ПОРШНЕВОЙ ДЕТАНДЕР Российский патент 1995 года по МПК F25B1/02 

Изобретение относится к машинам объемного действия, в частности к поршневым детандерам, и может быть использовано в установках разделения воздуха и других газовых смесей в качестве генератора холода.

Известны поршневые детандеры, имеющие цилиндр с движущимся в нем поршнем и систему принудительного газораспределения, когда впускной и выпускной клапаны открываются механически, под действием кулачковых механизмов, привод которых связан с основным приводом движения поршня [1].

Существенными недостатками этих детандеров являются высокая конструктивная сложность и низкая эксплуатационная надежность, обусловленная большим количеством подвижных элементов газораспределительного механизма.

Эти недостатки устранены в поршневых детандерах с бесклапанным газораспределением с впуском и выпуском газа через систему каналов в цилиндре и поршне [1].

Однако такие детандеры обладают низкой эффективностью, связанной с невозможностью обеспечения оптимального закона газораспределения.

Наиболее близким к предлагаемому является детандер с внутренним приводом клапанов, в котором частично устранены перечисленные недостатки [2]. Он конструктивно значительно проще первого и эффективнее второго.

Недостатками таких детандеров являются достаточно сложная система газораспределения и, в связи с этим, высокая трудоемкость и низкая эксплуатационная надежность. Кроме того, такие детандеры имеют увеличенный "мертвый" объем, что снижает его эффективность.

Целью настоящего изобретения является упрощение конструкции, снижение трудоемкости изготовления, повышение эксплуатационной надежности и эффективности.

Цель достигается тем, что в предлагаемом поршневом детандере, содержащем цилиндр с подпружиненным впускным и выпускным клапанами и поршень, установленный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного перемещения, согласно изобретению, по крайней мере, впускной клапан выполнен нормально открытым и самодействующим. С целью исключения трения скольжения металла клапанов с корпусом при работе в условиях отсутствия смазки, клапаны выполнены в виде подпружиненных колец, имеющих на одном из торцов углубления, в которые устанавливаются концы пружин. Очевидно, что углубления могут быть выполнены различной формы ( сферические, цилиндрические и др.), а пружина может устанавливаться как непосредственно в углубления, так и через толкатели.

На чертеже изображен продольный разрез детандера.

Детандер состоит из цилиндра 1, вдоль оси которого возвратно-поступательно перемещается поршень 2, связанный с кривошипно-шатунным механизмом (на чертеже не показан). Поршень 2 имеет уплотнительные кольца 3. В крышке 4 цилиндра 1 располагается нормально открытый впускной самодействующий клапан 5. Выпускные окна 6 размещены в цилиндре 1.

Над крышкой 4 установлен впускной штуцер 7. Герметичность в соединениях элементов обеспечивается уплотнительными кольцами 8. Впускной клапан 5 представляет собой размещенный в крышке 4 корпус 9, в отверстиях которого размещены пружины 10, один из концов 11 которых закреплен в корпусе 9. Другой конец пружины через толкатель 12 контактирует с кольцевым клапаном 13. Часть толкателя 12 может входить в углубления 14 кольцевидного клапана 13, фиксируя его от радиальных перемещений. Сверху кольцевой клапан ограничен кольцом 15 с отверстиями для газа, которое закрепляется между подпружиненным кольцом 16 и впускным штуцером 7. Верхний торец корпуса 9 служит седлом для кольцевого клапана 13.

Детандер работает следующим образом.

При подаче газа высокого давления в цилиндр 1 через впускной штуцер 7 происходит впуск порции газа в цилиндр через нормально открытый клапан 5. Выпускные окна 6 перекрыты поршнем 2.

При истечении газа в зазоре между седлом и клапаном происходит нарастание перепада давления над кольцевым клапаном 13 и под ним. Клапан, преодолевая упругие силы пружин 10, захлопнется, перекрыв истечение газа высокого давления в цилиндр. Попавшая в цилиндр порция газа высокого давления давит на поршень 2 и при его перемещении расширяется с совершением работы, за счет чего охлаждается. При открытии в нижнем положении выпускных окон 6 и приближении давления в цилиндре к давлению в линии низкого давления расширившийся холодный газ выталкивается в магистраль низкого давления.

При достижении поршнем верхнего положения давление в цилиндре растет за счет сжатия остаточного газа, выравнивается с давлением в магистрали высокого давления, и клапан впуска под действием пружин открывается. Цикл повторяется.

Использование: машины объемного действия, в частности поршневые детандеры, применяемые в условиях разделения воздуха и других газовых смесей в качестве генератора холода. Сущность изобретения: по крайней мере впускной клапан 5 выполнен нормально открытым и самодействующим в виде подпружинного кольца 16 с углублениями, в которых установлены подвижные концы пружины. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ПОРШНЕВОЙ ДЕТАНДЕР, содержащий цилиндр с подпружиненными впускными и выпускными клапанами и поршень, установленный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного перемещения, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и снижения удельной металлоемкости, по крайней мере впускной клапан выполнен нормально открытым и самодействующим. 2. Детандер по п.1, отличающийся тем, что впускной клапан выполнен в виде подпружиненного кольца с углублениями, в которых установлены подвижные концы пружины.