Гибридная машина с тронковым поршнем Российский патент 2018 года по МПК F04B19/06 

Описание патента на изобретение RU2644424C1

Изобретение относится к области энергетических машин и касается гибридных поршневых машин объемного действия, используемых в качестве насосов-компрессоров, к которым предъявляются жесткие требования по массогабаритным характеристикам и экономичности.

Известна гибридная поршневая машина, содержащая цилиндр и поршень с образованием двух полостей, соединенных с источником жидкости и газа с помощью обратных самодействующих клапанов (см., например, патент РФ №118371, МПК F04B 19/06 от 20.07.2012 г.).

К недостатку этой и подобной ей конструкции относится их высокая материалоемкость и большие габариты вдоль оси цилиндра.

Известна также поршневая гибридная машина, содержащая цилиндр с газовой и жидкостной полостями, соединенными соответственно с источниками и потребителями газа и жидкости через обратные самодействующие клапаны, причем поршень выполнен тронковым и соединен с механизмом привода, а цилиндр имеет рубашку охлаждения, объем которой расположен между всасывающим и нагнетательным жидкостными клапанами (см. патент РФ №125635, МПК F04B 19/06 от 10.03.2013 г.). Данная конструкция является наиболее близкой по достигаемому положительному эффекту.

Недостатком известной конструкции является практически нецелесообразность сжатия жидкости до сравнительно высокого давления, т.к. сжатие кроме нижней части цилиндра происходит и в картере машины, который имеет относительно большую поверхность и, как минимум, три стыка с неподвижными уплотнениями, что при сжатии жидкости до высоких давлений (30-60 бар и более) требует выполнения стенок картера большой толщины и тщательной обработки плоскостей вплоть до их притирки по плоскости) под уплотнительные прокладки.

Все это вместе взятое повышает материалоемкость машины, усложняет технологию ее изготовления и сужает область применения известной конструкции.

Технической задачей изобретения является снижение материалоемкости гибридной машины с тронковым поршнем, снижение затрат на ее изготовление и расширение области ее применения.

Указанная задача решается тем, что в известной гибридной машине с тронковым поршнем, содержащей цилиндр с газовой и жидкостной полостями, соединенными соответственно с источниками и потребителями газа и жидкости через обратные самодействующие клапаны, причем поршень выполнен тронковым и соединен с механизмом привода, а цилиндр имеет рубашку охлаждения, объем которой расположен между всасывающим и нагнетательным жидкостными клапанами, согласно изобретению жидкостная полость образована с помощью ступеньки в нижней части цилиндра, а поршень снабжен ответной ступенькой в зоне своей юбки. При этом рубашка охлаждения может быть включена в объем жидкостной полости, всасывающий жидкостный клапан может быть расположен в зоне нагнетательного газового клапана, а нагнетательный - в нижней части рубашки охлаждения.

Суть изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 схематично показано продольное (вдоль оси цилиндра) сечение машины.

На фиг. 2 и фиг. 3 показаны положения органов машины в разные моменты времени придвижении поршня вверх и вниз.

Гибридная машина с тронковым поршнем (фиг. 1) содержит цилиндр 1 с газовой 2 и жидкостной 3 полостями, соединенными соответственно с источниками и потребителями газа и жидкости через обратные самодействующие клапаны 4 и 5 (всасывающий и нагнетательный газовые клапаны), 6 и 7 (всасывающий и нагнетательный жидкостные клапаны).

Поршень 8 выполнен тронковым и соединен пальцем 9 с механизмом привода, содержащим шатун 10, коленчатый вал 11 с кривошипом 12 и противовесом 13.

Цилиндр 1 имеет рубашку охлаждения 14, объем которой расположен между всасывающим 6 и нагнетательным 7 жидкостными клапанами.

Жидкостная полость 3 образована с помощью ступеньки 15 в нижней части цилиндра 1, а поршень снабжен ответной ступенькой 16 между своей головной частью 17 и юбкой 18.

В данной конструкции рубашка 14 включена в объем жидкостной полости 3, причем всасывающий жидкостный клапан 6 расположен в зоне нагнетательного газового клапана 5, а нагнетательный жидкостный клапан 7 - в нижней части рубашки охлаждения 14 с противоположной стороны.

Цилиндр 1 установлен на картере 19, который частично заполнен жидкой смазкой 20.

Гибридная машина работает следующим образом (фиг. 2 и фиг. 3).

При ходе сжатия-нагнетания (фиг. 2) поршень 8 движется вверх из нижней мертвой точки (НМТ) в верхнюю мертвую точку (ВМТ). При этом происходит уменьшение объема полостей 2 и 3 и сжатие жидкости в полости 3 и рубашке 14. Клапан 4 закрыт, и после того, как давление жидкости превысит давление потребителя (давление нагнетания), открывается клапан 7, и жидкость нагнетается через него в направлении потребителя. При этом также через клапан 7 в направлении потребителя жидкости происходит ее истечение из рубашки 14. Жидкость движется по рубашке 14 вдоль цилиндра 1 и нагревается, отнимая теплоту от стенок цилиндра 1, которую он получил от сжатого газа.

