SU1138616A1

SU1138616A1 - Gas refrigerating machine

Info

Publication number: SU1138616A1
Application number: SU833652149A
Authority: SU
Inventors: Александр Павлович Болштянский; Виктор Евгеньевич Щерба
Original assignee: Омский политехнический институт
Priority date: 1983-10-12
Filing date: 1983-10-12
Publication date: 1985-02-07

Abstract

ГАЗОВАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ МАШИНА , содержаша пневмоцилиндр с порш нем, сообш,енный с нагнетательной линией и регенератором при помош,и золотника. отличающа с тем, что, с целью повышени термодинамической эффективности и ресурса работы, золотник выполнен в виде полого ротора на газостатической подвеске, размешенного в дифференциальном корпусе с зазором и сообшениого с ним при помощи выполненных в стенке ротора профилированных окон и впадин, совпадающих при его врашении с ответными отверсти ми, выполненными в корпусе золотника и сообщенными с пневмоцилиндром с помощью трубопроводов и дросселей, размешенных в регенераторе равномерно по окружности, причем корпус на торцах имеет осевые дюзы, ai на прилегаюших к торцам боковых поверхност х - дюзы, наклоненные под углом к оси корпуса.A GAS REFRIGERATING MACHINE, containing a pneumatic cylinder with a piston, communicates with the discharge line and the regenerator with the help, and the valve. characterized in that, in order to increase thermodynamic efficiency and service life, the spool is made in the form of a hollow rotor on a gas-static suspension, placed in a differential housing with a gap and communicated with it by means of profiled windows and valleys made in the rotor wall that coincide when it is turned with mating holes made in the body of the spool and communicated with the pneumatic cylinder with the help of pipelines and chokes placed in the regenerator evenly around the circumference, with the body at the ends s an axial nozzles, ai prilegayushih at the ends of the side surfaces - the nozzles are inclined at an angle to the axis of the housing.

Description

Изобретение относитс к холодильной технике и может быть использовано при создании высокоэффективных криогенных систем, к которым предъ вл ютс жесткие требовани по ресурсу, экономичности и массогабаритным показател м.The invention relates to refrigeration technology and can be used to create highly efficient cryogenic systems, which are subject to stringent requirements for resource, economy and weight and size parameters.

Известна холодильно-газова машина, содержаща источник давлени газа, соединенный с рабочим цилиндром, в котором размещен вытеснитель, раздел ющий указанный цилиндр на теплую и холодную зоны 1.A known refrigeration gas machine comprising a gas pressure source connected to a working cylinder in which a propellant is placed separating said cylinder into warm and cold zones 1.

Недостатком этой конструкции вл етс необходимость применени привода вытеснени от постороннего источника механической энергии, что делает мащину сложной и снижает ее надежность и массогабаритные показатели.The disadvantage of this design is the need to use a drive displacement from an external source of mechanical energy, which makes the machine complex and reduces its reliability and weight and dimensions.

Известна также газова холодильна мащина, содержаща пневмоцилиндр с поршнем , сообщенный с нагнетательной линией и регенератором посредством золотника 2.A gas cooling unit is also known, containing a pneumatic cylinder with a piston in communication with the injection line and the regenerator by means of a spool 2.

Недостатками известной машины вл ютс необходимость применени специальных двигателей дл вращени золотника н тихоходность, св занна с большими тепловыделени ми в уплотнительных узлах вытеснител и невозможностью длительной работы уплотнений и золотника при больших скорост х, котора обуславливает значительный удельный (за один цикл) теплоперенос из теплой зоны в холодную, что в целом не дает возможность улучшить массогабаритные показатели и повысить эффективность и ресурс машины.The disadvantages of the known machine are the need to use special motors to rotate the spool on the low speed, associated with large heat generation in the sealing units of the displacer and the inability of long seals and spool operation at high speeds, which causes significant specific heat transfer (in one cycle) from the warm zone. in cold, which in general does not make it possible to improve the weight and dimensions and to increase the efficiency and service life of the machine.

