Газовая холодильная машина

 

Изобретение относится к криогенной технике и м.б. использовано при создании малогабаритных криогенных машин, имеющих большой ресурс работы и компактных. Цель изобретения - повьшение технологичности, ремонтопригодности и экономичности машины. Машина содержит цилиндр, в котором размещены поршни компрессора и вытеснителя , связанные штоком 7. Шток 7 выполнен многогранным и вокруг него установлена цилиндрическая втулка 10. Между втулкой 10 и штоком 7 дополнительно с натягом помещены тела 12 качения , препятствующие относительному перемещению поршней вдоль оси цилиндра . Установка между телами 12 качения и втулкой 10 гильзы 31 с неравномерной толщиной ее стенки позволяеткомпенсировать износ тел 12 и опорных поверхностей, снизить точность изготовления сопрягающихся деталей, повысить ресурс работы машины, понизить вибрацию. Выполнение граней штока вогнутыми упрощает технологию. Такая конструкция позволяет производить многократный ремонт машины без применения дорогостоящих операций восстановления изношенного слоя и на 10- 20% повысить ее экономичность. 4 з.п. ф-лы, 5 ил. с 9 W С

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧ ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) Ai (А) 4 F 25 В 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

f10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4151932/23-06 (22) 26.11.86 (46) 30.07.88. Бюл. Ф 28 (71) Омский политехнический институт (72) А.П.Болштянский, В.Е.Щерба, Е.А.Бабенко и С.Э.Дорошевич (53) 621.57(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 848909, кл. Р 25 В 9/00, 1980. ! (54) ГАЗОВАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ МАШИНА (57) Изобретение относится к криогенной технике и м.б. использовано при создании малогабаритных криогенных машин, имеющих большой ресурс работы и компактных. Цель изобретения — повышение технологичности, ремонтопригодности и экономичности машины. Машина .содержит цилиндр, в котором размещены поршни компрессора и вытеснителя, связанные штоком 7. Шток 7 выI полнен многогранным и вокруг него установлена цилиндрическая втулка 10.

Между втулкой 10 и штоком 7 дополнительно с натягом помещены тела 12 качения, препятствующие относительному перемещению поршней вдоль оси цилиндра. Установка между телами 12 качения и втулко" 10 гильзы 31 с неравномерной толщиной ее стенки позволяет. компенсировать износ тел 12 и опорных поверхностей, снизить точность изготовления сопрягающихся деталей, повысить ресурс работы машины, понизить вибрацию. Выполнение граней штока во" гнутыми упрощает технологию. Такая конструкция позволяет производить многократный ремонт машины без применения дорогостоящих операций восстановления изношенного слоя н на 1020Х повысить ее экономичность ° 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

14 1 3382

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

Цель изобретения — повышение технологичности, ремонтопригодности и экономичности.

На фиг.1 представлена газовая хо- Ip лодильная машина; на фиг.2 — шток с втулкой (вариант с плоскими гранями штока), поперечное сечение; на фиг.3шток с центральным отверстием, сечение; на фиг.4 - шток с вогнутыми f5 гранями и втулкой, имеющей продольные выемки, сечение; на фиг.5 — шток с гильзой и втулкой, сечение.

Газовая холодильная машина состо- 20 ит из корпуса 1, в котором размещены цилиндр 2 с компрессорной 3 и расширительной 4 полостями, в которых расположены поршни 5 компрессора и поршни 6 вытеснителя соответственно, 25 связанные штоком 7 с рабочими гранями 8 {в данном примере их четыре), проходящим через отверстие 9 втулки

10 .поршня 5. Между штоком 7 и втулкой

10 размещен сепаратор 11 с телами ка- 30 чения 12, а на конце штока 7 с зазором 13 относительно втулки 10 закреплен уплотнитель 14. На наружной поверхности втулки 10 и на поршне 6 вытеснителя выполнены синусоидальные канавки 15 и !6, в которые вложены шарики 17 и 18, объединенные сепаратором 19 и контактирующие с, ответньгми канавками 20, выполненными в цилиндре 2, таким образом, что между 40 поршнями 5 и 6 и цилиндром 2 имеются гарантированные зазоры 21 и 22. Поршень 5 выполнен в виде ротора асинхронного двигателя, обмотки 23 статора которого размещены в корпусе 1 ° 45

Компрессорная 3 и расширительная 4 полости соединены с помощью отверстий

24 в цилиндре 2 и далее — через холодильник 25, регенератор 26, теплообменник 27 нагрузки.

В штоке 7 может быть выполнено осевое отверстие 28, что вызывает уточнение стенки штока 7 в зоне контакта его рабочих граней 8 с телами качения 12, делает стенку гибкой с воэ55 можностью упругого прогиба под действием контактных напряжений в сторону оси штока 7 для компенсации износа тел качения 12, граней 8 и поверхности отверстия 9.

Рабочие грани 8 штока 7 могут быть выполнены вогнутыми в виде продольных выемок 29. В этом случае на поверхнос,ти отверстия 9 выполняют ответные выемки 30. Втулка 10 может быть снабжена гильзой 31 с неравномерной толщиной ее стенки, что выполнено в данном примере путем использования продольных пазов 32.

Газовая холодильная машина работает следующим образом.

