Газовая холодильная машина Советский патент 1985 года по МПК F25B9/00 

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано при создании высокоэффективных криогенных систем, к которым предъявляются жесткие требования по ресурсу, экономичности и массогабаритным показателям.

Известна холодильно-газовая машина, содержащая источник давления газа, соединенный с рабочим цилиндром, в котором размещен вытеснитель, разделяющий указанный цилиндр на теплую и холодную зоны 1.

Недостатком этой конструкции является необходимость применения привода вытеснения от постороннего источника механической энергии, что делает мащину сложной и снижает ее надежность и массогабаритные показатели.

Известна также газовая холодильная мащина, содержащая пневмоцилиндр с поршнем, сообщенный с нагнетательной линией и регенератором посредством золотника 2.

Недостатками известной машины являются необходимость применения специальных двигателей для вращения золотника н тихоходность, связанная с большими тепловыделениями в уплотнительных узлах вытеснителя и невозможностью длительной работы уплотнений и золотника при больших скоростях, которая обуславливает значительный удельный (за один цикл) теплоперенос из теплой зоны в холодную, что в целом не дает возможность улучшить массогабаритные показатели и повысить эффективность и ресурс машины.

Цель изобретения - повышение термодинамической эффективности и ресурса работы машины.

Указанная цель достигается тем, что в газовой холодильной машине, содержашей пневмоцилиндр с поршнем, сообщенный с нагнетательной линией и регенератором при помощи золотника, последний выполнен в виде полого ротора на газостатической подвеске, размещенного в дифференциальном корпусе с зазором и сообщенного с ним при помощи выполненных в стенке ротора профилированных окон и впадин, совпадающих при его вращении с ответными отверстиями, выполненными в корпусе золотника и сообщенными с пневмоцилиндром с помощью трубопроводов и дросселей, размещенных в регенераторе равномерно по окружности, причем корпус на торцах имеет осевые дюзы, а на прилегающих к торцам боковых поверхностях - дюзы, наклоненные под углом к оси корпуса.

На фиг. 1 изображена предлагаемая газовая холодильная мащина (ГХМ); на фиг. 2 - вид А на фиг. 1.

ГХМ содержит компрессор 1 и теплообменник 2, сообщенные с пневмоцилиндром 3. Последний состоит из порщня 4 со штоком 5,

разделяющего пневмоцилиндр 3 на теплую 6 и холодную 7 полости.

Пневмоцилиндр 3 сообщен с нагнетательной линией и регенератором 8 посредст-.

вом золотника, который выполнен в виде полого ротора 9 на газостатической подвеске размещенного в дифференциальном корпусе 10 и имеющего несущие 11 и распределительную 12 части. Ротор 9 размещен в корпусе 10 с зазором и сообщен с ним посредством выполненных в стенке ротора 9 профилированных окон 13 н 14 и впадин 15 и 16, совпадающих при его вращении с ответными отверстиями 17-20, выполненными в корпусе 10 золотника и сообщенными

с пневмоцилиндром 3 при помощи трубопроводов и дросселей 21 и 22, размещенных в регенераторе 8 равномерно по окружности, причем корпус 10 на торцах имеет осевые люзы 23, а на прилегающих к торцам боковых поверхностях - дюзы 24, наклоненные

под углом к оси корпуса 10, имеющего распределительные полости 25. Несущие 11 и распределительная 12 части корпуса 10 разделены выточками 26, сообщающими зазор с внутренней полостью 27 ротора. На

5 торце холодной полости 7 пневмоцилиндра 3

установлен охлаждающий объект 28. Ротор 9

установлен в корпусе 10 с зазорами 29 и 30.

ГХМ работает следующим образом.

