Расширительная машина двойного расширения рабочего тела

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к расширительным машинам. Технический результат заключается в повышении эффективности работы расширительной машины. Согласно изобретению обеспечивается двойное расширение сжатого рабочего тела последовательно в двух цилиндрах, второй из которых имеет больший размер. Первоначально сжатое рабочее тело подается через впускной клапан в первый цилиндр, где осуществляется его первоначальное расширение. Из первого цилиндра рабочее тело через перепускной клапан и перепускной канал подается во второй цилиндр, где производится его дальнейшее расширение. Регулирование количества и давления впускаемого в первый цилиндр рабочего тела осуществляется за счет изменения величины подъема впускного клапана в зависимости от воздействия на акселератор. Воздействие на акселератор также обеспечивает регулирование длины хода поршня первого цилиндра. Длина хода поршня второго цилиндра регулируется автоматически в зависимости от остаточного давления рабочего тела, выпускаемого из первого цилиндр. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к расширительным машинам (двигателям).

Известны расширительные силовые машины (двигатели), заключающиеся во впуске рабочего сжатого газообразного тела в цилиндры двигателя для последующего расширения в расширительном цилиндре с воздействием на поршень и дальнейшим преобразованием возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение выходного вала. Это, например, двигатели с тронковыми кривошипно-шатунными механизмами, или аксиальные пневмомашины с наклонной шайбой (см. а.с. СССР №1740769 А1, МПК F04B 1/20, опубл. 15.06.1992), или ряд других конструкций, применяемых в повседневной практике работающих машин. Однако недостатком известных машин является недостаточно полное расширение сжатого рабочего тела, что значительно уменьшает КПД двигателей.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности использования расширенного рабочего тела за счет управляемого давления и количества подаваемого сжатого рабочего тела в цилиндры двигателя с регулируемой длиной хода поршня, а также дальнейшего продолженного расширения первоначально отработавшего рабочего сжатого тела в первом цилиндре и передачи его во второй цилиндр большего размера и автоматического регулирования рабочего объема второго расширительного цилиндра в зависимости от давления и количества первоначально отработавшего рабочего тела в первом цилиндре.

Поставленная задача решается в расширительной машине для расширения сжатого рабочего тела, которая содержит первый цилиндр и второй цилиндр большего, чем первый, размера, в которых производится двойное расширение сжатого рабочего тела, акселератор, впускной, перепускной и выпускной клапаны, перепускной канал, соединяющий перепускной клапан подпоршневого пространства первого цилиндра со вторым цилиндром, и редукторы, обеспечивающие регулирование длины хода поршней в цилиндрах. При этом подача рабочего тела происходит первоначально через впускной клапан в первый цилиндр, где и осуществляется первоначальное расширение рабочего тела с последующей передачей его через перепускной клапан и перепускной канал во второй цилиндр, где производится дальнейшее продолженное расширение рабочего тела. При нажатии на акселератор он посредством системы рычагов перемещает муфту штанги впускного клапана по своим направляющим, в результате штанга разворачивается и скользит по внутреннему радиусу коромысла впускного клапана таким образом, что с увеличением угла разворота штанги увеличивается подъем впускного клапана, тем самым обеспечивается регулирование количества и давления впускаемого в первый цилиндр рабочего тела. Акселератор посредством тяги с демпферной пружиной также соединен с редуктором, обеспечивающим регулирование длины хода поршня первого цилиндра. Длина хода поршня второго цилиндра автоматически регулируется в зависимости от остаточного давления рабочего тела, выпускаемого из первого цилиндра, посредством редуктора, соединенного с диафрагменным приводным механизмом, в наддиафрагменное пространство которого по соединительному каналу передается давление рабочего тела из перепускного канала. Первый и второй цилиндры расширительной машины могут быть расположены под углом друг к другу, при этом их совместная работа передается к общему коленчатому валу. До подачи в расширительную машину сжатое рабочее тело сохраняется в ресивере большого давления и передается из него в первый цилиндр через понижающий редуктор рабочего давления, которое также регулируется до подачи его в первый цилиндр.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показана расширительная машина двойного расширения рабочего тела.

Расширительная машина двойного расширения рабочего тела содержит управляющее устройство, акселератор 1, муфту 2 штанги 3, коромысло 4 впускного клапана 5, эксцентрик 6 впускного клапана 5, поршень 7 цилиндра "А", редуктор 8, понижающий давление, ресивер 9 сжатого воздуха большого давления, тягу 10, соединяющую акселератор 1 с редуктором 11, ползун редуктора 12, сочленение 13 малого и большого шатуна с маятниковым рычагом, поршень 7 цилиндра "А", шатун коленчатого вала 15, упор 16 муфты 2 штанги 3, демпферную пружину 17 тяги 10, соединяющую акселератор 1 с редуктором 11, ползун 18 реостата 19, реостат 19 акселератора 1, перепускной клапан 20, поршень 21 цилиндра "В", выпускной клапан 22, перепускной канал 23, соединяющий подпоршневое пространство цилиндра "А" с цилиндром "В", соединяющий канал 24, диафрагму 25 приводного механизма редуктора 26 цилиндра "В", маятниковый рычаг 27, соединяющий ползун редуктора 26 с шарниром 28 малого и большого шатунов, штангу 29 выпускного клапана 22 и пусковое устройство 30.