При подаче напряжения к обмоткам

23 статора поршень 5, выполненный в виде ротора асинхронного двигателя, начинает вращаться вместе с втулкой !

О. При этом тела качения под воздействием сил трения пытаются катиться по поверхности отверстия 9 и, соответственно, по граням 8 штока 7, что невозможно вследствие уменьшающегося в направлении вращения сечения между гранями 8 и поверхностью отверстия 9, и тела качения 12 оказываются заклиненными в направлении вращения втулки

10. Вследствие этого штока 7 также вращается вместе с втулкой 10 и вращает поршень вытеснителя 6. Таким образом поршни 5 и 6 совершают синхронное вращение вокруг оси цилиндра

2 с одинаковой скоростью. При этом канавки 15 и 16 прокатываются по шаI рикам 17. и IS, которые катятся по канавкам 20, в результате чего поршень

6 вытеснителя и поршень 5 компрессора совершают возвратно-поступательное перемещение вдоль оси цилиндра 2, изменяя объемы полостей 4 и 3. При этом тела качения 12 не препятствуют относительному перемещению поршней 5 и 6 вдоль оси цилиндра 2 °

Синусоидальные канавки 15 и 16 выполнены таким образом, что в начальный момент времени поршень 6 вытеснителя находится в положении верхней мертвой точки, а поршень 5 компрессора перемещается вверх, сжимая газ в полости 3 до определенной величины, обусловленной. рабочим режимом машины.

После достижения этой величины поршень

5 продолжает движение вверх, а поршень 6 начинает движение вниз, увеличивая объем полости 4. При этом гаэ проталкивается через холодильник 25, где он охлаждается, проходит через регенератор 26 и далее — через тепло3382

20

3 141 обменник 27 нагрузки. Поршень 5 останавливается в верхней мертвой точке, а поршень б продолжает двигаться вниз, при этом объем полости 4 увеличивается, и газ охлаждается вследствие расширения. Затем поршень 6 вытеснителя, пройдя нижяою мертвую точку, начинает движение вниз, одновременно движется вниз и поршень 5, холодный газ проходит обратный путь, отводя теплоту в теплообменник 27 нагрузки от охлаждаемого объекта, охлаждая регенаратор 26 и подогреваясь в холодильнике 25. Затем цикл повторяется.

Зазоры 13, 22 и 21 достаточно малы (10-25 мкм), существенных перетечек между рабочими полостями не происходит. Постоянство этих затворов обеспечивается надежным центрированием поршней 5 и 6 относительно стенок цилиндра 2 и уплотнителя 14 относительно отверстия 9.

Установка между телами качения 12 и втулкой 10 гильзы 31 с неравномерной толщиной стенки позволяет компенсировать износ тел качения 12 и опорных поверхностей, снизить точность изготовления сопрягающихся деталей, повысить ресурс работы машины и понизить вибрации путем увеличения податливости системы.

Изготовление граней штока вогнутыми (фиг.4) в виде продольных выемок

29 черезвычайно упрощает технологию, так как выемки 29 и 30 можно получить одновременно путем обработки поверхностей штока 7 и втулки )О инструментом, диаметр которого равен диаметру тел качения 12 ° При этом на место сепаратора 11 с телами качения

12 устанавливают технологическую заглушку, которая после изготовления„ отверстий (диаметр их равен диаметру тел качения 12) извлекается из зазора между штоком 7 и отверстием 9.

В конструкции практически полностью устранено трение скольжения и сопутствующие ему значительные потери энергии, износ и потеря точности сопряжений. Это дает возможность использовать щелевые бесконтактные уплотнения поршней б.и 5 с минимальными зазорами 21, 22 в течение большого (10 тыс.ч. и более) ресурса рабо1

55 ты и существенно (на 10-- 20X) повысить экономичность машины.

Использование фиксирования поршня компрессора относительно поршня 6 вытеснителя в направлении их вращения с помощью тел качения позволяет yrlpoстить технологию их изготовления, так как отпадает необходимость тщательной подгонки сопрягающихся поверхностей благодаря введению простейшей операции подбора тел качения нужного диаметра при расширении допусков на изготовление поверхностей, имеющих традиционные формы. Появляется возможность многократного ремонта без применения дорогостоящих операций восстановления изношенного слоя, что существенно повышает ремонтопригодность машины в целом.

Формула изобретения

1. Газовая холодильная машина, содержащая цилиндр, размещенные в нем поршни компрессора и вытеснителя, связанные штоком и снабженные электроприводом, последовательно соединенные холодильник, регенатор и теплообменник нагрузки, причем на внутренней поверхности цилиндра и наруж ных поверхностях поршней выполнены синусоидальные канавки, в которых помещены шарики, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения технологичности, ремонтопригодности и экономичности, шток выполнен многогранным, вокруг него установлена ци". линдрическая втулка, причем между последней и штоком дополнительно с натягом помещены тела качения.

2. Машина по п.l, о т л и ч а ющ а я с я тем, что грани тока выполнены плоскими.

3. Машина по пп.1 и 2, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что шток имеет центральное отверстие.

4. Машина по п.), о т л и ч а ющ а я с я тем, что грани штока выполнены вогнутыми, а на внутренней поверхности втулки выполнены ответные продольные выемки.

5. Машина по п.l, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что между втулкой и телами качения дополнительно установлена гильза.

1413382

)4)3382