Установка для преобразования энергии рабочего тела в механическую энергию

 

Установка предназначена для выработки механической энергии за счет энергии сжатого газа, например, компрессорных станций. Установка содержит источник 1 сжатого газа, преобразующий блок 2, включающий гидромашину 3 и две герметичные емкости 4, 5, соединенные гидролиниями 6 и 7 с входом и выходом гидромашины 3, при этом одна из емкостей 4 заполнена рабочей жидкостью и подключена пневмолинией 8 через управляемый пневмоклапан 9 к источнику 1 сжатого газа, управляемые гидроклапаны 10, 11, установленные в гидролиниях 6 и 7, и нагрузку 12, соединенную с валом 13 гидромашины 3. Установка снабжена по меньшей мере одним дополнительным преобразующим блоком 2, подключенным через управляемый пневмоклапан 9 пневмолинией 8 к источнику 1 сжатого газа, причем все гидромашины 3 выполнены обратимыми и установлены на общем валу 13, а другая емкость 5 каждого блока 2 сообщена через управляемый пневмоклапан 14 с атмосферой. Кроме того, на емкостях 4 и 5 установлены измерительные приборы (например манометры) 15, по показаниям которых производится управление пневмоклапанами 14. Упрощение конструкции и повышение КПД. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроительному приводу и может быть использовано для преобразования энергии рабочего тела в механическую энергию, например при проектировании и изготовлении газогидравлических двигателей.

Известна система управления гидравлическим устройством, содержащая гидродвигатель возвратно-поступательного движения и два гидропневмоаккумулятора, гидравлические полости которых подключены гидролиниями через гидрораспределитель к гидродвигателю, а пневматические полости подключены пневмолиниями через пневмораспределитель к компрессору, имеющему ресиверы низкого и высокого давления (патент США 3921500, М. кл. F15В1/02, 1975).

Недостатком данной установки является то, что в ней используются гидродвигатели возвратно-поступательного движения и они не являются обратимыми машинами, что не дает возможности использовать их в системе с рекуперацией энергии и устанавливать их на общем валу для суммирования выходной мощности.

Наиболее близким аналогом по своей технической сущности к описываемому изобретению является установка для преобразования энергии рабочего тела в механическую энергию, содержащая источник сжатого газа, преобразующий блок, включающий гидромашину и две герметичные емкости, соединенные гидролиниями с входом и выходом гидромашины, при этом одна из емкостей заполнена рабочей жидкостью и подключена пневмолинией через управляемый пневмоклапан к источнику сжатого газа, управляемые гидроклапаны, установленные в гидролиниях, и нагрузку, соединенную с валом гидромашины (патент США 3611723, Н. кл. 60-51, 1971).

Недостатком этой установки является то, что в ней используются необратимые гидромашины, а в качестве источника сжатого газа - парогенератор низкого давления, что приводит к снижению КПД установки.

Другим недостатком является сложность ее конструкции при использовании газа под высоким давлением и отсутствие возможности рекуперирования энергии.

Техническим результатом, на решение которого направлено настоящее изобретение, является устранение указанных недостатков, а именно обеспечение возможности рекуперирования энергии, упрощение конструкции и повышение КПД.

Указанный технический результат достигается тем, что установка для преобразования энергии рабочего тела в механическую энергию содержит источник сжатого газа, несколько преобразующих блоков, каждый из которых включает гидромашину и две герметичные емкости, соединенные гидролиниями с входом и выходом гидромашины. При этом одна из емкостей каждого блока заполнена рабочей жидкостью и перед запуском установки подключается пневмолинией через управляемый пневмоклапан к источнику сжатого газа. За счет этого в каждом блоке аккумулируется потенциальная энергия. Управляемые гидроклапаны установлены в гидролиниях. Нагрузка соединена с общим валом гидромашин, преобразующих блоков. Все гидромашины выполнены обратимыми и установлены на общем валу, а другая емкость каждого блока сообщена через управляемый пневмоклапан с атмосферой.

На чертеже показана установка для преобразования энергии рабочего тела в механическую энергию.

