Поршневая газовая криогенная машина Советский патент 1990 года по МПК F01B9/00 

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано для охлаждения электронных и радиотехнических устройств.

Цель изобретения -увеличение ресурса работы и повышение КПД,

На фиг. 1 показана поршневая газовая криогенная машина; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Поршневая газовая криогенная машина содержит картер 1, размещенные в нем V- образные компрессорный 2 и детандерный

3цилиндры с расположенными в них соответственно поршнем 4 и вытеснителем 5 со штоками 6, и механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, связанный со штоками 6, причем на картере размещены два оппозитно расположенных цилиндра 7 и 8, кожух 9 с крышками 10, привод, выполненный в виде линейного электродвигателя 11 с кольцевой обмоткой и расположенный в кожухе 9, и установленный оппозитно компрессорному цилиндру 2, ротор 12 электродвигателя размещен внутри обмотки соосно поршню

4и жестко связан с поршнем 4 при помощи дополнительного штока 13 через механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, шток 6 вытеснителя 5 подпружинен при помощи размещенной в другом кожухе 14 возвратной пружины 15, закрепленной на штоке 6 с упором в крышку 10 кожуха, механизм преобразования движения выполнен в виде вала 16с двумя эксцентриковыми пальцами 17 по его торцам, смещенными в одну сторону от продольной оси симметрии вала 16, двух цилиндрических кулачков 18, установленных на валу 16с эксцентриситетом, двух втулок 19, охватывающих кулачки 18 и жестко связанных со штоками 6 и обгонной муфтой 20, обойма которой закреплена в картере 1, а кулачок 18- на одном из пальцев 17 вала 16.

Статор линейного электродвигателя выполнен в виде втулки 19 и размещен между дополнительным штоком 13 и ротором 12,

последний выполнен в виде-стакана, закрепленного днищем на торце дополнительного штока 13 и обращенного в сторону поршня 4. Кожух 9, в котором размещен

электродвигатель 11 и цилиндр 2 компрессора, имеет рубашки 21 охлаждения. Втулки 19 выполнены зацело со штоками 6. Кулачки 18 установлены на валу 16 на роликовых подшипниковых опорах 22.

Машина снабжена двумя крышками 23 и опорным промежуточным диском 24, в картере 1 напротив торцов вала выполнены отверстия 25, а крышки 23 закреплены на картере 1 напротив отверстий 25 с возможностью их герметизации, причем в одной из крышек со стороны вала 16 выполнено глухое отверстие, промежуточный диск 24 закреплен между другой крышкой и картером 1, на его торцовых поверхностях выполнены

глухие расточки 26, пальцы 17 вала 16 установлены в подшипниковых опорах 22 в отверстии 25 крышки 23 и одной из расточек 26 диска 24, а в другой расточке последнего закреплена обойма обгонной муфты 20.

Машина работает следующим образом. Под действием электромагнитного поля ротор 12 совместно с поршнем 4 компрессорного цилиндра 2 начинает двигаться к ВМТ и вращать кулачки 18 и вал 16внаправлении, разрешаемом обгонной муфтой 20, Благодаря бесшатунному механизму вытеснитель 5 начинает движение от ВМТ. Когда поршень 4 придет в ВМТ, он тормозит движение бегущего электромагнитного поля

двигателя 11, а вытеснитель 5 проходит половину хода к НМТ, давление в газовой полости машины проходит через максимальное значение и начинает уменьшаться. Силы газа, действующие на вытеснитель 5, стремятся повернуть кулачки 18 в направлении вращения, выводят бесшатунный механизм из мертвой точки и дают электромагнитному полю двигателя 11 толчок в обратном направлении, а электромагнитное поле двигателя 11 перемещается в противоположную сторону и перемещает ротор 12 вместе с поршнем 4 в НМТ.

Когда поршень 4 пройдет половину хода и НМТ, вытеснитель 5 приходит к НМТ и сжимает возвратную пружину 15. Сила сжатия возвратной пружины 15 и силы газа, действующие на вытеснитель 5 и стремящи- вся повернуть кулачки 18 в направлении, обратном вращению, преодолеваются бегущим электромагнитным полем двигателя 11, бесшатунный механизм выводится из мертвой точки.