Цель изобретени - повышение термодинамической эффективности и ресурса работы машины.The purpose of the invention is to increase the thermodynamic efficiency and service life of the machine.

Указанна цель достигаетс тем, что в газовой холодильной машине, содержашей пневмоцилиндр с поршнем, сообщенный с нагнетательной линией и регенератором при помощи золотника, последний выполнен в виде полого ротора на газостатической подвеске, размещенного в дифференциальном корпусе с зазором и сообщенного с ним при помощи выполненных в стенке ротора профилированных окон и впадин, совпадающих при его вращении с ответными отверсти ми , выполненными в корпусе золотника и сообщенными с пневмоцилиндром с помощью трубопроводов и дросселей, размещенных в регенераторе равномерно по окружности , причем корпус на торцах имеет осевые дюзы, а на прилегающих к торцам боковых поверхност х - дюзы, наклоненные под углом к оси корпуса.This goal is achieved by the fact that in a gas chiller, a pneumatic cylinder with a piston is in communication with the discharge line and a regenerator by means of a spool, the latter is made in the form of a hollow rotor on a gas-static suspension, placed in a differential housing with a gap and communicated with it by means of the rotor wall of the profiled windows and valleys coinciding during its rotation with the counter holes made in the body of the spool and communicated with the pneumatic cylinder by means of pipelines and throttles minutes, placed in a regenerator uniformly circumferentially, wherein the casing has at the ends of the axial nozzle, and adjacent the ends of the side surfaces - the nozzles are inclined at an angle to the axis of the housing.

На фиг. 1 изображена предлагаема газова холодильна мащина (ГХМ); на фиг. 2 - вид А на фиг. 1.FIG. 1 depicts the proposed gas refrigeration machine (GHM); in fig. 2 is a view A of FIG. one.

ГХМ содержит компрессор 1 и теплообменник 2, сообщенные с пневмоцилиндром 3. Последний состоит из порщн 4 со штоком 5,GHM contains the compressor 1 and the heat exchanger 2, communicated with the pneumatic cylinder 3. The latter consists of a piston 4 with a rod 5,

раздел ющего пневмоцилиндр 3 на теплую 6 и холодную 7 полости.separating pneumatic cylinder 3 into warm 6 and cold 7 cavities.

Пневмоцилиндр 3 сообщен с нагнетательной линией и регенератором 8 посредст-.The pneumatic cylinder 3 communicates with the injection line and the regenerator 8 through-.

вом золотника, который выполнен в виде полого ротора 9 на газостатической подвеске размещенного в дифференциальном корпусе 10 и имеющего несущие 11 и распределительную 12 части. Ротор 9 размещен в корпусе 10 с зазором и сообщен с ним посредством выполненных в стенке ротора 9 профилированных окон 13 н 14 и впадин 15 и 16, совпадающих при его вращении с ответными отверсти ми 17-20, выполненными в корпусе 10 золотника и сообщеннымиvom spool, which is made in the form of a hollow rotor 9 on a gas-static suspension placed in the differential housing 10 and having a carrier 11 and distribution 12 parts. The rotor 9 is housed in the housing 10 with a gap and communicated with it by means of profiled windows 13n 14 and hollows 15 and 16, which are made in the rotor wall 9, coinciding during its rotation with counter holes 17-20, made in the valve body 10 and communicated

с пневмоцилиндром 3 при помощи трубопроводов и дросселей 21 и 22, размещенных в регенераторе 8 равномерно по окружности, причем корпус 10 на торцах имеет осевые люзы 23, а на прилегающих к торцам боковых поверхност х - дюзы 24, наклоненныеwith the pneumatic cylinder 3 by means of pipelines and chokes 21 and 22 placed evenly around the regenerator 8, the housing 10 has axial gaps 23 at the ends, and on the side surfaces adjacent to the ends dyuz 24, inclined

