Установка преобразования мощности
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
К ПАТЕНТУ, ГОсудАРстВеннОе пАтентнОе ведоь1ство сссР (ГОСПАТЕНТ СCCP) (21) 4356311/29 (86) PCT/NO 87/00074 от
16 11.87 (2 ) 22.07.88 (4 ) 30.08.93. Бюл. N. 32 (3 ) 864684 (ЗЦ) 24.11.86 (Зф) N0 (71) Зд Интернэшнл А/С (ИО) (72) Тор Ларсен (NG) (56) Патент CLHA ¹ 4441869, кл. F 01 С 1/00, 1984. (54) УСТАНОВКА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
МОЩНОСТИ (57) Использование: в качестве двигателя насоса или компрессора, Сущность изобретения: пластина размещена с воэможностью качательного движения вокруг цапф на пластине, Ось качательного движения расположена в центре расточки корпуса и под прямым углом к оси вращения вала, образуя, с поршнем четыре рабочих камеры. Поршни
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве двигателя, насоса или компрессора.
Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение эффективности работы устройства путем улучшения гЕрметизации элементов конструкции двигателя.
На фиг.1 показана установка преобразования мощности, продольный разрез; на фиг.2 — разрез X-X на фиг.1; на фиг.З— установка в разрезе после поворота коленчатого вала на 45 относительно положения, показанного на фиг.2; на фиг.4 — установка А2 1838634 АЗ (я)я F 01 С 3/00, F 04 С 3/00
F 01 С 9/00 снабжены сегментными элементами, неподвижно соединенными с валами и жестко установленными на оси. Ось проходит через центр расточки корпуса под углом к оси валов. Периферийная поверхность каждого поршня имеет форму части шара, наиболее удаленные друг от друга участки к-рой соединены с промежуточной ступицей. Рабочая площадь каждого поршня образована двумя плоскими поверхностями, расположенными под углом друг к другу, Периферийная поверхность каждого поршня включает в себя сферическую поверхность соответствующего сегментного элемента. Промежуточная ступица имеет цилиндрические участки и расположена с возможностью качательного движения в ответных выемках, выполненных в пластине. Впускные и выпускные отверстия расположены в корпусе с возможностью периодического полного или частичного перекрытия их поршнем и (или) пластиной. 6 з.п. ф-лы, 12 ил. в разрезе по оси общего коленчатого вала; на фиг.5 — установка в виде поршневого парового двигателя с тройным расширением; на фиг,6 — часть установки, изображенной на фиг.5, разрез; на фиг.7 — установка, используемая s качестве восьмикамерного двигателя Стирлинга; на фиг,8 — управляющее устройство для двигателя Стирлинга согласно фиг.7, поперечный разрез; на фиг,9— управляющее устройство для двигателя
Стирлинга согласно фиг.7, продольный разрез; на фиг.10 — установка в виде четыректактного двигателя, продольный разрез; на фиг.11 — установка в виде четырехтактного двигателя, поперечный разрез; на фиг.12—
1838634 четыре такта для соответствующих четырех камер двигателя в установке согласно фиг.10 и 11.