Формула изобретения 1, Поршневая газовая криогенная машина, содержащая картер, размещенные в нем V-образные компрессорный и детан- дерный цилиндры с расположенными в них соответственно поршнем и вытеснителем со штоками, и механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, связанный со штоками, отличающаяся тем, что, с целью увеличе- ния ресурса работы и повышения КПД, машина снабжена приводом и двумя оппозитно закрепленными на картере цилиндрами, и кожухами с крышками, привод выполнен в виде линейного электродвигате- ля с кольцевой обмоткой и расположен в кожухе, установленном оппозитно компрессорному цилиндру, ротор электродвигателя размещен внутри обмотки соосно поршню и жестко связан с поршнем при помощи дополнительного штока через механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, шток вытеснителя подпружинен при помощи размещенной в другом кожухе возвратной пру- жины, закрепленной на штоке с упором в крышку кожуха, механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное выполнен в виде вала с двумя эксцентриковыми пальцами по его торцам, смещенными в одну сторону от продольной оси симметрии вала, двух цилиндрических кулачков, установленных на валу с эксцентриситетом, двух втулок, охватывающих кулачки и жестко связанных со штоками, и

обгонной муфты, обойма которой закреплена в картере, и кулачок - на одном из пальцев вала, причем продольная ось симметрии последнего перпендикулярна продольным осям штоков.

2.Машина по п.1,отличающаяся тем, что статор линейного электродвигателя выполнен в виде втулки и размещен между дополнительным штоком и ротором, а последний выполнен в виде стакана, закрепленного днищем на торце дополнительного штока и обращенного в сторону поршня.

3.Машина по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что ротор выполнен из ферромагнитного материала, а на его поверхность нанесено покрытие из электропроводного материала.

4.Машина по пп. 1-3, отличающаяся тем, что кожух, в котором размещен электродвигатель и цилиндр компрессора, имеют рубашки охлаждения.

5.Машина по пп. 1 -4, отл и ч а ю- щ а я с я тем, что втулки выполнены зацело со штоками.

6.Машина по пп. 1-5, отличаю- щ а я с я тем, что втулки установлены на цилиндрических кулачках, а последние - на валу на роликовых подшипниковых опорах.

7.Машина по пп. 1-6, отличающаяся тем, что она снабжена двумя крышками и опорным промежуточным диском, в картере напротив торцов вала выполнены отверстия, а крышки закреплены на картере напротив отверстий с возможностью их герметизации, причем в одной из крышек со стороны вала выполнено глухое отверстие, промежуточный диск закреплен между другой крышкой и картером, на его торцовых поверхностях выполнены глухие расточки, пальцы вала установлены в подшипниковых опорах в отверстии крышки и одной из расточек диска, а в другой расточке последнего закреплена обойма обгонной муфты.

21

1Z

Изобретение может быть использовано для охлаждения электронных и радиотехнических устройств. Цель изобретения - увеличение ресурса работы и повышение КПД поршневой газовой криогенной машины. V-образные компрессорный и детандерный цилиндры с расположенными в них соответственно поршнем и вытеснителем 5 со штоками (Ш) 6 размещены в карете 1. Механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное связан с Ш 6. Привод выполнен в виде линейного электродвигателя с кольцевой обмоткой и расположен в кожухе с крышками 10. Кожух установлен оппозитно компрессорному цилиндру. Ротор размещен внутри обмотки соосно поршню и связан жестко с поршнем при помощи Ш через механизм преобразования. Ш 6 вытеснителя 5 подпружинен размещенной в кожухе 14 пружиной 15. Механизм выполнен в виде вала 16 с эксцентриковыми пальцами 17 по его торцам. Два цилиндрических кулачка 18 установлены на валу 16 с эксцентриситетом. Втулки 19 охватывают кулачки 18 и жестко связаны с Ш 6. Обойма обгонной муфты 20 закреплена в картере 1. Продольная ось симметрии вала 16 перпендикулярна продольным осям Ш 6. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.