ГАЗОВАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ МАШИНА, РАБОТАЮЩАЯ ПО ЦИКЛУ СТИРЛИНГА Российский патент 1997 года по МПК F25B9/00 F25B9/14 

Изобретение относится к газовым регенеративным машинам, работающим по циклу Стирлинга.

Известны газовые криогенные машины, содержащие полости сжатия, расширения и картера, регенератор, рабочий поршень с уплотнением, вытеснитель.

Для обеспечения легкого пуска и быстрого выхода холодильной машины на рабочий режим ее создают с заведомо большей производительностью, чем той, которая требуется для ее стационарного режима работы, что приводит к увеличению массо-габаритных параметров и потребляемой мощности (Грезин А.К. Зиновьев В.С. Микрокриогенная техника. М. Машиностроение, 1977, с.170).

Известна газовая криогенная машина, содержащая корпус, разделенный поршнем на объем картера и полость сжатия, снабженная, для облегчения пуска и уменьшения время выхода на рабочий режим, линией связи, между полостями сжатия и картера, с обратными клапанами (авт.св. N 1025970).

Недостатком этого устройства являются усложнение конструкции холодильной машины, связанной с введением дополнительных воздушных каналов, датчиков температуры, электронного блока управления.

Известна холодильная криогенная машина, включающая полости сжатия, расширения и картера, рабочий поршень, вытеснитель, регенератор, теплообменные аппараты. (Новотельнов В. Н. Суслов А.Д. Полтараус В.Д. Криогенные машины. Санкт-Петербург: Политехника, 1991, с.258).

Недостатком данной машины является то, что для обеспечения ее пуска дополнительно предусматривается буферная полость, связанная с рабочей через систему трубопроводов и клапанов. Данное обстоятельство усложняет технологию изготовления холодильной машины, приводит к увеличению гидравлического сопротивления при движении рабочего тела и массо-габаритных характеристик машины.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в возможности создания условия декомпрессии в полости сжатия в момент пуска и выхода холодильной машины на рабочий режим, облегчающий пуск и сокращающий время выхода, за счет перепуска части рабочего газа из полости сжатия в картер, регулируя зазор между уплотнительным кольцом рабочего поршня и внутренней поверхностью цилиндра.

Для достижения этого технического результата, газовая холодильная машина, включающая полости сжатия, расширения и картера, вытеснитель, генератор, теплообменные аппараты снабжена рабочим поршнем, выполненным в виде корпуса поршня с верхним фигурным торцом, газовой емкостью, в виде связанных между собой газового баллона, упругой пластины и уплотнительного кольца, имеющего наконечник с металлическим наполнителем, металлорезиновой пластиной с зубом на конце, направленным вниз, и отверстиями для пропуска рабочего тела в газовую емкость, клапанными устройствами, в виде подпружиненных шариков, с отверстием малого диаметра в теле шариков, устанавливаемых в конусных отверстиях крышки, которая крепится к верхнему торцу поршня с помощью крепежных болтов, жестко фиксируя металлорезиновую пластину к торцу корпуса.

Введение в состав рабочего поршня газовой емкости, в виде связанных между собой газового баллона, упругой пластины, уплотнительного кольца, металлорезиновой пластины и клапанных устройств, позволяет получить новое устройство, заключающееся в возможности перемещения уплотнительного кольца, приводящего к изменению зазора между ним и внутренней поверхностью цилиндра за счет изменения давления в газовой емкости в период пуска и выхода холодильной машины на рабочий режим.

На чертеже изображен рабочий поршень газовой холодильной машины, работающей по циклу Стирлинга.

