of the machine without the risk of jamming of the piston 2, but also a stable washing of all its external surfaces, which stabilizes and reduces the temperature of its body and the cylinder body. The latter, in turn, makes it possible to increase the heat removed from the gas in the processes of its compression and injection and to reduce the heat supplied from the walls of the compressor cavity during suction. This makes it possible to bring the processes occurring in the compressor cavity 4 closer to isothermal, which increases the efficiency of its operation.

Кроме того, выполнение выше указанных соотношений позволяет создать над поршнем постоянно присутствующий слой жидкости, который выполняет функцию гидравлического затвора, препятствующего утечкам сжимаемого до высокого (по сравнению с давлением нагнетания жидкости) давления газа.In addition, the implementation of the above ratios allows you to create a permanent fluid layer above the piston, which acts as a hydraulic shutter that prevents leaks from being compressed to a high (compared with the discharge pressure of the liquid) gas pressure.

Выполнение условия (1) также дает возможность снизить практически до нуля фактический мертвый объем компрессорной полости 4, занятый газом, что также, как известно, повышает КПД компрессорной полости и позволяет сжимать газ до высоких давлений в одной ступени.Fulfillment of condition (1) also makes it possible to reduce practically to zero the actual dead volume of the compressor cavity 4 occupied by gas, which is also known to increase the efficiency of the compressor cavity and allows gas to be compressed to high pressures in one stage.

Таким образом, поставленная перед новой конструкцией машины задача полностью выполнена.Thus, the task set before the new machine design is fully completed.

Claims (10)

Поршневая гибридная энергетическая машина, содержащая цилиндр и размещенный в нем с радиальным зазором дифференциальный поршень с образованием верхней компрессорной и нижней насосной полости, причем компрессорная полость соединена с источником и потребителем сжатого газа через всасывающие и нагнетательные газовые клапаны, а жидкостная полость - с источником и потребителем жидкости через всасывающие и нагнетательные жидкостные клапаны, отличающаяся тем, что цилиндр в зоне насосной полости в нижней части цилиндра имеет ступенчатое расширение в виде выточки с образованием между нижней цилиндрической поверхностью поршня и поверхностью цилиндра радиального зазора большей величины, чем радиальный зазор между поршнем и цилиндром в зоне верхней компрессорной полости, и при этом соблюдаются следующие соотношения:A hybrid piston power machine comprising a cylinder and a differential piston placed therein with a radial clearance to form the upper compressor and lower pump cavities, the compressor cavity being connected to the source and consumer of compressed gas through suction and discharge gas valves, and the liquid cavity to the source and consumer liquid through the suction and discharge liquid valves, characterized in that the cylinder in the area of the pump cavity in the lower part of the cylinder has a stepped broadening in the form of a recess with the formation between the lower cylindrical surface of the piston and the surface of the cylinder of the radial clearance of a larger value than the radial clearance between the piston and the cylinder in the area of the upper compressor cavity, and the following relationships are observed: VM=V1-V2,V M = V 1 -V 2 , где VM - мертвый объем компрессорной полости,
Figure 00000018
, гдеwhere V M is the dead volume of the compressor cavity,
Figure 00000018
where LM - линейный мертвый объем компрессорной полости,L M - linear dead volume of the compressor cavity, dP - диаметр поршня;d P is the piston diameter; V1 - объем жидкости, перетекшей из жидкостной полости в компрессорную в процессе сжатия и нагнетания жидкости;V 1 - the volume of fluid flowing from the fluid cavity to the compressor in the process of compression and injection of fluid; V2 - объем жидкости, перетекшей из компрессорной полости в жидкостную в процессе сжатия и нагнетания газа,V 2 - the volume of fluid flowing from the compressor cavity into the liquid in the process of compression and injection of gas, и при этом
Figure 00000019
and wherein
Figure 00000019
Figure 00000020
Figure 00000020
 где
Figure 00000021
- средняя протяженность щели с зазором δ1, PWG - среднее давление жидкости в зоне ступенчатого расширения цилиндра на ходе сжатия жидкости, pGB - давление всасывания газа, pG - среднее индикаторное давление газа в процессе его сжатия и нагнетания, pGW - среднее давление жидкости в зоне ступенчатого расширения цилиндра на ходе сжатия и нагнетания газа, μ - динамическая вязкость жидкости, ν - средняя скорость поршня, Т - время хода поршня из нижней мертвой точки (НМТ) в верхнюю мертвую точку (ВМТ) и наоборот.Where
Figure 00000021
is the average length of the gap with a gap δ 1 , P WG is the average liquid pressure in the zone of stepped expansion of the cylinder during the compression of the liquid, p GB is the gas suction pressure, p G is the average indicator gas pressure during compression and injection, p GW is the average fluid pressure in the zone of stepwise expansion of the cylinder during gas compression and injection, μ is the dynamic viscosity of the fluid, ν is the average piston speed, T is the piston stroke time from bottom dead center (BDC) to top dead center (TDC) and vice versa.
RU2016147655A 2016-12-05 2016-12-05 Piston hybrid energy machine with stepped seal RU2660982C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016147655A RU2660982C2 (en) 2016-12-05 2016-12-05 Piston hybrid energy machine with stepped seal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016147655A RU2660982C2 (en) 2016-12-05 2016-12-05 Piston hybrid energy machine with stepped seal

