Поршневая расширительная машина

Поршневая расширительная машина предназначена для использования в энергомашиностроении в качестве пневматического или газового двигателя, например в горной, химической и нефтехимической промышленности. В корпусе машины размещены расширительные цилиндры с непрямоточными и прямоточными системами газораспределения. Непрямоточная система газораспределения содержит нормально открытые самодействующие впускные и выпускные клапаны, а прямоточная система -нормально открытые самодействующие впускные клапаны и выхлопные окна в стенках цилиндров в конце хода поршней. Газ (воздух) высокого давления расширяется в расширительных цилиндрах с непрямоточной системой газораспределения, а затем поступает через общее распределительное устройство (коллектор или ресивер) на дальнейшее расширение до низкого давления в цилиндры с прямоточной системой. Последовательное ступенчатое расширение газа высокого давления обеспечивает более полное расширение газа и получение более высокой эффективности и мощности расширительной машины. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения - машинам объемного действия, в частности поршневым расширительным машинам, и может быть использовано в качестве пневматического или газового двигателя, в горнодобывающей, химической и нефтехимической промышленности для силового привода машин и механизмов.

Известны конструкции поршневых расширительных машин поршневого пневмодвигателя (Патент RU №2097576, МКИ F01L 9/02, 25/00, F01B 25/02, опубл. 27.11.97 г., Свидетельство на полезную модель 10423, МКИ FOIL 9/02, 25/00, опубл. 16.07.1999 г.) и поршневого детандера (Свидетельство на полезную модель 11312, МКИ F25B 1/02, опубл. 16.09.1999 г.) с прямоточной системой газораспределения, включающей в себя нормально открытые самодействующие впускные клапаны и выхлопные окна в стенках цилиндров для выхлопа отработанного газа.

Недостатками таких расширительных машин является невысокая эффективность, особенно при работе на повышенных давлениях газа на впуске, обусловленная неполным расширением и выхлопом незначительного количества отработанного газа в область пониженного давления при прямом ходе поршня и сжатием достаточно большого количества газа, оставшегося в расширительном цилиндре при обратном ходе поршня.

Указанный недостаток частично устранен в известной поршневой расширительной машине (Патент на изобретение RU №2151302, МКИ F01B 25/02, F01L 9/02, F03C 1/08, опубл. 20.06.2000 г.), содержащей непрямоточную систему газораспределения, включающей в себя нормально открытые самодействующие впускные и выпускные клапаны для выпуска отработанного газа.

Недостатком такой расширительной машины является ограниченный диапазон устойчивой работы, обусловленный малой длительностью процесса выхлопа через открытый выпускной клапан и сжатием достаточно большого количества газа, оставшегося в расширительном цилиндре при обратном ходе поршня.

Техническим результатом настоящего изобретения является устранение указанного недостатка и получение более высокой эффективности и мощности расширительной машины за счет более полного расширения газа высокого давления с использованием последовательного ступенчатого расширения в нескольких расширительных цилиндрах.

Указанный технический результат достигается тем, что в поршневой расширительной машине, включающей в себя размещенные в одном корпусе расширительные цилиндры с непрямоточными системами газораспределения, снабженные впускными штуцерами, соединенные с магистралью высокого давления, выпускными штуцерами, нормально открытыми впускными и выпускными клапанами, согласно заявляемому изобретению расширительные цилиндры с непрямоточными системами газораспределения выпускными штуцерами присоединены трубопроводами к общему распределительному устройству и впускным штуцерам расширительных цилиндров с прямоточными системами газораспределения, содержащими впускные штуцеры, нормально открытые впускные клапаны, выхлопные окна в стенках расширительных цилиндров в конце хода поршня, соединенные с магистралью низкого давления.

Суммарные площади поперечных сечений расширительных цилиндров с непрямоточными системами газораспределения Fц1 и с прямоточными системами газораспределения Fц2 связаны зависимостью F ц 2 = р в д / р н д F ц 1 , рвд, рнд - давление в магистралях высокого и низкого давления соответственно.

Распределительное устройство может быть выполнено в виде коллектора, либо ресивера.

В ресивере могут быть размещены тепловыделяющие устройства. Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг.1, фиг.2 и фиг.3), где показаны поперечные разрезы поршневой расширительной машины: фиг.1 - поперечный разрез поршневой расширительной машины с угловым расположением расширительных цилиндров и общим коллектором; фиг.2 - поперечный разрез поршневой расширительной машины с угловым Ш-образным расположением расширительных цилиндров и общим коллектором; фиг.3 - поперечный разрез поршневой расширительной машины с угловым расположением расширительных цилиндров и ресивером, с размещенными в нем тепловыделяющими устройствами.