Устройство содержит корпус рабочего поршня 1, с фигурным верхним торцом, выполненным для расположения газового баллона 2 и фиксации снизу уплотнительного кольца 3, связанного с упругой пластиной 4 и имеющего наконечник 5, с металлическим наполнением. Газовый баллон 2 жестко крепится к краям отверстия металлорезиновой пластины 6, фиксирующей сверху газовый баллон 2 и уплотнительное кольцо 3. Металлорезиновая пластина 6 притягивается к корпусу поршня 1 с помощью крышки 7, имеющей конусные отверстия для установки клапанных устройств 8, выполненных в виде подпружиненных шариков 9, в теле которых имеется отверстие малого диаметра, для обратного прохода газа. В теле крышки 7 и металлорезиновой пластины выполнены отверстия для прохода крепежных болтов 10, прижимающих крышку 7 и пластину 6 к корпусу поршня 1, для чего в корпусе 1 выполнены отверстия с резьбой. Уплотнительное кольцо 3 и пластина 4 выполнены из упругого эластичного материала. Между штоком вытеснителя 11 и корпусом поршня 1, расположенным в цилиндре 12, находится фиксирующая втулка 13.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении между уплотнительным кольцом поршня 3 и внутренней поверхностью цилиндра 12 существует зазор, позволяющий перепускать часть рабочего газа, из полости сжатия в картер. При пуске двигателя, сжимаемый в полости сжатия рабочий газ, частично вытесняется в картер, за счет перепада давления, через зазор, создавая условие декомпрессии для начального периода работы холодильной машины. Другая часть газа, также за счет перепада проходит через клапанное устройство 8 в газовый баллон 2, увеличивая в нем давление. Увеличение давления в газовом баллоне 2 приводит к перемещению упругой пластины 4 с уплотнительным кольцом 3 в сторону внутренней поверхности цилиндра 12, вызывая уменьшение зазора между ними. Работа в таком режиме происходит до тех пор, пока уплотнительное кольцо плотно не прижмется к внутренней поверхности цилиндра 12, тем самым герметизировав полость сжатия от картера, и давление в газовом баллоне не станет равным давлению в полости сжатия. К этому времени холодильная машина выходит на рабочий режим. При остановке двигателя, газ из газового баллона 2, за счет перепада давления в нем и рабочих объемах, перетекает, через отверстие малого диаметра в теле шариков 9, в рабочий объем машины. Упруго растянутое уплотнительное кольцо 3, за счет обратного действия сил растяжения, перемещается к центру поршня, образуя необходимый зазор с внутренней поверхностью цилиндра 12, для последующего пуска.

Использование: газовые регенеративные машины, работающие по циклу Стирлинга. Сущность изобретения: при пуске двигателя машины, часть сжимаемого рабочего газа проталкивается через зазор между уплотнительным кольцом 3 и внутренней поверхностью цилиндра 12 в картер, обуславливая условие декомпреccии в полости сжатия машины. Другая часть газа поступает через клапанное устройство 8 в газовый баллон 2, вызывая перемещение уплотнительного кольца 3 и уменьшение зазора между ним и внутренней поверхностью цилиндра 12. При достижении уплотнительным кольцом поверхности цилиндра происходит герметизация полостей сжатия и картера. При остановке двигателя газ, из газового баллона 2, через отверстия малого диаметра в теле шарика 9, за счет разности давлений, перетекает в рабочие полости, вызывая обратный ход уплотнительного кольца 3, и образование зазора между ним и внутренней поверхностью цилиндра 12. 1 ил.

Газовая холодильная машина, работающая по циклу Стирлинга, содержащая полости сжатия, расширения и картера, рабочий поршень, вытеснитель, регенератор и теплообменные аппараты, отличающаяся тем, что рабочий поршень машины снабжен газовой емкостью, расположенной в верхней части корпуса поршня, крышкой, клапанными устройствами, установленными в крышке с возможностью перепуска газа в обоих направлениях, и металлорезиновой пластиной с отверстиями для пропуска газа в газовую емкость, которая выполнена в виде жестко связанных между собой газового баллона, упругой пластины и уплотнительного кольца, фиксируемых сверху металлорезиновой пластиной, при этом крышка установлена с возможностью крепления металлорезиновой пластины к корпусу поршня с помощью крепежных болтов.