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2016147655A RU2016147655A (en) 2018-06-06
RU2016147655A3 RU2016147655A3 (en) 2018-06-06
RU2660982C2 true RU2660982C2 (en) 2018-07-11

Family

ID=62557553

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016147655A RU2660982C2 (en) 2016-12-05 2016-12-05 Piston hybrid energy machine with stepped seal

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2660982C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU676752A1 (en) * 1977-11-02 1979-07-30 Омский политехнический институт Piston compressor
JPH1018977A (en) * 1996-07-03 1998-01-20 Urutora Clean Technol Kaihatsu Kenkyusho:Kk Non-dust generative liquid feeder
RU118371U1 (en) * 2012-03-01 2012-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" PISTON PUMP COMPRESSOR
RU125635U1 (en) * 2012-09-24 2013-03-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" PISTON PUMP COMPRESSOR
UA84863U (en) * 2013-02-11 2013-11-11 Национальный Университет Кораблестроения Имени Адмирала Макарова Piston of a cylinder with liquid seal

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU676752A1 (en) * 1977-11-02 1979-07-30 Омский политехнический институт Piston compressor
JPH1018977A (en) * 1996-07-03 1998-01-20 Urutora Clean Technol Kaihatsu Kenkyusho:Kk Non-dust generative liquid feeder
RU118371U1 (en) * 2012-03-01 2012-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" PISTON PUMP COMPRESSOR
RU125635U1 (en) * 2012-09-24 2013-03-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" PISTON PUMP COMPRESSOR
UA84863U (en) * 2013-02-11 2013-11-11 Национальный Университет Кораблестроения Имени Адмирала Макарова Piston of a cylinder with liquid seal

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016147655A (en) 2018-06-06
RU2016147655A3 (en) 2018-06-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU118371U1 (en) PISTON PUMP COMPRESSOR
RU125635U1 (en) PISTON PUMP COMPRESSOR
ITUD20110007U1 (en) "ALTERNATIVE PISTON PUMP FOR CRYOGENIC FLUIDS"
CN101855451B (en) Hermetic compressor
JP6609051B2 (en) Sliding vane control structure of variable volume cylinder, variable volume cylinder and variable capacity compressor
CN102422028B (en) Compressor comprising a piston dummy
RU2369775C1 (en) Sucker-rod pump of well
RU2660982C2 (en) Piston hybrid energy machine with stepped seal
EP2781747B1 (en) Piston cylinder arrangement of an aerostatic liner compressor
RU2518796C1 (en) Machine of positive displacement action
RU2538371C1 (en) Operation of pump-compressor and device to this end
RU2578758C1 (en) Piston pump-compressor
RU2605492C2 (en) Piston hybrid machine
RU177393U1 (en) Outboard compressor driven by rocking machine balancer
RU2683051C1 (en) Method of operating piston pump-compressor and device therefor
CN211231094U (en) Double-piston rod type hydraulic oil cylinder
CN114483566B (en) Flow divider, hydraulic end and plunger pump
RU2511810C1 (en) Method for mutual conversion of mechanical energy and potential energy of compressed gas
RU2652470C1 (en) Method of work of the reciprocating hybrid power machine of volumetric action and the device for its implementation (options)
RU2755967C1 (en) Two-cylinder reciprocating compressor with autonomous liquid cooling
RU2259499C1 (en) Compressor
RU2592955C1 (en) Piston hybrid displacement machine
RU2614317C1 (en) Operation method of piston vertical hybrid machine of dimensional action and method for its implementation
RU2640890C1 (en) Piston machine with airtight seal
RU131817U1 (en) PISTON COMPRESSOR

Legal Events

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

Effective date: 20201206