Газовая криогенная машина Советский патент 1984 года по МПК F25B9/00 

Од 00

tc

I i.io6)ercnHC откосится к кри() техпике, а именно к устройству поршневых га:5О15ых криогенных мзшнн.

Известна газовая криогенная машина, содержащая приводной коленчатый вал, соединенный с номощыо шатунов с компрессорным и детандерным 1.

Недостатками данной машины являются повышенные габариты и масса, а также сложность конструкции.

Наиболее близкой к изобретению по технической супхности является газовая криогенная машина, содержащая приводной коленчатый вал с многопозиционной шатунной головкой, соединенный с поршнями компрессора и вытеснителя, размещенными -под углом 90° в плоскости, перпендикулярной оси коленчатого вала 2.

Недостатками известного устройства являются большая масса и габариты, сложность, невысокий ресурс непрерывной работы.

Цель изобретения - уменьшение массогабаритных характеристик, упрощение конструкции, повышение ресурсов мащины, и надежности соединения поршней с упругими элементами.

Указанная цель достигается тем, что в газовой криогенной мащине, содержащей приводной коленчатый вал с многопозиционной шатунной головкой, соединенный с поршнями компрессора и вытеснителя, размещенными под углом 90° в плоскости, перпендикулярной оси коленчатого вала, порщни имеют равную массу и соединены с шатунной головкой коленчатого вала при помощи упругих элементов.

При этом поршни выполнены из материала, коэффициент линейного расширения которого больше -коэффициента линейного расширения материала упругих элементов в 1,5-2,2 раза.

Кроме того, упругие элементы с шатунной головкой коленчатого вала имеют разъемное соединение.

Применение порщней, имеющих равные массы, позволяет уравновесить неуравновешенные силы инерции вращающихся и поступательно движущихся масс кривошипношатунного механизма двумя противовесами, совмещенными с боковыми пластинами ротора электродвигателя.

Выполнение соединения поршней с кривошипом посредством упругих элементов дает возможность уменьшить количество подшипниковых узлов. Любой радиальный подшипник имеет рабочий зазор, что под действием существующих в рассматриваемом классе машин динамических нагрузок приводит к интенсивному износу пальца или обойм подшипника, вследствие чего изменяется ход поршня, т.е. изменяются выходные характеристики машины (холодопроизводительность уровень вибрации, шум). К тому же за счет ликвидации подшипника поршень-цилиндр, масса компрессорного поршня (один из основных источников вибрации) уменьшается в 1,5-2,5 раза.

На фиг. 1 изображена машина (поперечный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вариант винтового защемления упругих элементов в многопозиционной шатунной головке.

Газовая криогенная машина содержит корпус 1, в котором размещены поршневые компрессор 2 и детандер 3, приводимые в движение от коленчатого вала 4 упругими элементами 5 и 6. Упругие элементы 5 и 6 одними концами жестко зашемлены в соответствующих поршнях 2 и 3, а другими в шатунной головке коленчатого вала 7.

Упругие элементы 5 и 6 могут иметь любое поперечное сечение (прямоугольное, круглое). Соединения упругих элементов 5 и 6 с поршнями и с шатунной головкой коленчатого вала 7 могут быть выполнены либо заливкой металла при изготовлении, либо разъемным (фиг. 3). Машина снабжена противовесами 8 и 9, совмещенными с боковыми пластинами ротора электродвигателя. В предлагаемом устройстве Ьротивовесы 8 и 9 уравновешивают как неуравновешенные массы кривошипного вала 4, так и силы инерции поступательно движущихся порщней.

Соединение упругих элементов 5 и 6 с поршнями 2 и 3 осуществляется при изготовлении поршней посредством литья. После заливки материала в форму происходит его кристаллизация и, как следствие, усадка. Усадочные силы сжимают упругие элементы 5 и 6, создавая тем самым условия жесткого защемления в поршнях 2 и 3. Материалы порщней 2 и 3 и упругих элементов 5 и 6 подбираются так, чтобы обеспечить максимальное их сцепление; при этом в процессе заливки недопустимо ухудщение механических свойств материала упругого элемента.

Выполненные экспериментальные исследования показывают, что наиболее полно этим требованиям отвечают следующие материалы: для поршня - алюминиевые литейные сплавы, например, АЛ9, АЛЮ; для упругого элемента - пружинные легированные стали, например, 60С2А, 70С2ХА.

Коэффициенты линейного расщирения приведенных марок сталей в 1,5-2,2 раза меньще коэффициентов линейного расширения сплавов АЛ9, АЛЮ, что обеспечивает оптимальные прочностные свойства жесткой заделки упругий элемент - поршень, при сохранении механических свойств упругих элементов.

Устройство работает следующим образом.

При вращении коленчатого вала 4 движение через упругие элементы 5 и 6 передается поршням 2 и 3, которые совершают возвратно-поступательные движения в направляющих. Упругие элементы при этом совершают сложные изгибные движения под действием газовых сил в рабочих полостях цилиндров и вращения кривошипа.

Предлагаемая газовая криогенная машина по сравнению с известной имеет низкие массогабаритные характеристики и обладает повышенным ресурсом работы.

I. ГАЗОВАЯ КРИОГЕННАЯ МАШИНА, содержащая приводной коленчатый вал с многопозиционной шатунной головкой, соединенный с поршнями компрессора и вытеснителя, размещенными под углом 90° в плоскости, перпендикулярной оси коленчатого вала, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения массогабаритных характеристик, упрощения конструкции и повышения ресурсов машины, поршни имеют равную массу и соединены с шатунной головкой коленчатого вала при помощи упругих элементов. 2.Машина по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности соединения поршней с упругими элементами, поршни выполнены из материала, коэффициент линейного расширения которого больше коэффициента линейного расширения материала упругих элементов в 1,5-2,2 раза. 3.Машина по п. 1, отличающаяся тем, что упругие элементы с шатунной головкой коленчатого вала имеют разъемное соединение. (Л С