Поршневая расширительная машина содержит корпус (картер) 1, расширительные цилиндры 2 с непрямоточными системами газораспределения, расширительные цилиндры 3 с прямоточными системами газораспределения, поршни 4, 5, связанные с коленчатым валом 6 кривошипно-шатунными группами 7. В крышках расширительных цилиндров 2 с непрямоточными системами газораспределения располагаются нормально открытые впускные 8 и выпускные 9 клапаны, впускные 10 и выпускные 11 штуцеры. К крышкам 12 расширительных цилиндров 3 с прямоточными системами газораспределения подведены впускные штуцеры 13 и в крышках 12 размещены нормально открытые впускные клапаны 14. В стенках расширительных цилиндров 3 с прямоточными системами газораспределения в конце хода поршней 5 выполнены выхлопные окна 15. Выпускные штуцеры 11 расширительных цилиндров 2 с непрямоточными системами газораспределения и впускные штуцеры 13 расширительных цилиндров 3 с прямоточными системами газораспределения соединены трубопроводами 16 с общим коллектором 17 или ресивером 18 с тепловыделяющими устройствами 19, либо без них.

Поршневая расширительная машина работает следующим образом. Газ (воздух) с магистрали высокого давления по впускному штуцеру 10 через нормально открытые впускные клапаны 8 поступает в расширительные цилиндры 2 с непрямоточными системами газораспределения. Впускные клапаны 14 расширительных цилиндров 3 с прямоточными системами газораспределения находятся в закрытом состоянии под действием разности давлений газа в крышках 12 и расширительных цилиндрах 3. Поршни 4 под действием давления газа совершают движение от верхней мертвой точки (ВМТ) в направлении нижней мертвой точки (НМТ), перемещая при этом шатунно-поршневыми группами 7 поршни 5 в направлении ВМТ расширительных цилиндров 3 с прямоточными системами газораспределения. Впускные клапаны 14 расширительных цилиндров 3 с прямоточными системами газораспределения при этом находятся в закрытых состояниях под действием разностей давления в крышках 12 и расширительных цилиндрах 3. В середине ходов поршней 4 под действием разностей давлений газа на впуске и в расширительных цилиндрах 2 закрываются нормально открытые впускные клапаны 8. Поршни 5 расширительных цилиндров 3 с прямоточными системами газораспределения подходят к ВМТ, и впускные клапаны 13 расширительных цилиндров открываются за счет разностей давлений газа в расширительных цилиндрах 3 и в коллекторе 17 или ресивере 18. Газ из коллектора 17 или ресивера 18 поступает через крышки 12 и открытые впускные клапаны 13 в расширительные цилиндры 3 с прямоточными системами газораспределения. Газ, поступивший в цилиндры 3 через открытые впускные клапаны 13, расширяется, перемещает поршни 5 в расширительных цилиндрах 3 с совершением внешней работы, открывает выхлопные окна 15 в нижних частях расширительных цилиндров 3. Открытые поршнями 5 выхлопные окна 15 способствуют освобождению расширительных цилиндров 3 от отработанного газа в магистраль низкого давления. При обратном движении поршней 4, 5 от НМТ к соответствующим ВМТ давление газа в расширительных цилиндрах 2, 3 растет за счет сжатия газа, оставшегося газа в цилиндрах 2 после закрытия выпускного клапана 9, в расширительных цилиндрах 3 после закрытия поршнями 5 выхлопных окон 15. С повышением давления в цилиндрах 2 и 3 при подходе поршней к ВМТ открываются впускные клапаны 8, 13. Далее циклы повторяются.

Предложенное техническое решение позволяет повысить эффективность работы расширительной машины за счет получения большей индикаторной работы посредством последовательного ступенчатого расширения в расширительных цилиндрах с увеличивающимися площадями поперечного сечения.

Впускной и выпускной нормально открытые клапаны могут быть выполнены в виде подпружиненных или подвешенных на пружинах растяжения тарельчатых запорных элементов, либо выполнены в виде консольно закрепленных упругих пластин, либо в виде подпружиненных кольцевых запорных элементов, либо впускной клапан может быть выполнен в виде подпружиненного запорного элемента, а выпускной клапан - в виде консольно закрепленной упругой пластины.

1. Поршневая расширительная машина, включающая в себя размещенные в одном корпусе расширительные цилиндры с непрямоточными системами газораспределения, снабженные впускными штуцерами, соединенные с магистралью высокого давления, выпускными штуцерами, нормально открытыми впускными и выпускными клапанами, отличающаяся тем, что расширительные цилиндры с непрямоточными системами газораспределения выпускными штуцерами присоединены трубопроводами к общему распределительному устройству и впускным штуцерам расширительных цилиндров с прямоточными системами газораспределения, содержащими впускные штуцеры, нормально открытые впускные клапаны, выхлопные окна в стенках расширительных цилиндров в конце хода поршня, соединенные с магистралью низкого давления.

2. Поршневая расширительная машина, по п.1, отличающаяся тем, что суммарные площади поперечных сечений расширительных цилиндров с непрямоточными системами газораспределения Fц1 и с прямоточными системами газораспределения Fц2 связаны зависимостью F ц 2 = р в д / р н д F ц 1 , где рвд, рнд - давление в магистралях высокого и низкого давления соответственно.