под углом к оси корпуса 10, имеющего распределительные полости 25. Несущие 11 и распределительна 12 части корпуса 10 разделены выточками 26, сообщающими зазор с внутренней полостью 27 ротора. На at an angle to the axis of the housing 10 having distribution cavities 25. The carriers 11 and the distribution 12 parts of the housing 10 are separated by recesses 26, which communicate a gap with the internal cavity 27 of the rotor. On

5 торце холодной полости 7 пневмоцилиндра 35 end cold cavity 7 pneumatic cylinder 3

установлен охлаждающий объект 28. Ротор 9a cooling object is mounted 28. Rotor 9

установлен в корпусе 10 с зазорами 29 и 30.installed in the housing 10 with gaps 29 and 30.

ГХМ работает следующим образом.GHM works as follows.

Сжатый газ из компрессора 1 поступаетCompressed gas from compressor 1 flows

в теплообменник 2, к осевым дюзам 23,in the heat exchanger 2, to the axial nozzles 23,

0 откуда стекает в зазоры 29 и через распределительные полости 25 к наклонным дюзам 24, откуда газ истекает в зазор 30 в зоне несущих частей 11, где он, смешива сь с потоком газа из зазоров 29, истекает в выточки 26 и через отверсти в них поступает в полость 27. При истечении газа через дюзы 23 и 24, а также через зазоры 29 и 30 (в зоне несущих частей II) энерги его несколько уменьшаетс , заворачива сь на трение, в св зи с чем давление в полости 27 несколько меньше, чем в нагнетательной линии.0 from where it flows into the gaps 29 and through the distribution cavities 25 to the inclined nozzles 24, from where the gas flows into the gap 30 in the zone of the bearing parts 11, where it mixes with the gas flow from the gaps 29, flows into the recesses 26 and enters through them into the cavity 27. With outflow of gas through the nozzles 23 and 24, as well as through the gaps 29 and 30 (in the zone of the bearing parts II), its energy decreases somewhat, turning into friction, due to which the pressure in the cavity 27 is somewhat less than in the discharge line.

Кроме ТОГО , под действием сил трени между стру ми газа, истекающими из дюзов 24, и поверхностью несущих частей 11In addition, under the action of friction forces between the gas streams flowing from the nozzles 24 and the surface of the bearing parts 11

ротор 9 совершает вращательное движение, а сопротивление дюзов 23 и 24, образующее перепад давлени между газом нагнетательной линии и газом в зазорах 29 и 30 (в зоне несущей части 11), обеспечивает наличие несущего сло , предотвращающего касание the rotor 9 makes a rotational movement, and the resistance of nozzles 23 and 24, which forms the pressure drop between the gas of the injection line and the gas in the gaps 29 and 30 (in the area of the carrier part 11), ensures the presence of a carrier layer that prevents contact

0 ротора 9 о стенки корпуса 10.0 rotor 9 on the wall of the housing 10.

