Холодильно-газовая машина
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Со!ох Советских
Социалистических
Респуелин
Зависимое от авт. свидетельства №
Заявлено 23.I I I.1965 (№ 948329/23-26) с присоединением заявки ¹
Приоритет
Опубликовано 08.XII.1967. Бюллетень № 1
Дата опубликования описания 14.II.19á8
Ел. 17а, 1/03
17а, 2
МПК F 25b
F 25b
УДЫ 621.573(088.8) Номитвт по делам иааоретвний и открытий
1;ри Совете Министров
СССР
Авторы изобретения
А. Б. Давыдов и В. И. Епифанова
Заявитель
ХОЛОДИЛЬНО-ГАЗОВАЯ МАШИНА
Известны холодильно-газовые машины, содержащие компрессорные и детандерные цилиндры с поршнями, а также холодильники и регенераторы, соединенные с этими цилиндрами. Движение поршней цилиндров обеспечивается шатунно-кривошипным мсханизмом.
Но эти холодильные машины имеют сравнительно низкую удельную холодопроизводительность (холодопроизводительность при рабочей температуре на единицу веса машины), т. е. высокую удельную металлоемкость (металлоемкость на единицу холодопроизводительности при рябо сй тем!1срятуре), обеспечиваlОТ только Один раба 111й процесс в цилиндре за один оборот машины; имеют недостаточную уравновешенность машины и в связи с этим необходимость примснения противовесов и меховых масс, сущесгвенно увеличивающих металлоемкость машины, тяжелые фундаменты или антивибрационные устройства для системы, где установлена машина.
Предлагаемая холодильно-газовая машина отличается от известных тем, что в ней, с целью повышения к. п. д. машины, уменьшения ее габаритов и достижения полной уравновешенности, детандерные и компрессорные цилиндры с установленными внутри них холодильниками и регенераторами объединены
В ротор ныц Олок, аl поршни цплттн JpGB сн110 жены вращающимися упорами, находящимися в зацеплении с замкнутыми профильными поверхностями, охватывающими роторный блок и имеющими с ним одну ось вращения.
Г(а чертеже показана схема описываемой холодильно-газовой машины.
Она состоит из компрессорных 1 и детандерных 2 цилиндров с установленными внутри них холодильниками 8 и регенераторами 4 и объединенных в роторный блок. Для улучшения охлаждения компрессорные цилиндры снабжены ребрами 5, а детандерные цилиндры — теплоизоляцией 6. Поршни 7 компрессорных и детандерных цилиндров имеют вращающиеся упоры 8, которые находятся в зацеплении (в данном случас перекатываются) с замкнутыми профильными поверхностями-кольцами 9, охватывающими этот роторный блок и имеющими с ним одну ось вращения. Вращающиеся упоры имеют направляющие 10, обеспечивающие их фиксацию в определенном положении.
При вращении роторного блока и неподвижных профильных поверхностях-кольцах 9, либо наоборот, при вращении профильных поверхностей-колец и неподвижном роторном блоке за счет воздействия профильной поверхности на вращающийся упор 8, сочлененного с поршнем, обеспечивается радиальное
30 движение поршней к центру. Движение их от
206591
15 го г5
Зо
65 центра происходит за счет силы пружины, а если вращается роторный блок, то за счет центробежной силы, действующей на поршень.
Движение детандерных поршней от центра происходит за счет сил давления, действующих на поршень. Полный рабочий процесс в компрессорном и детандерном цилиндрах происходит при повороте на 180 .
Принципиально рабочий процесс не отличается от рабочего процесса холодильно-газовой машины с кривошипно-шатунным приводом. Рабочий процесс осуществляется толька за счет взаимно согласованного движения компрессорного поршня и детандерного поршня таким образом, чтобы изменение объема расширения опережало соответствующее изменение обьема сжатия. В данном случае это достигается путем смещения мертвых точек (точек максимального удаления от центра) компрессорного и детандерного поршней.
Благодаря диаметрально симметричному расположению одинаковых компрессорных и детандерных поршней и профилировки профильных поверхностей, обеспечивающих одинаковые фазы в противолежащих цилиндрах, достигается полная уравновешенность сил давления, возникающих в цилиндрах, и динамических сил, связанных с вращением. В данном примере совершается четыре рабочих хода (по два рабочих хода в каждом цилиндре) за один оборот детандера. При большем числе рабочих цилиндров и увеличении числа профильных дуг, на которых происходит полный рабочий процесс в одном цилиндра, число рабочих ходов за один оборот выражается произведением числа дуг на число пар компрессорных и детандерных цилиндров.
