ПОРШЕНЬ-ВЫТЕСНИТЕЛЬ ГАЗОВОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ, РАБОТАЮЩЕЙ ПО ЦИКЛУ СТИРЛИНГА Российский патент 1997 года по МПК F25B9/14 

Изобретение относится к области газовых регенеративных машин, работающих по циклу Стирлинга.

Известна газовая криогенная машина, включающая полости сжатия, расширения и картера, рабочий поршень, вытеснитель, регенератор, теплообменные аппараты и буферную полость для облегчения пускового момента (Новотельнов В.Н. Суслов А.Д. Полтараус В.С. Криогенные машины. Санкт-Петербург, "Политехника", 1991, с. 258).

Недостатком этого устройства является увеличение массогабаритных параметров холодильной машины, связанных с введением дополнительной полости.

Известен поршень-вытеснитель к двигателю Стирлинга, включающий корпус, во внутренней полости которого герметически закрыт воздух с избыточным давлением, приблизительно равным диапазону изменения давления рабочего газа в камерах сжатия и расширения (акцептованная заявка Японии N 59-5786).

Недостатком данного устройства является недостаточно эффективное использование габаритного объема поршня-вытеснителя.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в облегчении пуска и сокращении времени выхода холодильной машины, работающей по циклу Стирлинга, на рабочий режим за счет возможности использования внутренней полости поршня-вытеснителя в качестве буферной емкости.

Для достижения технического результата поршень-вытеснитель, содержащий корпус с внутренней полостью и пазами, выполненными в нижней части внешней стороны корпуса, и уплотнительные кольца, закрепленные в пазах, снабжен клапанными устройствами в виде подпружиненных шариков, в теле которых выполнены малого диаметра отверстия. Клапанные устройства расположены в фигурной крышке с отверстиями для прохода рабочего газа и крепежных болтов, проходящих через тело крышки и фиксируемых в нижнем торце корпуса поршня резьбовым соединением. В нижнем торце корпуса и в крышке выполнены сферические канавки для установки уплотнительных прокладок. В верхней части внутренней полости поршня установлена теплоизоляционная упругая мембрана, разделяющая внутреннюю полость на две части: верхнюю холодную и нижнюю теплую.

Введение в состав поршня-вытеснителя клапанов в виде подпружиненных шариков с отверстиями малого диаметра (шарики упираются в отверстие крышки, а пружины в нижний торец корпуса) позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности использования внутренней полости поршня-вытеснителя в качестве дополнительной (буферной) емкости и перепуска в нее части рабочего газа из полости сжатия. Возникающее условие декомпрессии облегчает пуск холодной машины и уменьшает время выхода на рабочий режим.

На чертеже изображен поршень-вытеснитель.

Устройство содержит корпус поршня 1, в нижней части которого установлены уплотнительные кольца 2, а в торце выполнены отверстия для впуска рабочего газа во внутреннюю полость поршня. Клапанные устройства 3 в виде подпружиненных шариков 4 устанавливаются в конических отверстиях крышки 5, которая крепится к нижнему торцу корпуса стяжными болтами 6. Между крышкой и торцом корпуса устанавливаются кольцевые прокладки 7 и 8. В теле шариков 4 выполнены отверстия малого диаметра для выхода газа из внутренней полости в рабочую полость холодильной машины при остановке двигателя. В верхней части корпуса 1 установлена упругая мембрана 9 из теплоизоляционного материала, разделяющая внутренний объем поршня на две части: холодную верхнюю и теплую нижнюю.

Устройство работает следующим образом.

При подготовке к работе машина заполняется газом с рабочим давлением. За счет перепада давления газ отжимает клапан 3 и проникает в полость поршня под мембраной. Мембрана 9 изгибается вверх и сжимает газ, ограниченный верхней частью корпуса и мембраной 9 до тех пор, пока давление по обе стороны мембраны не выравнивается. При пуске двигателя в полости сжатия давление газа выше, чем внутри поршня, в результате часть газа перетекает в полость внутри поршня через клапаны 3, создается условие декомпрессии, облегчается пуск и сокращается время выхода машины на рабочие режимы. Мембрана 9 изгибается вверх до установления равного давления по обе стороны от нее. Газ поступает в полость поршня до тех пор, пока давление в полости сжатия и полости внутри поршня не станет равным. К этому времени машина выходит на рабочий режим. При достижении данного давления шарик 4 клапана 3 за счет пружины герметизирует внутреннюю полость поршня.

При остановке машины происходит выравнивание давления во всех рабочих объемах, в результате давление внутри поршня становится выше, чем в рабочих полостях, и сжатый газ за счет перепада давления и обратного действия изогнутой мембраны 9 через отверстие малого диаметра в теле шарика 4 клапанного устройства 3 перетекает в рабочие объемы до выравнивания давлений во всех объемах машины.

Устройство приходит в исходное положение и готово к пуску.

Использование: в газовых регенеративных машинах, работающих по циклу Стирлинга. Сущность изобретения: при пуске газ из полости сжатия через клапанные устройства 3 поступает в полость внутри поршня-вытеснителя, обеспечивая условие декомпрессии. При остановке двигателя газ из полости поршня за счет перепада давления и обратного действия деформированной мембраны 9 через отверстия малого диаметра в теле шарика 4 вытесняется в рабочий объем. Устройство приходит в исходное состояние. 1 ил.

Поршень-вытеснитель газовой холодильной машины, работающей по циклу Стирлинга, содержащий корпус с внутренней полостью и пазами, выполненными в нижней части внешней стороны корпуса, и уплотнительные кольца, закрепленные в пазах, отличающийся тем, что поршень снабжен мембраной, крышкой, уплотнительными прокладками и клапанными устройствами, при этом мембрана установлена в верхней части внутренней полости, крышка прикреплена к нижнему торцу через уплотнительные прокладки крепежными болтами, а клапанные устройства размещены в крышке.