SU1740729A1 - Линейный двигатель-компрессор - Google Patents

Abstract

При движении впускного 2 и выпускного 3 поршней одновременно происходит перемещение реактивных поршней 11 внутри 11 цилиндров 12 механизма вращени , заполненных малов зкой жидкостью. При этом происходит перетекание этой жидкости из внутренних полостей цилиндров 12 механизма вращени  в наружные полости через сопла 13, расположенные в виде сегнерова колеса. Возникает реактивна  сила вытекающей струи, заставл юща  вращатьс  реактивные поршни 11 и, следовательно, св занные с ними поршни 2 и 3 двигател - компрессора. В результате вращени  поршней двигател -компрессора в зазоре между стенкой втулки 1 цилиндра и стенкой поршн  возникает уплотнительный слой газа, преп тствующий перетеканию газа из компрессорной полости 6 в двигательную полость 5 и наоборот. 1 ил. // , fff 4 сл с ю

Description

Изобретение относитс  к двигател м со свободно движущимис  поршн ми и может быть использовано в двигателестроении а качестве линейного двигател -компрессора

Известны конструкции свободнопорш- невых двигателей с противоположно движущимис  поршн ми, содержащие гидравлическую систему синхронизации поршней.

Недостатком таких систем  вл етс  ограничение по максимальной (или средней) скорости линейного движени  поршн  относительно втулки цилиндра из-за  влени  повышенного износа трущихс  пар контак- тных уплотнений при относительных скорост х перемещени  более 8-10 м/с. Причем это ограничение накладываетс  как на ци- линдропоршневую группу гидравлического механизма синхронизации движени  порш- ней, так и на цилиндропоршневую группу двигател -компрессора

Известны конструкции свободнопорш- невых микрокриогенных систем длительного действи  на базе бесклапанного поршневого детандера и компрессора.

Основной особенностью этих машин  вл етс  то, что поршни двигаютс  возвратно- поступательно и одновременно совершают вращательное движение дл  обеспечени  работы газовых подшипников и поршневого уплотнени .

Недостаток таких конструкций заключаетс  в наличии встроенного асинхронного электродвигател , что усложн ет их конст- рукцию и снижает надежность

Наиболее близким к изобретению  вл етс  свободнопоршневой двигатель-насос, содержащий цилиндр, поршни, гидравлический механизм синхронизации движени  поршней, поршневой жидкостный насос, св занный штоком с плунжером гидроцилиндра механизма синхронизации

Недостатком таких свободнопоршне- вых двигателей  вл етс  также ограничение по максимальной скорости линейного перемещени  поршн  двигател  и компрессора (насоса) и скорости линейного перемещени  плунжера гидроцилиндра механизма синхронизации из-за резкого увеличени  скорости износа деталей трущихс  пар. Это ограничение, в свою очередь, вызывает ограничение по мощности свободнопоршне- вых двигателей Кроме того, недостатком таких свободнопоршневых двигателей  в- л етс  наличие буферных полостей которые служат дл  возврата поршней во внутреннюю мертвую точку. В буферных полост х происход т необратимые потери энергии на сжатие - расширение газа, что

снижает экономичность свободнопоршне- вого двигател .

Цель изобретени  - повышение экономичности , мощности и надежности.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в линейном двигателе-компрессоре, содержащем корпус, размещенную в нем безбуферную втулку цилиндра, установленные в ней поршни с газодинамическими уплотнени ми , перемещающиес  в противоположных направлени х, гидравлический механизм синхронизации движени  поршней с гидроцилиндрами и размещенными в них плунжерами, кинематически св занными с поршн ми двигател -компрессора, он снабжен заполненным нев зкой жидкостью цилиндром механизма вращени , с реактивным поршнем, установленным соосно гидроцилиндру , плунжер гидроцилиндра св зан штоком с реактивным поршнем, выполненным в виде двухстороннего сегнеро- ва колеса,

На чертеже представлен линейный двигатель-компрессор , общий вид.

Линейный двигатель-компрессор содержит безбуферную втулку 1 цилиндра, расположенные внутри нее впускной 2 и выпускной 3 поршни. Торцы втулки 1 цилиндра закрыты головками 4 компрессора с рас- положенными внутри них впускными и выпускными каналами. Внутренние днища впускного 2 и выпускного 3 поршней и стенка втулки 1 цилиндра образуют двигательную полость 5, а головки 4 компрессора и наружные днища впускного 2 и выпускного 3 поршней и стенки втулки 1 цилиндра образуют компрессорные полости 6. Внутри головок 4 компрессоров расположены впускные и выпускные каналы с самодействующими клапанами. Поршни 2 и 3 двигатель-компрессора св заны т гами 7 с плунжерами 8 гидроцилиндров 9 гидравлического механизма синхронизации поршней , а плунжера 8 св заны штоками 10 с реактивными поршн ми 11 цилиндров 12 механизмов вращени , заполненных малов зкой жидкостью, причем цилиндры 12 механизма вращени  расположены соосно с гидроцилиндрами 9. Реактивные поршни 11 снабжены соплами 13 таким образом, что образуют двухстороннее сегнерово колесо с посто нным направлением вращени . Соответствующие полости гидроцилиндров 9 гидравлического механизма синхронизации движени  поршней двигатель-компрессора соединены гидросистемами с регулируемым проходным сечением с помощью вентил  14. Топливна  форсунка 15 (или свеча зажигани ) расположена в двигательной полости 5. Система продувки двигательной полости может быть выполнена в виде свободного турбокомпрессора, либо в виде приводного компрессора от постороннего источника энергии, либо может быть комбинированной (не показана). Всасывающа  магистраль 16 газа и напорна  магистраль 17 газа соединены соответственно с впускными и выпускными каналами в головках 4 компрессоров.