Одновременно происходит сжатие газа в полости 2 и после того, как его давление превысит давление потребителя газа (давление нагнетания), открывается клапан 5, и газ через него нагнетается к потребителю газа. Клапан 4 при ходе поршня 8 вверх закрыт.

В том случае, когда давление нагнетания жидкости превышает давления нагнетания газа (этот вариант наиболее часто встречается на практике, именно он изображен чертежах), при ходе поршня 8 вверх часть жидкости вытесняется в полость 2 через зазор между поршнем 8 (его головной частью 17) и цилиндром 1 и заполняет этот зазор, препятствуя утечкам газа из полости 2. Эта жидкость растекается по верхней торцовой поверхности поршня 8 и создает слой, который при приходе поршня в положение ВМТ заполняет мертвый объем цилиндра 1, вытесняя из него сжатый газ, что способствует увеличению коэффициента подачи машины по газу. Избытки жидкости эвакуируются через клапан 5.

На ходе всасывания (фиг. 3) поршень 8 идет вниз из ВМТ к НМТ, происходит увеличение полостей 2 и 3. При этом клапаны 5 и 7 закрыты, а клапаны 4 и 6 открываются в связи с возникновением в полостях 2 и 3 разрежения и через них происходит поступление соответственно газа в полость 2 и жидкости в полость 3 от источников газа и жидкости.

В полость 3 жидкость поступает через рубашку 14 и движется вдоль цилиндра 1 сверху вниз, отнимая от цилиндра 1 теплоту сжатия газа в полости 2. При этом наиболее холодная жидкость, еще не успевшая нагреться о стенки цилиндра 1, обтекает поверхность цилиндра 1 в зоне установки нагнетательного газового клапана 5, наиболее интенсивно отнимая теплоту от деталей в этой зоне. Это способствует хорошему охлаждению деталей клапана 5 (седло, запорный элемент, пружина и т.д.), что повышает работоспособность этого клапана и вместе с этим - всей машины, т.к. одними из наиболее быстро выходящих из строя элементов газовых машин объемного действия являются именно нагнетательные клапаны.

Потери давления в газовых клапанах существенно ниже, чем в жидкостных, и поэтому давление в полости 3 в процессе всасывания жидкости существенно ниже, чем давление всасывания в полости 2. В связи с этим остаток жидкости, помещавшийся в конце хода нагнетания газа в мертвом объеме полости 2 и представляющий собой некоторый слой жидкости на верхнем торце поршня, оказывается под действием перепада давления (со стороны полости 2 давление выше, со стороны полости 3 - ниже), и эта жидкость в процессе движения поршня 8 вниз стекает из полости 2 в полость 3 через зазор между цилиндром 1 и головной частью 17 поршня 8.

После прихода поршня 8 в положение НМТ цикл работы повторяется.

В предложенной конструкции давление жидкости не выходит за пределы цилиндропоршневой группы, в связи с чем нет необходимости делать прочными, а, соответственно, тяжелыми элементы картера машины, что позволяет снизить ее общую массу. Кроме того, отсутствие высокого давления жидкости (при высоком давлении потребителя) не предполагает значительных технологических затрат на исключение утечек через стыковочные узлы и сальники картера, что снижает затраты на изготовление машины. Возможность достигать средних и высоких (до 100 бар и выше) давлений нагнетаемой жидкости существенно расширяет область применения гибридной поршневой машины с тронковым поршнем.

В связи с изложенным следует считать, что техническая задача полностью выполнена.