Установка для преобразования энергии рабочего тела в механическую энергию содержит источник 1 сжитого газа, преобразующий блок 2, включающий гидромашину 3 и две герметичные емкости 4,5, соединенные гидролиниями 6 и 7 с входом и выходом гидромашины 3, при этом одна из емкостей 4 заполнена рабочей жидкостью и подключена пневмолинией 8 через управляемый пневмоклапан 9 к источнику 1 сжатого газа, управляемые гидроклапаны 10,11, установленные в гидролиниях 6 и 7, и нагрузку 12, соединенную с валом 13 гидромашины 3.

Установка снабжена по меньшей мере одним дополнительным преобразующим блоком 2, подключенным через управляемый пневмоклапан 9 пневмолинией 8 к источнику 1 сжатого газа, причем все гидромашины 3 выполнены обратимыми и установлены на общем валу 13, а другая емкость 5 каждого блока 2 сообщена через управляемый пневмоклапан 14 с атмосферой. Кроме того на емкостях 4 и 5 установлены измерительные приборы (например манометры) 15, по показаниями которых производится управление пневмоклапанами 14.

Установка для преобразования работает следующим образом.

От источника 1 сжатого газа, например, компрессора или магистрального газопровода, газ под высоким давлением начинает закачиваться через открытый управляемый пневмоклапан 9 по пневмолинии 8 в емкость 4, заполненную рабочей жидкостью. В этот момент пневмоклапан 14 открыт и сообщает другую емкость 5 с атмосферой.

После окончания процесса закачивания газа, определяемого по манометру 15, пневмоклапаны 9 и 14 закрывают и открывают управляемые гидроклапаны 10 и 11, установленные в гидролиниях 6 и 7.

Рабочая жидкость под давлением вытесняется из емкости 4 в свободную, находящуюся под атмосферным давлением емкость 5. При движении рабочей жидкости через гидромашину 3, работающую в режиме гидромотора, происходит преобразование энергии сжатого газа в механическую энергию, передаваемую на общий выходной вал 13, а от него к нагрузке-потребителю.

Вращение гидромашины 3 продолжается до тех пор, пока давление в емкостях 4 и 5 не сравняется. Затем открывается пневмоклапан 9 второго преобразующего блока 2 и процесс повторяется для второго преобразующего блока 2 и так далее по количеству преобразующих блоков. Таким образом, за счет движения жидкости через гидромашины 3, вал 13 продолжает вращать нагрузку 12.

После того как давление в емкостях 4 и 5 первого блока 2 выравнялось и открылись гидроклапаны 10 и 11 второго преобразующего блока 2, гидромашина 3 которого работала в режиме гидромотора, при этом гидромашина 3 первого блока 2 начинает работать в режиме насоса и перекачивать рабочую жидкость из емкости 5 обратно в емкость 4.

Рабочие циклы преобразующих блоков 2 повторяются через равные промежутки времени. Каждый цикл определяется последовательностью открытия и закрытия пневмоклапанов 9. В период перетекания рабочей жидкости из емкости 4 в емкость 5 соответствующих гидромашин 3, происходит преобразование энергии сжатого газа в механическую энергию вращения, передаваемую от вала 13 нагрузке 12 и частично используется для возврата жидкости из емкостей 5 в емкости 4.

Установка обеспечивает стабильную работу нагрузки 12 за счет предварительной накачки газа под высоким давлением (до 400 атм) в емкости 4 и периодического снижения давления до атмосферного в емкостях 5.

Формула изобретения

Установка для преобразования энергии рабочего тела в механическую энергию, содержащая источник сжатого газа, преобразующий блок, включающий гидромашину и две герметичные емкости, соединенные гидролиниями с входом и выходом гидромашины, при этом одна из емкостей заполнена рабочей жидкостью и подключена пневмолинией через управляемый пневмоклапан к источнику сжатого газа, управляемые гидроклапаны, установленные в гидролиниях, и нагрузку, соединенную с валом гидромашины, отличающаяся тем, что она снабжена по меньшей мере одним дополнительным преобразующим блоком, подключенным через управляемый пневмоклапан пневмолинией к источнику сжатого газа, причем все гидромашины выполнены обратимыми и установлены на общем валу, а другая емкость каждого блока сообщена через управляемый пневмоклапан с атмосферой.

РИСУНКИ

Рисунок 1