Так, при четырех компрессорных, четырех детандерных цилиндрах и четырех профильны дугах, образующих одно профильное кольцо, число рабочих ходов за один оборот составляет 16.
Таким образом достигается существенное увеличение удельной холодопроизводительности машины, т. е. уменьшение ее металлоемкости. Увеличение числа цилиндров при одной и той же холодопроизводительности сопряжено с уменьшением диаметров цилиндров, что приводит к уменьшению сил, действующих на поршень, и к уменьшению металлоемкости машины. Выполнение холодильногазовой машины в роторно-поршневом варианте особенно целесообразно и просто потому, что она не имеет клапанов или других устройств, служащих для впуска и выпуска рабочего тела. Кроме того, в местах наибольших скоростей контактируемых пар трение скольжения заменено трением качения.
Холодильно-газовую машину в роторнопоршневом варианте вероятно наиболее удобно осуществить с неподвижным роторным блоком и вращающимися кольцами с профильными поверхностями. В противном случае появляются трудности в использовании низкотемператур ного холода вращающегося источника и в осуществлении надежной изоляции (например, вакуумной) вращающегося цилиндра с вытеснителем и регенератором.
Однако это не исключает создания холодильно-газовых машин с вращающимся ротором.
Роторно-поршневые холодильно-газовые машины могут быть осуществлены в различных модификациях. В зависимости от параметров, назначения и конструктивного оформления машины уплотнения между поршнем и цилиндром, фиксация поршня в цилиндре, отвод холода или получаемого продукта, изоляция детандерного цилиндра, охлаждение компрессорного цилиндра, привод машины решаются различными способами.
Таким образом, возможно несколько вариантов выполнения роторно-поршневых холодильно-газовых машин.
1. Однолинейные машины с приводом от наружной или внутренней профильной поверхности, в которых цилиндры компрессоров и детандеров расположены в одной плоскости.
2. Однолинейные машины, в которых компрессорные поршни приводятся в движение от наружной профильной поверхности, а поршни детандеров — от внутренней, или наоборот; это позволяет иметь раздельными холодную и теплую кольцевые зоны.
3. Двух- или многолинейные машины, в которых компрессорные поршни находятся в различных плоскостях, перпендикулярных оси вращения, и приводятся от двух или более наружных, внутренних или наружной и внутренней профильных поверхностей с различным расположением холодильников и регенераторов.
Из всего вышеуказанного следует, что данная холодильно-газовая машина обладает следующими достоинствами:
1) при соответствующей профилировке профильной поверхности может быть произведено от одного до нескольких рабочих ходов в одном цилиндре при одном обороте;
2) при четном числе компрессорных и детандерных цилиндров, расположенных диаметрально, и соответствующей профилировке профильной поверхности, обеспечивающей в этих цилиндрах одинаковые фазы рабочего процесса, достигается полная уравновешенность сил давления и динамическая уравновешенность машины;
3) существенно повышается удельная производительность машины, т. е. существенно сокращаются габариты и металлоемкость машины;
4) осуществляется любой наиболее целесообразный закон движения поршней и фазораспределения;
5) появляется возможность создания унифицированного ряда машин на различную холодопроизводительность, отличающихся числом рабочих цилиндров или деталью с профильной поверхностью.
206591
Предмет изобретения
Составитель Ю. Посткин
Редактор Н. А. Джарагетзи Техред T. П. Курилко Корректоры; А. П. Татаринцева и Г. И. Плешакова
Заказ 1б03/3 Тираж 530 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва, Центр, пр. Серова, д. Л
Типография, пр, Сапунова, 2
Холодильно-газовая машина, содержащая компрессорные и детандерные цилиндры с поршнями, холодильники и регенераторы, установленные внутри компрессорных и детандерных цилиндров, и привод для перемещения поршней цилиндров, отличающаяся тем, ито, с целью повышения к. п. д. машины, уменьшения ее габаритов и достижения полной уравновешенности, детандерные и компрессорные цилиндры с холодильниками и регенераторами объединены в роторный блок, а поршни цилиндров снабжены вращающимися упорами, находящимися в зацеплении с замкнутыми профильными поверхностями, охватывающими роторный блок и имеющими с ним одну ось вращения.