Установка преобразования мощности содержит корпус 1 со сферической расточкой 2, в которой размещена пара оппозитных поршней 3 и 4 двойного действия, жестко соединенных друг с другом посредствам промежуточной ступицы 5. установленной с возможностью вращения в корпусе 1. В корпусе 1 с возможностью возвратно-вращательного перемещения вокруг цапф б, размещена пластина 7, на которой жестко закреплены цапфы 6, -установленные с воэможностью вращения в стенках корпуса 1. Поршни 3 и 4 закреплены на соосных валах 8 и 9 и расположены центрально симметрично относительно промежуточной ступицы 5 по обе стороны 10 пластины 7 с воэможностью взаимодействия с последней с образованием рабочих объемов 11 и 12. Ось 13 возвратного вращения пластины 7 расположена в центре расточки 2 корпуса 1 и под прямым углом к оси вращения валов 8 и 9, образуя с поршнями
3 и 4 четыре рабочих камеры. Поршни 3 и 4 снабжены сегментными элементами 14 и 15, неподвижно соединенными с валами 8 и 9 и жестко установленными на оси 13, проходящей через центр расточки корпуса 1 под углом к оси валов 8 и 9, при этом периферийная поверхность каждого поршня 3 и 4 имеет форму части шара, наиболее удаленные друг от друга участки которой соединены с промежуточной ступицей 5, а рабочая площадь каждого поршня 3 и 4 образована двумя плоскими поверхностями, расположенными под углом друг к другу, причем периферийная поверхность каждого поршня 3 и 4 включает в себя сферическую поверхность соответствующего сегментного элемента 14 и 15. Промежуточная.ступица 5 имеет цилиндрические участки и расположена с возможностью возвратно-вращательного движения в ответных выемках 16 и 17, выполненных в пластине 7. В корпусе 1 расположены апускные и выпускные отверстия 18 и 19 с возможностью периодического полного или частичного перекрытия их поршнями 3 и 4 и/или пластиной 7, Установка можетбыть выполненатаким образом, что валы 8 и 9, сегментные участки
14 и 15 и ось 13 соединены между собой в жесткий коленчатый вал 20, установленный с возможностью вращения внутри поршней
3 и 4 на подшипниках качения 21.
Установка может быть выполнена таким образом, что коленчатый вал 20 выполнен зацело, а поршни 3 и 4 и ступица 5 выполнены из нескольких, соединенных s продольном направлении секций.
Установка может быть выполнена таким образом, что сферические периферийные
5 поверхности пластины 7 на участках траектории, соответствующих максимальному и минимальному объемам рабочей камеры 11 и 12, перекрывают впускное и выпускное отверстия 18 и 19, расположенные по обе
10 стороны пластины 7, а на участках увеличения и уменьшения объема рабочей камеры
11 и 12 сообщают последние соответственно с впускным и выпускным отверстиями 18 и 19.
15 Установка может быть выполнена таким образом, что сферические периферийные поверхности пластины 7 имеют наибольшую ширину в зоне расположения цапф 6, причем ширина периферийных поверхно20 стей уменьшается по мере удаления от цапф
6 по окружности сферы к оси вращения промежуточной ступицы 5, при этом пластина 7 выполнена с двумя полудисковыми частями
22, соединенными между собой посредст25, вом переходных элементов 23, контактиру.ющих с соответствующими поверхностями поршней 3 и 4 и ступицы 5.
Установка может быть выполнена таким образом, что впускные и выпускные отвер30 стия 18 и 19 расположены с воэможностью перекрытия периферийными поверхностями поршней 3 и 4 и пластиной 7.
Установка может быть выполнена таким образом, что впускные и выпускные отвер35 стил 18 и 19 периодически перекрываются только при движении поршней 3 и 4 и пластины 7 относительно корпуса 1.
Установка работает следующим образом.
40 Рабочие камеры 11 и 12 (фиг.1) формируются при максимальном объеме на противоположных сторонах пластины 7 между поршнями 3 и 4 и пластиной 7.
В положении, изображенном на фиг.2, 45 отверстия 18 и 19 перекрываются сферическими поверхностями пластины 7. При повороте пластины 7 в направлении вращения коленчатого вала от положения, указанного на фиг.2,.вызываемом поворотом этого ко50 ленчатаго вала, связанного с поршнями 3 и
4, 00Kpyr ocu X-X, и соответствующем наклоне самой пластины 7 каждое отверстие 18 и
19 будет расположено напротив соответствующих рабочих камер 11 и 12. При движе55 нии пластины 7 от положения, показанного на фиг.3, к другому положению поршней 3 и
4 пластина 7 будет наклоняться обратно к исходному положению, показанному на фиг.2. Благодаря чему рабочая камера 11 будет продолжать уменьшагься в объеме к
1838634
mIn, а рабочая камера 12 будет продолжать увеличиваться по объему до max после поворота блока поршней 3 и 4 на 180 от исходного положения, показанного на фиг. l и 2.
Во время поворота на 360 каждая рабочая камера 11 и 12 осуществит полностью замкнутый рабочий цикл с впуском и выпуском рабочей среды.
На фиг.1-4 установка может использоваться в качестве компрессора или насоса для подачи газообразной или жидкой среды.