3. Поршневая расширительная машина по п.1, отличающаяся тем, что распределительное устройство выполнено в виде коллектора.

4. Поршневая расширительная машина по п.1, отличающаяся тем, что распределительное устройство выполнено в виде ресивера.

5. Поршневая расширительная машина по п.4, отличающаяся тем, что в ресивере размещены тепловыделяющие устройства.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Система (1) газообменного клапана содержит тело (4) клапана, движущееся в двух противоположных друг другу прямолинейных направлениях (В1, В2) и приводной элемент (12) для приведения в действие клапанного тела (4).

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к системам газораспределения с пневмоприводом. Техническим результатом является повышение надежности работы системы.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к системам газораспределения с пневмоприводом. Техническим результатом является повышение надежности работы системы.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к системам газораспределения с пневмоприводом. Техническим результатом является повышение надежности работы системы.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Самоадаптивная гидравлическая система с изменяемыми фазами газораспределения предназначена для дизельного двигателя (1) с электронным блоком управления.

Изобретение относится к устройствам автоматического управления и предназначено для использования в гидравлических и пневматических системах. .

Изобретение относится к клапанам двигателей с уравновешиванием давления, а именно к клапанам уравновешенного типа. .

Изобретение относится к точному приборостроению, к приводам микроманипуляторов, и может быть использовано для значительного перемещения объектов с высокоточным позиционированием и с приложением значительных усилий.

Изобретение относится к поршневым машинам. .

Изобретение относится к поршневым машинам. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано, преимущественно, в качестве силовой установки для транспортных средств с экологически чистым выхлопом.

Изобретение относится к области машиностроения - машинам объемного действия, в частности поршневым расширительным машинам, и может быть использовано как в качестве пневмодвигателя, например, в горной промышленности, так и в качестве детандера, например, в холодильной технике.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к машинам объемного действия, в частности к поршневым пневмодвигателям, и может быть использовано, например, в горной промышленности в качестве привода погрузочных машин, лебедок и др.

Изобретение относится к двигателю, в частности к блоку пневматического двигателя, использующего сжатый воздух в качестве дополнительного источника энергии. Узел пневматического двигателя содержит корпус (1) двигателя, многоступенчатый распределитель (2) мощности, силовое оборудование (4), систему (6) управляющего устройства, клапан (23) регулировки скорости впускаемого воздуха, установку (13) резервуаров для газа высокого давления, резервуар (16) постоянного давления, электронный блок (29) управления и вспомогательный контур сжатого воздуха. Вспомогательный контур сжатого воздуха содержит воздушный компрессор (7), конденсатор (11), клапан (702) ограничения давления, клапан (705) последовательности, резервуар (9) повторного использования выхлопных газов, однонаправленный электрический всасывающий турбинный насос (19) и глушитель (22) шума выхлопных газов. Повышается эффективность работы, появляется возможность повторного использования выхлопных газов. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 18 ил.

Настоящее изобретение относится к генераторной системе, точнее к генераторной системе, использующей сжатый воздух в качестве источника энергии и использующей электромагнитный вспомогательный силовой блок, а также к электромагнитному вспомогательному силовому блоку пневматической генераторной системы. Генераторная система согласно настоящему изобретению содержит: двигатель (1), многоколонный распределитель (2) мощности, генераторную систему (4), систему (6) регулятора, клапан (23) регулировки скорости впуска, блок (13) резервуаров газа высокого давления, резервуар (16) постоянного давления, электронный блок (29) управления, электромагнитный вспомогательный силовой блок (1000), распределительное устройство (1100) и контур рециркуляции отходящего газа. Указанный контур рециркуляции отходящего газа содержит воздушный компрессор (7), газоохладитель (11), резервуар (9) рециркуляции отходящего газа, однонаправленный электрический турбинный насос (19) и глушитель (22) отходящего газа. Настоящее изобретение позволяет обеспечить стабильный выходной крутящий момент, когда двигатель работает на малой скорости. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 16 ил.

Поршневая расширительная машина предназначена для использования в энергомашиностроении в качестве пневматического или газового двигателя, например в горной, химической и нефтехимической промышленности. В корпусе машины размещены расширительные цилиндры с непрямоточными и прямоточными системами газораспределения. Непрямоточная система газораспределения содержит нормально открытые самодействующие впускные и выпускные клапаны, а прямоточная система -нормально открытые самодействующие впускные клапаны и выхлопные окна в стенках цилиндров в конце хода поршней. Газ высокого давления расширяется в расширительных цилиндрах с непрямоточной системой газораспределения, а затем поступает через общее распределительное устройство на дальнейшее расширение до низкого давления в цилиндры с прямоточной системой. Последовательное ступенчатое расширение газа высокого давления обеспечивает более полное расширение газа и получение более высокой эффективности и мощности расширительной машины. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх