SU1413382A1 - Газова холодильна машина - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к криогенной технике и м.б. использовано при создании малогабаритных криогенных машин, имеющих большой ресурс работы и компактных. Цель изобретени  - по- вьшение технологичности, ремонтопригодности и экономичности машины. Машина содержит цилиндр, в котором размещены поршни компрессора и вытеснител , св занные штоком 7. Шток 7 выполнен многогранным и вокруг него установлена цилиндрическа  втулка 10. Между втулкой 10 и штоком 7 дополнительно с нат гом помещены тела 12 качени , преп тствующие относительному перемещению поршней вдоль оси цилиндра . Установка между телами 12 качени  и втулкой 10 гильзы 31 с неравномерной толщиной ее стенки позвол ет- компенсировать износ тел 12 и опорных поверхностей, снизить точность изготовлени  сопр гающихс  деталей, повысить ресурс работы машины, понизить вибрацию. Выполнение граней штока вогнутыми упрощает технологию. Така  конструкци  позвол ет производить многократный ремонт машины без применени  дорогосто щих операций восстановлени  изношенного сло  и на 10- 20% повысить ее экономичность. 4 з.п. ф-лы, 5 ил. с 9 W С

Description

32

ff

12

Изобретение относитс  к криогенной технике и может быть использовано при создании малогабаритных криогенных машин, имеющих большой ресурс работы и компактных.

Цель изобретени  - повышение технологичности , ремонтопригодности и экономичное ти.

На фиг.1 представлена газова  хо- лодильна  машина; на фиг.2 - шток с втулкой (вариант с плоскими гран ми штока), поперечное сечение; на фиг.З шток с центральным отверстием, сечение; на фиг.4 - шток с вогнутыми гран ми и втулкой, имеющей продольны выемки, сечение; на фиг.5 - шток с гильзой и втулкой, сечение.

Газова  холодильна  машина состо- ит из корпуса 1, в котором размещены цилиндр 2 с компрессорной 3 и расширительной 4 полост ми, в которых расположены поршни 5 компрессора и поршни 6 вытеснител  соответственно, св занные штоком 7 с рабочими гран ми 8 (а данном примере их четыре), проход щим через отверстие 9 втулки 10 поршн  5. Между штоком 7 и втулко 10 размещен сепаратор 11 с телами ка чени  12, а на конце штока 7 с зазором 13 относительно втулки 10 закреплен згплотнитель 14, На наружной поверхности втулки 10 и на поршне 6 вытеснител  вьтолнёны синусоидальные канавки 15 и 16, в которые вложены шарики 17 и 18, объединенные сепаратором 19 и контактирующие с, ответньг ми канавками 20, выполненными в цилиндре 2, таким образом, что мезвду поршн ми 5 и 6 и цилиндром 2 имеютс  гарантированные зазоры 21 и 22. Поршень 5 выполнен в виде ротора асинхронного двигател , обмотки 23 статора которого размещены в корпусе 1. Компрессорна  3 и расширительна  4 полости соединены с помощью отверсти 24 в цилиндре 2 и далее - через холодильник 25, регенератор 26, тепло-

обменник 27 нагрузки.I

В штоке 7 может быть выполнено освое отверстие 28, что вызывает уточ- нение стенки штока 7 в зоне контакта его рабочих граней 8 с телами качени  12, делает стенку гибкой с возможностью упругого прогиба под действием контактных напр жений в сторону оси штока 7 дл  компенсации износа

тел качени  12, граней 8 и поверхности отверсти  9.

Рабочие грани 8 штока 7 могут быть вьтолнёны вогнутыми в виде продольных выемок 29. В этом случае на по- верхнос.ти отверсти  9 выполн ют ответные выемки 30. Втулка 10 может быть снабжена гильзой 31 с неравномерной толщиной ее стенки, что выполнено в данном примере путем использовани  продольных пазов 32.

Газова  холодильна  машина работает следующим образом.

При подаче напр жени  к обмоткам 23 статора поршень 5, выполненный в виде ротора асинхронного двигател , начинает вращатьс  вместе с втулкой 10. При этом тела качени  под воздействием сил трени  пытаютс  катитьс  по поверхности отверсти  9 и, соответственно , по гран м 8 штока 7, что невозможно вследствие уменьшающегос  в направлении вращени  сечени  между гран ми 8 и поверхностью отверсти  9, и тела качени  12 оказьшаютс  заклиненными в направлении вращени  втулки 10. Вследствие этого штока 7 также вращаетс  вместе с втулкой 10 и вращает поршень вытеснител  6. Таким образом поршни 5 и 6 совершают синхронное вращение вокруг оси цилиндра 2 с одинаковой скоростью. При зтом канавки 15 и 16 прокатьшаютс  по шарикам 17 и 18, которые кат тс  по канавкам 20, в результате чего поршень 6 вытеснител  и поршень 5 компрессора совершают возвратно-поступательное перемещение вдоль оси цилиндра 2, измен   объемы полостей 4 и 3. При этом тела качени  12 не преп тствуют относительному перемещению поршней 5 и 6

вдоль оси цилиндра 2.