На фиг.5 показан вариант использования установки в качестве поршневого парового двигателя с трехступенчатым расширением, в котором три паровых двигателя 24, 25 и 26 соединены последовательно. Двигатель 24 запитывается острым паром, поступающим от парового котла 27 через две параллельные паровые питающие трубки 28 и 29, а отработанный пар от двигателя поступает в соседний двигатель 25 через две параллельные паровые трубки 30 и 31, откуда отработанный пар поступает через две паровые трубки 32 и 33 в третий двигатель 26, а отработанный пар через две паровые трубки 34 и 35 подается на паровой конденсатор 36. От конденсатора 36 конденсат подается через трубку 37 на каскадный резервуар 38, от которого отходит трубка, разветвляющаяся на два патрубка
39 и 40, идущих к четырехкамерному питательному. насосу 41. От питательного насоса
41 два патрубка 42 и 43 соединяются с паровым котлом 27, На фиг.7 установка используется в качестве восьмикамерного двигателя Стирлинга или двигателя с замкнутой регенеративной схемой с тепловым восстановлением, в которых рабочая среда сжимается и расширяется при различных температурных параметрах. На фиг,7 показаны четыре направляющих канала 44, 45, 46 и 47 между двумя моторными блоками 48 и 49, Каждая из четырех камер 50, 51, 52 и 53 в одном моторном блоке 49 соединяется с соответствующим каналом 47 и камерой 50 в другом мотсрном блоке 48, при этом поршни 54 в одном моторном блоке 48 сдвинуты по фазе на 90 относительно поршней 54 в другом моторном блоке 49, что приводит к сжатию рабочей среды между поршнями 54 в одном блоке на определенных стадиях рабочего цикла, на других стадиях — расширению среды, а на последующих стадиях осуществляют передачу среды от одной рабочей каме р ы к другой. M отор Стирл инга сконструирован одновременно со схемой конденсирования.
На фиг. 8 и 9 изображено гидравлическое соединение между цапфой 55 в одном моторном блоке 56 и цапфой вала 57 в другом моторном блоке 58. Одна цапфа 55 вала жестко соединена с первым поршневым элементом 59, а другая цапфа 57 жестко соединена с другим поршневым элементом
60. Поршневые элементы 59 и 60 ра мещены в общей камере 61 в общем корпусе 1, При помощи рукоятки 62 в клапане 63 можно осуществить посредством каналов 64 и
65 гидравлического управления перемещение поршневых элементов 59 и 60 навстречу друг другу или наоборот. Таким образом в данном случае имеется возможность реверсировать направление вращения, начиная с нулевого положения. После этого отклонение может возрастать до 90 и продолжать увеличиваться до 180 .
На фиг.10, 11 и 12 изображен четырыхтактный двигатель внутреннего сгорания 66 с корпусом 67, выполненным из двух корпусных элементов 68 и 69, Аналогичная конструкция может использоваться и в случае двухтактного двигателя внутреннего сгорания, На фиг.10 изображены четыре совмещенные свечи зажигания и топливные клапаны 70, 71, 72 и 73, т,е. единый блок из свечи зажигания и топливного клапана для соответствующей камеры 74, 75, 76 и 77, а также два управляемых клапаном канала выпуска 78 и 79 и два управляемых клапаном канала продувки 80 и 81, соединенных с отдельным клапаном 82, т.е. канал для соответствующей пары камер. Одновременно управление свечами зажигания и топливными клапанами может осуществляться известным ранее способом. Одновременное управление открытием и закрытием каналов выпуска и продувки может осуществляться частично за счет клапанного управления и частично скользящим открытием и закрытием при помощи соответственно перегооодки 83 и поршней
84 и 85. В случае двухтактного двигателя внутреннего сгорания требуется отдельное управление клапаном продувки, тогда как канал выпуска может открываться и закрываться только за счет управления поршнями и перегородкой соответственно или только управлением перегородкой.