Линейный двигатель-компрессор работает следующим образом.

В начальный момент времени впускной 2 и выпускной 3 поршни расположены во втулке 1 цилиндра во внешней мертвой точке , завершив фазу выталкивани  сжатого газа через выпускные каналы головок 4 компрессоров в напорную магистраль 17 газа. После этого самодействующие выпускные клапаны закрываютс  при падении давлени  в компрессорных полост х 6 по мере движени  поршней 2 и 3 к внутренней мертвой точке, а впускные самодействующие клапаны открываютс . Происходит заполнение газом компрессорных полостей 6 из всасывающей магистрали 16 газа через впускные каналы в головках 4 компрессоров. Под действием давлени  газа во всасывающей магистрали (которое на газопроводах может достигать 5,0 МПа и более) поршни 2 и 3 двигатель-компрессора начинают ускоренное движение к внутренней мертвой точке, заверша  процесс продувки двигательной полости 5 и осуществл   сжатие свежего воздуха, поступившего в двигательную полость из системы продувки. По мере возрастани  давлени  в двигательной полости 5 при сжатии свежего зар да в компрессорной полости 6 происходит процесс всасывани  газа при практически посто нном давлении. В результате поршни 2 и 3 начи- наюттормозитьс . Одновременно с процессом движени  поршней 2 и 3 начинают перемещатьс  плунжеры 8 в гидроцилиндрах 9 гидравлического механизма синхронизации движени  поршней, св занные с поршн ми 2 и 3 т гами 7. Происходит перетекание жидкости из соответствующих полостей двух гидроцилиндров через гидросистемы и открытые вентили 14, обеспечива  синхронное перемещение поршней двигатель-компрессора.

Одновременно происходит перемещение реактивных поршней 11 внутри цилиндров 12 механизмов вращени , заполненных малов зкой жидкостью. При этом происходит перетекание этой жидкости из внутренних полостей цилиндров 12 механизма вращени  в наружные полости через сопла 13, расположенные в виде сег- нерова колеса. Возникает реактивна  сила

вытекающей струи, заставл юща  вращатьс  реактивные поршни 11 и, следовательно, св занные с ними поршни 2 и 3 двигатель- компрессора. В результате вращени  поршней двигател -компрессора в зазоре между стенкой втулки 1 цилиндра и стенкой поршн  возникает уплотнительный слой газа, преп тствующий перетеканию газа из компрессорной полости 6 в двигательную по0 лость 5 и наоборот. При схождении поршней 2 и 3 во внутренней мертвой точке происходит впрыск топлива через топливную форсунку 15 или подаетс  искра через электрическую свечу зажигани . В двига5 тельной полости 5 происходит воспламенение и сгорание топлива, давление газа при этом резко возрастает. Под действием сил давлени  сгоревшего топлива происходит ускоренное движение поршней 2 и 3 по на0 правлению к внешней мертвой точке. При этом происходит сжатие газа в компрессорных полост х 6. При возрастании давлени  газа в них до определенного уровн  сначала закрываютс  самодействующие впускные

5 клапаны в головках 4 компрессора, а затем открываютс  выпускные самодействующие клапаны. Поршни 2 и 3 осуществл ют выталкивание газа из компрессорных полостей 6 через выпускные каналы головок 4 в напор0 ную магистраль 17.

Далее цикл повтор етс . Важным преимуществом предлагаемого устройства  вл етс  выполнение компрессора двигател -компрессора с

5 безбуферной втулкой с коэффициентом вредного пространства не выше 0,1, что повышает КПД компрессора.

В предлагаемой схеме возврат поршней во внутреннюю мертвую точку (процесс

0 сжати  в двигательной полости) осуществл етс  за счет энергии газа во впускной газовой магистрали (давление в современных газовых магистрал х перед линейными компрессорными станци ми составл ет пор д5 ка 5,0 МПа).

Известны технические решени , где используютс  свободнопоршневые двигатели с безбуферными втулками с коэффициентом вредного пространства компрессора не вы0 ше 0,1, однако в этих случа х они выполн ютс  двойного действи  с двум , трем  и более двигательными цилиндрами.

Анализ работы предложенного устройства показал, что за счет устранени  потерь

5 энергии в буферной полости, за счет применени  гидравлической системы синхронизации движени  поршней, разгруженной от воспри ти  полных давлений газа, возникающих при сгорании топлива, а также за счет применени  газодинамического уплотнени  поршн  в цилиндре, экономичность линейного двигатель-компрессора по сравнению с прототипом возрастает на 3-5%.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Линейный двигатель-компрессор, содержащий корпус с размещенной в нем безбуферной втулкой цилиндра, поршни с газодинамическими уплотнени ми, установленные в цилиндре с возможностью перемещени  в противоположных направлени х, гидравлический механизм синхронизации движени  поршней с гидроцилиндрами и размещенными в них плунже

   рами, кинематически св занными с поршн ми двигател -компрессора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  экономичности, мощности и надежности, он снабжен механизмом вращени  поршней двигател -компрессора, выполненным в виде цилиндра, заполненного малов зкой жидкостью и снабженного реактивным поршнем , при этом цилиндр механизма вращени  установлен соосно с гидроцилиндром, а реактивный поршень выполнен в виде двухстороннего сегнерова колеса и св зан с плунжером гидроцилиндра при помощи штока.