Похожие патенты RU2644424C1

название год авторы номер документа
ПОРШНЕВОЙ НАСОС-КОМПРЕССОР 2015
  • Болштянский Александр Павлович
  • Щерба Виктор Евгеньевич
  • Кайгородов Сергей Юрьевич
  • Кузеева Диана Анатольевна
  • Павлюченко Евгений Александрович
RU2578758C1
Гибридная машина объемного действия с тронковым поршнем 2018
  • Щерба Виктор Евгеньевич
  • Тегжанов Аблай-Хан Савитович
  • Болштянский Александр Павлович
  • Носов Евгений Юрьевич
RU2686536C1
ПОРШНЕВАЯ ГИБРИДНАЯ МАШИНА ОБЪЕМНОГО ДЕЙСТВИЯ 2015
  • Болштянский Александр Павлович
  • Щерба Виктор Евгеньевич
  • Кайгородов Сергей Юрьевич
RU2592955C1
ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ АГРЕГАТ 2014
  • Болштянский Александр Павлович
  • Щерба Виктор Евгеньевич
  • Кужбанов Акан Каербаевич
RU2560650C1
ПОРШНЕВОЙ НАСОС-КОМПРЕССОР 2014
  • Болштянский Александр Павлович
  • Щерба Виктор Евгеньевич
  • Виниченко Василий Сергеевич
  • Кужбанов Акан Каербаевич
RU2565134C1
Поршневая гибридная энергетическая машина объемного действия с уравновешенным приводом 2016
  • Щерба Виктор Евгеньевич
  • Болштянский Александр Павлович
  • Лысенко Евгений Алексеевич
RU2647011C1
Поршневая двухступенчатая машина с внутренней системой жидкостного охлаждения 2016
  • Щерба Виктор Евгеньевич
  • Болштянский Александр Павлович
  • Лобов Игорь Эдуардович
  • Баженов Алексей Михайлович
  • Кондюрин Алексей Юрьевич
  • Залознов Иван Павлович
  • Григорьев Александр Валерьевич
  • Носов Евгений Юрьевич
RU2640658C1
Способ работы поршневой вертикальной гибридной машины объемного действия и устройство для его осуществления 2015
  • Болштянский Александр Павлович
  • Щерба Виктор Евгеньевич
  • Кондюрин Алексей Юрьевич
  • Лысенко Евгений Алексеевич
  • Нестеренко Григорий Анатольевич
RU2614317C1
СПОСОБ РАБОТЫ ПОРШНЕВОГО ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКОГО АГРЕГАТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 2014
  • Болштянский Александр Павлович
  • Щерба Виктор Евгеньевич
  • Кужбанов Акан Каербаевич
  • Павлюченко Евгений Александрович
  • Кузеева Диана Анатольевна
RU2565932C1
ПОРШНЕВАЯ МАШИНА С ИНДИВИДУАЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ ОХЛАЖДЕНИЯ ЦИЛИНДРА 2015
  • Болштянский Александр Павлович
  • Щерба Виктор Евгеньевич
  • Григорьев Александр Валерьевич
  • Лобов Игорь Эдуардович
  • Кузеева Диана Анатольевна
  • Носов Евгений Юрьевич
  • Павлюченко Евгений Александрович
  • Кужбанов Акан Каербаевич
RU2594389C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 644 424 C1

Реферат патента 2018 года Гибридная машина с тронковым поршнем

Изобретение относится к области энергетических машин и касается гибридных поршневых машин объемного действия, используемых в качестве насос-компрессоров, к которым предъявляются жесткие требования по массогабаритным характеристикам, экономичности и большому диапазону давлений нагнетания. Машина содержит цилиндр 1 с газовой 2 и жидкостной 3 полостями, соединенными соответственно с источниками и потребителями газа и жидкости через обратные самодействующие клапаны 4, 5, 6 и 7. Поршень 8 соединен пальцем 9 с механизмом привода, содержащим шатун 10 и коленчатый вал 11 с кривошипом 12. Цилиндр 1 имеет рубашку охлаждения 14. Жидкостная полость 3 образована с помощью ступеньки 15 на цилиндре 1 и ступеньки 16 на поршне 8. Цилиндр 1 установлен на картере 19, который частично заполнен жидкой смазкой 20. Снижается масса машины, повышается технологичность ее изготовления и диапазон рабочих давлений. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула изобретения RU 2 644 424 C1

1. Гибридная машина с тронковым поршнем, содержащая цилиндр с газовой и жидкостной полостями, соединенными соответственно с источниками и потребителями газа и жидкости через обратные самодействующие клапаны, причем поршень выполнен тронковым и соединен с механизмом привода, а цилиндр имеет рубашку охлаждения, объем которой расположен между всасывающим и нагнетательным жидкостными клапанами, отличающаяся тем, что жидкостная полость образована с помощью ступеньки в нижней части цилиндра, а поршень снабжен ответной ступенькой между своей головной частью и юбкой.

2. Гибридная машина с тронковым поршнем по п. 1, отличающаяся тем, что рубашка охлаждения включена в объем жидкостной полости, причем всасывающий жидкостный клапан расположен в зоне нагнетательного газового клапана, а нагнетательный жидкостный клапан - в нижней части рубашки охлаждения с противоположной стороны.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2018 года RU2644424C1

Сварочная головка для автоматической импульсно-дуговой наплавки и сварки 1959
  • Клековкин Г.П.
SU125635A1
ПОРШНЕВОЙ НАСОС-КОМПРЕССОР 2015
  • Болштянский Александр Павлович
  • Щерба Виктор Евгеньевич
  • Кайгородов Сергей Юрьевич
  • Кузеева Диана Анатольевна
  • Павлюченко Евгений Александрович
RU2578758C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ИЗДЕЛИЙ, НАПРИМЕР, МЕЖДУ МАШИНАМИ ПОТОЧНОЙ ЛИНИИ 1958
  • Цветков Ю.В.
SU118371A1
ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР 0
SU300659A1
US 5713314 A, 03.02.1998.

RU 2 644 424 C1

Авторы

Щерба Виктор Евгеньевич

Болштянский Александр Павлович

Кондюрин Алексей Юрьевич

Баженов Алексей Михайлович

Залознов Иван Павлович

Григорьев Александр Валерьевич

Даты

2018-02-12Публикация

2016-11-23Подача