На фиг.12 показано, что посредством четырех симметрично расположенных (воображаемых) колец 86, 87, 88 и 89, установленных концентрично относительно друг друга (одно для каждого из 4-х тактов), а также при помощи отверстий 90, 91, 92, 93 обозначается открытое соединение (в соответствующем Kollböã или такте} для четырех
1838634 свечей зажигания топливных клапанов 7073 (фиг,10), а при помощи отверстий 94 и 95 обозначается открытое соединение (в соот-. ветствующем кольце или такте) для двух каналов выпуска 78 и 79 (фиг.11), а при помощи отверстий 96 и 97 обозначается открытое соединение (в соответствующем кольце или такте) для двух каналов продувки
80 и 81 (фиг.11). Из фиг.12 видно, что рабо10 чие камеры, которые располагаются диаметрально противоположно относительно друг друга, работают в одном и том же такте, а соседние рабочие камеры, которые располагаются каждая на своей стороне одного
15 поршня и на одной стороне перегородки, имеют взаимно последовательный такт.
Формула изобретения
1. Установка преобразования мощности, содержащая корпус со сферической
20 расточкой, в которой размещена пара оппозитных поршней двойного действия, жестко соединенных друг с другом посредствам промежуточной ступицы, установленной с возможностью вращения в корпусе, впуск25 ные и выпускные отверстия, пластину, размещенную в корпусе, причем поршни закреплены на соосных валах и расположены центрально симметрично относительно промежуточной ступицы по обе стороны 30 пластины с возможностью взаимодействия с последней с образованием рабочих обьемов, отл ич а ю щая с я тем,что пластина размещена с возможностью качательно о движения вокруг цапф на пластине, а ось ее качательного движения расположена в цен35 тре расточки корпуса и под прямым углом к оси вращения валов, образуя с поршнем четыре рабочих камеры, поршни снабжены ными на оси, проходящей через центр расточки корпуса под углом к оси валов, при этом периферийная поверхность каждого поршня имеет форму части шара, наиболее удаленные друг от друга участки которой соединены с промежуточной ступицей, а рабочая площадь каждого поршня образована двумя плоскими поверхностями, располо50 женными под углом одна к другой; причем периферийная поверхность каждого поршня включает в себя сферическую поверхность соответствующего сегментного сегментными элементами, неподвижно сое- 40 диненными с валами и жестко установленэлемента, промежуточная ступица имеет цилиндрические участки и расположена с возможностью качательного движения в ответных выемках, выполненных в пластине, при этом впускные и выпускные отверстия расположены в корпусе с возможностью периодического полного или частичного перекрытия их поршнем и (или) пластиной.
2. Установка по п.1, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что валы, сегментные участки и ось соединены между собой в жесткий коленчатый вал, установленный с возможностью вращения внутри поршней на подшипниках качения.
3. Установка по п.2, о тл и ч а ю щ а яс я тем, что коленчатый вал выполнен зацело, а поршни и ступица выполнены из нескольких взаимно соединенных е продольном направлении секций.
4. Установка по пп.1-3, о тл ич а ю щая с я тем, что сферические периферийные поверхности пластины на участках траектории, соответствующих максимальному и минимальному объемам рабочей камеры, перекрывают впускное и выпускное отверстия, расположенные по обе стороны.пластины. а на участках увеличения и уменьшения объема рабочей камеры сообщают рабочую камеру соответственно с впускным и выпускным отверстиями.
5..Установка поп 4, отл ич а юща яс я тем, что сферические периферийные поверхности пластины имеют наибольшую ширину в зоне расположения цапф, причем ширина периферийных поверхностей уменьшается по мере удаления от цапф по окружности сферы к оси вращения промежуточной ступицы, при этом пластина выполнена с двумя полудисковыми частями, соединенными между собой посредством переходных элементов, контактирующих с соответствующими поверхностями поршней и ступицы.
6, Установка по п.4 или 5, о т л и ч à ещ а я с я тем, что впускные и выпускные отверстия расположены с возможностью периодического перекрытия пе риферийными поверхностями поршней и пластин.
7. Установка по пп,1-6, отл ич а ю щая с я тем, что впускные и выпускные отверстия периодически перекрываются только при движении поршней и пластины относительно корпуса.
1838634
1838634
1838634
1838634
1838634
1838634.
Puef
Составитель Ю.Федотов
Техред М.Моргентал Корректор С.Патрушева
Редактор С.Кулакова
Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 2916 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