Далее газ из полости 27 через отверстие 18 попадает в пневмоцилиндр 3 и перемещает щток 5 с порщнем 4 в крайнее нижнее положение. При этом газ из холодной полости 7 перетекает через регенератор 8 в теплую полость 6 и, кроме того, через отверстие 19 во впадину ротора 9 и отверстие 20 - во всасывающую линию низкого давлени . При дальнейшем повороте ротора 9 отверстие 18 через впадину 15 соедин етс с отверстием 17 и далее с линией низкого давлени , а сжатый газ через окно 14 и отверстие 19 подаетс в полость 6 и через регенератор 8, где он охлаждаетс до температуры, близкой к температуре охлаждаемого объекта 28, в полость 7. Под действием разности усилий, возникающей в св зи с разностью площадей под и над вытеснителем 4, последний поднимаетс вверх, переталкива газ из полости 6 в полость 7. При этом отверстие 20 перекрыто ротором 9. В дальнейщем, после заполнени полости 7 сжатым газом, впадина 16 соедин ет рабочие объемы вытеснител с линией низкого давлени , давление в них падает, происход т выхлоп и понижение температуры в холодной полости 7, в результате чего от охлаждаемого объекта 28 отводитс тепло Затем цикл повтор етс . В течение всего цикла работы пневмоцилиндра 3 в зазор через дроссели 21 и 22 подаетс газ из нагнетательной сети компрессора 1, причем давление этого газа всегда выще давлени в рабочих полост х машины, в результате чего всегда имеютс перепад давлени на дроссел х 21 и 22 и несущий газовый слой, обеспечивающий надежное центрирование вытеснител 4 с штоком 5 с минимально возможными зазорами, в св зи с чем вли ние потоков центрирующего газа на рабочие процессы машины несущественно. Отсутствие трени в золотниковом газораспределительном механизме и вытеснительном узле позвол ет компенсировать затраты работы на центрирование ротора золотника (св занные с потерей давлени ) и вытеснители. Кроме того, по вл етс возможность существенно повысить быстроходность машины, путем уменьшени удельных теплопритоков в холодную зону - эффективность машины в целом, а при одной и той же холодопроизводительиости снизить удельный (на единицу мощности) вес машины . Полное отсутствие трущихс частей /делает принципиально возможным создание машины с большим ресурсом работы.Next, the gas from the cavity 27 through the hole 18 enters the pneumatic cylinder 3 and moves the brush 5 with a pressure of 4 to its lowest position. At the same time, gas from the cold cavity 7 flows through the regenerator 8 into the warm cavity 6 and, in addition, through the opening 19 into the cavity of the rotor 9 and the opening 20 into the low pressure suction line. With further rotation of the rotor 9, the opening 18 through the depression 15 is connected to the opening 17 and further to the low pressure line, and the compressed gas through the opening 14 and the opening 19 is fed into the cavity 6 and through the regenerator 8, where it is cooled to a temperature close to of the object 28, into the cavity 7. Under the action of the difference in forces arising in connection with the difference of the areas under and above the displacer 4, the latter rises up, pushing the gas from the cavity 6 into the cavity 7. At the same time, the hole 20 is blocked by a rotor 9. Later, filling the cavity 7 compressed gas, depression 16 connects the displacer working volumes with the low pressure line, the pressure drops in them, exhaust occurs and the temperature in the cold cavity 7 decreases, resulting in heat being removed from the cooled object 28. Then the cycle is repeated. Throughout the entire cycle of operation of the pneumatic cylinder 3, gas is fed through the throttles 21 and 22 from the discharge network of the compressor 1, and the pressure of this gas is always higher than the pressure in the working cavities of the machine, as a result of which there are always pressure drops on the throttles x 21 and 22 and carrying a gas layer that provides reliable centering of the displacer 4 with the stem 5 with the least possible clearances, and therefore the effect of the centering gas flows on the working processes of the machine is insignificant. The lack of friction in the spool valve and pusher assembly compensates for the cost of centering the spool rotor (associated with pressure loss) and propellants. In addition, it is possible to significantly increase the machine’s fastness, by reducing the specific heat influx into the cold zone - the efficiency of the machine as a whole, and, with the same cooling capacity, to reduce the specific (per unit of power) weight of the machine. The complete absence of labor parts / makes it fundamentally possible to create a machine with a long service life.

ВидАVida

Фаг.1Phage.1

Claims

A GAS REFRIGERATING MACHINE, comprising a pneumatic cylinder with a piston, in communication with a discharge line and a regenerator by means of a spool, characterized in that, in order to increase thermodynamic efficiency and service life, the spool is made in the form of a hollow rotor on a gas-static suspension, placed in a differential housing with a gap and communicated with it with the help of profiled windows and troughs made in the rotor wall, coinciding during its rotation with mating holes made in the valve body and communicated with nevmotsilindrom via pipes and chokes arranged in uniformly circumferentially regenerator, wherein the body has at axial ends of the nozzles and adjacent to the ends of the side surfaces - the nozzles are inclined at an angle to the axis of the housing.

Fig / o