Расширительная машина с двойным расширением рабочего тела работает следующим образом. При нажатии на акселератор 1 посредством системы рычагов перемещается муфта 2 штанги 3 по своим направляющим на угол "α" качания штанги 3. Штанга 3 при управлении подачи рабочего тела в цилиндр "А" скользит по внутреннему радиусу коромысла 4, радиус которого по отношению к радиусу разворота штанги отличается таким образом, что с увеличением угла "α" увеличивается подъем впускного клапана 5, тем самым увеличивается время, выраженное в мм хода поршня 7 открытия впускного клапана 5, чем и обеспечивается регулирование количества и давления впускаемого в цилиндр "А" рабочего тела из редуктора 8, понижающего давление рабочего тела, которое поступает из ресивера 9 большого давления. При нагрузке на двигатель более 75% акселератор 1 своим рычагом перемещает не только штангу 3, но и, преодолевая усилие демпферной пружины 17, передвигает рычаг редуктора 11, который своей шестерней передвигает ползун 12 из положения "а" в положение "b" и тем самым посредством маятникового рычага через сочленение 13 отодвигает большой шатун от оси цилиндра "А", опуская поршень 7 из НМТ1 к НМТ2, тем самым увеличивая ход поршня с 2R до 3R (радиусов шатуна). Одновременно с этим ползун 18 реостата, скользя по реостату 19, изменяет электросигнал, который подается к понижающему редуктору 8. Автоматически редуктор 8, в свою очередь, увеличивает давление подаваемого сжатого рабочего тела в 2-3 раза, чем и обеспечивается заполнение не только рабочего объема цилиндра "А" рабочего тела. Цилиндр "А" вырабатывает максимальную мощность, после открытия перепускного клапана 20 рабочее тело перетекает из цилиндра "А" в цилиндр "В" с увеличенным по сравнению с цилиндром "А" в 2-2,5 раза диаметром. Далее поршень 21 цилиндра "В" воспринимает давление рабочего тела, совершает рабочий ход и через свой сочлененный шатун передает усилие на совместный с цилиндром "А" коленчатый вал. Так как при нажатии на акселератор 1 давление рабочего тела Рв увеличивается, то оно по соединительному каналу 24 передается в наддиафрагменное пространство приводного механизма редуктора 26. Данное давление рабочего тела Рв, действуя на диафрагму 25 своим усилием, сжимает пружину и своей тягой продвигает рычаг редуктора 26, который в свою очередь шестерней продвигает ползун из положения "d" в положение "с", тем самым продвигая маятниковый рычаг 27 в левое крайнее положение. Сочлененный шатун цилиндра "В" складывается и поршень 21 цилиндра "В" опускается с НМТ1 к НМТ2, увеличивая рабочий ход поршня 21 с 2R до 3R. В результате расширение рабочего тела в цилиндре "В" происходит более полно, а при движении поршня 21 к ВМТ и открытии выпускного клапана 22 из цилиндра "В" выпускается отработавшее рабочее тело с давлением Рвв, близким к атмосферному давлению Ро, чем и обеспечивается наиболее полное расширение рабочего тела и, в свою очередь, КПД работы двигателя.

При опускании акселератора 1 в положение холостого хода системы рычагов срабатывают в обратном направлении, кроме того, штанга 3 "проваливается" в проем холостого хода коромысла 4. При остановке двигателя водитель вытягивает кнопку, которая разворачивает эксцентрик пускового устройства 30, позволяя штанге 3 "провалиться" в проем коромысла 4. Подъем клапана 5 прекращается, двигатель останавливается.

Пуск расширительной машины производится специальным устройством, позволяющим впускать рабочее тело в цилиндр "А", минуя впускной клапан 5. Как только штанга 3 выходит из проема коромысла в положение холостого хода, клапан 5 своевременно открывается, начинается работа расширительной машины на холостом ходу, при котором клапан 5 открывается на малую величину, и поршни цилиндра "А" и цилиндра "В" перемещаются до НМТ1.

1. Расширительная машина для расширения сжатого рабочего тела, содержащая цилиндры с поршнями, отличающаяся тем, что она содержит первый цилиндр и второй цилиндр большего, чем первый, размера, в которых производится двойное расширение сжатого рабочего тела, акселератор, впускной, перепускной и выпускной клапана, перепускной канал, соединяющий перепускной клапан подпоршневого пространства первого цилиндра со вторым цилиндром, и редуктора, обеспечивающие регулирование длины хода поршней в цилиндрах, при этом подача рабочего тела происходит первоначально через впускной клапан в первый цилиндр, где и осуществляется первоначальное расширение рабочего тела с последующей передачей его через перепускной клапан и перепускной канал во второй цилиндр, где производится дальнейшее продолженное расширение рабочего тела, при нажатии на акселератор он посредством системы рычагов перемещает муфту штанги впускного клапана по своим направляющим, в результате штанга разворачивается и скользит по внутреннему радиусу коромысла впускного клапана таким образом, что с увеличением угла разворота штанги увеличивается подъем впускного клапана, тем самым обеспечивается регулирование количества и давления впускаемого в первый цилиндр рабочего тела, акселератор посредством тяги с демпферной пружиной также соединен с редуктором, обеспечивающим регулирование длины хода поршня первого цилиндра, длина хода поршня второго цилиндра автоматически регулируется в зависимости от остаточного давления рабочего тела, выпускаемого из первого цилиндра, посредством редуктора, соединенного с диафрагменным приводным механизмом, в наддиафрагменное пространство которого по соединительному каналу передается давление рабочего тела из перепускного канала.

2. Расширительная машина по п.1, отличающаяся тем, что первый цилиндр и второй цилиндр расположены под углом друг к другу, и их совместная работа передается к общему коленчатому валу.

3. Расширительная машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что сжатое рабочее тело сохраняется в ресивере большого давления и передается из него в первый цилиндр через понижающий редуктор рабочего давления, которое также регулируется до подачи его в первый цилиндр.