I

Синусоидальные канавки 15 и 16 выполнены таким образом, что в начал; - ный момент времени поршень 6 вытеснител  находитс  в положении верхней мертвой точки, а поршень 5 компрессора перемещаетс  вверх, сжима  газ в полости 3 до определенной величины, обусловленной, рабочим режимом машины. После достижени  этой величины поршен 5 продолжает движение вверх, а поршень 6 начинает движение вниз, увеличива  объем полости 4. При этом газ проталкиваетс  через холодильник 25, где он охлаждаетс , проходит через регенератор 26 и далее - через теплообменник 27 нагрузки. Поршень 5 останавливаетс  в верхней мертвой точке , а поршень 6 продолжает двигатьс  вниз, при этом объем полости 4 увеличиваетс , и газ охлаадаетс  вследствие расширени . Затем поршень 6 вытеснител , пройд  нижнюю мертвую точку , начинает движение вниз одновременно движетс  вниз и поршень 5, хо- лодный газ проходит обратный путь, отвод  теплоту в теплообменник 27 нагрузки от охлаждаемого объекта, охлажда  регенаратор 26 и подогрева с в холодильнике 25. Затем цикл повто- р етс .

Зазоры 13, 22 и 21 достаточно мал ( 10-25 мкм), существенных перетечек между рабочими полост ми не происхо- дит. Посто нство этих затворов обес- печиваетс  надежным центрированием поршней 5 и 6 относительно стенок цилиндра 2 и уплотнител  14 относительно отверсти  9.

Установка между телами качени  12 и втулкой 10 гильзы 31 с неравномерной толщиной стенки позвол ет компенсировать износ тел качени  12 и опорных поверхностей, снизить точность изготовлени  сопр гающихс  де- талей, повысить ресурс работы машины и понизить вибрации путем увеличени  податливости системы.

Изготовление граней штока вогнутыми (фиг.4) в виде продольных выемок 29 чрезвычайно упрощает технологию, гак как выемки 29 и 30 можно получить одновременно путем обработки поверхностей штока 7 и втулки JO инструментом , диаметр которого равен диаметру тел качени  12. При этом на место сепаратора 11 с телами качени  12 устанавливают технологическую заглушку , котора  после изготовлени , отверстий (диаметр их равен диамет- ру тел качени  12) извлекаетс  из зазора между штоком 7 и отверстием 9.

В конструкции практически полностью устранено трение скольжени  и сопутствующие ему значительные поте- ри энергии, износ и потер  точности сопр жений. Это дает возможность использовать щелевые бесконтактные уплотнени  порщней 6 и 5 с минимальными зазорами 2, 22 в течение большо- го (10 тыс.ч. и более) ресурса работы и существенно (на 10 - 20%) повысить экономичность машины.

Использование фиксировани  поршн  компрессора относительно поршн  6 вытеснител  в направлении их вращени  с помощью тел качени  позвол ет упростить технологию их изготовлени , так как отпадает необходимость тщательной подгонки сопр гающихс  поверхностей благодар  введению простейшей операции подбора тел качени  нужного диаметра при расширении допусков на изготовление поверхностей, имеющих традиционные формы. По вл етс  возможность многократного ремонта без применени  дорогосто щих операций восстановлени  изношенного сло , что с тцественно повышает ремонтопригодность машины в целом.

Claims (5)

1.Газова  холодильна  машина, содержаща  цилиндр, размещенные в нем поршни компрессора и вытеснител , : св занные штоком и снабженные электроприводом , последовательно соединенные холодильник, регенатор и теплообменник нагрузки, причем на внутренней поверхности цилиндра и наружных поверхност х поршней выполнены синусоидальные канавки, в которых помещены шарики, отличающа с   тем, что, с целью повьшени  технологичности , ремонтопригодности и экономичности, шток выполнен многогранным , вокруг него установлена циг линдрическа  втулка, причем меаду последней и штоком дополнительно с нат гом помещены тела качени .

2.Машина поп.1, отличающа с  тем, что грани тока выполнены плоскими.

3.Машина попп.1 и 2, о тли- чающа с  тем, что шток имеет центральное отверстие.

4.Машина по п.J, о т л и ч а ю- щ а   с   тем, что грани штока выполнены вогнутыми, а на внутренней поверхности втулки выполнены ответные продольные выемки.

5.Машина по п.1, отличающа  с   тем, что между втулкой и телами качени  дополнительно установлена гильза.

27

Фиг,1

28

10

фие.З

fpU8.4