Сжатый газ из компрессора 1 поступает

в теплообменник 2, к осевым дюзам 23,

0 откуда стекает в зазоры 29 и через распределительные полости 25 к наклонным дюзам 24, откуда газ истекает в зазор 30 в зоне несущих частей 11, где он, смешиваясь с потоком газа из зазоров 29, истекает в выточки 26 и через отверстия в них поступает в полость 27. При истечении газа через дюзы 23 и 24, а также через зазоры 29 и 30 (в зоне несущих частей II) энергия его несколько уменьшается, заворачиваясь на трение, в связи с чем давление в полости 27 несколько меньше, чем в нагнетательной линии.

Кроме ТОГО , под действием сил трения между струями газа, истекающими из дюзов 24, и поверхностью несущих частей 11

ротор 9 совершает вращательное движение, а сопротивление дюзов 23 и 24, образующее перепад давления между газом нагнетательной линии и газом в зазорах 29 и 30 (в зоне несущей части 11), обеспечивает наличие несущего слоя, предотвращающего касание

0 ротора 9 о стенки корпуса 10.

Далее газ из полости 27 через отверстие 18 попадает в пневмоцилиндр 3 и перемещает щток 5 с порщнем 4 в крайнее нижнее положение. При этом газ из холодной полости 7 перетекает через регенератор 8 в теплую полость 6 и, кроме того, через отверстие 19 во впадину ротора 9 и отверстие 20 - во всасывающую линию низкого давления. При дальнейшем повороте ротора 9 отверстие 18 через впадину 15 соединяется с отверстием 17 и далее с линией низкого давления, а сжатый газ через окно 14 и отверстие 19 подается в полость 6 и через регенератор 8, где он охлаждается до температуры, близкой к температуре охлаждаемого объекта 28, в полость 7. Под действием разности усилий, возникающей в связи с разностью площадей под и над вытеснителем 4, последний поднимается вверх, переталкивая газ из полости 6 в полость 7. При этом отверстие 20 перекрыто ротором 9. В дальнейщем, после заполнения полости 7 сжатым газом, впадина 16 соединяет рабочие объемы вытеснителя с линией низкого давления, давление в них падает, происходят выхлоп и понижение температуры в холодной полости 7, в результате чего от охлаждаемого объекта 28 отводится тепло Затем цикл повторяется. В течение всего цикла работы пневмоцилиндра 3 в зазор через дроссели 21 и 22 подается газ из нагнетательной сети компрессора 1, причем давление этого газа всегда выще давления в рабочих полостях машины, в результате чего всегда имеются перепад давления на дросселях 21 и 22 и несущий газовый слой, обеспечивающий надежное центрирование вытеснителя 4 с штоком 5 с минимально возможными зазорами, в связи с чем влияние потоков центрирующего газа на рабочие процессы машины несущественно. Отсутствие трения в золотниковом газораспределительном механизме и вытеснительном узле позволяет компенсировать затраты работы на центрирование ротора золотника (связанные с потерей давления) и вытеснители. Кроме того, появляется возможность существенно повысить быстроходность машины, путем уменьшения удельных теплопритоков в холодную зону - эффективность машины в целом, а при одной и той же холодопроизводительиости снизить удельный (на единицу мощности) вес машины. Полное отсутствие трущихся частей /делает принципиально возможным создание машины с большим ресурсом работы.

ГАЗОВАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ МАШИНА, содержашая пневмоцилиндр с порш нем, сообш,енный с нагнетательной линией и регенератором при помош,и золотника. отличающаяся тем, что, с целью повышения термодинамической эффективности и ресурса работы, золотник выполнен в виде полого ротора на газостатической подвеске, размешенного в дифференциальном корпусе с зазором и сообшениого с ним при помощи выполненных в стенке ротора профилированных окон и впадин, совпадающих при его врашении с ответными отверстиями, выполненными в корпусе золотника и сообщенными с пневмоцилиндром с помощью трубопроводов и дросселей, размешенных в регенераторе равномерно по окружности, причем корпус на торцах имеет осевые дюзы, ai на прилегаюших к торцам боковых поверхностях - дюзы, наклоненные под углом к оси корпуса.

ВидА

Фаг.1