Газовая криогенная машина Советский патент 1992 года по МПК F25B9/00 

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к устройству поршневых газовых криогенных машин.

Известна холодильно-газовая установка для получения низких температур по обратному циклу Стирлинга, содержащая поршень компрессора и вытеснитель, шатуны компрессора и вытеснителя, приводимые в движение шарнирным четырехзвенником. состоящим из стойки, коленчатого вала (кривошипа), шатуна и развитого коромысла, шатун компрессора подвижно соединен шарниром с коромыслом, шатун вытеснителя подвижно соединен шарниром с кривошипом. К недостаткам известной установки следует отнести малую эксплуатационную надежность и загрязнение регенератора продуктами износа деталей в процессе работы.

В известной установке траектория шарнира, к которому присоединяется, одним концом шатун компрессора, является дугой окружности, а траектория шарнира, к которому одним концом присоединяется шатун вытеснителя, является окружностью. Угловые отклонения шатунов при работе установки ведут к возникновению реакций со стороны поршней на CTeHKtf цилиндров; значительные нагрузки на уплотнения поршня компрессора и вытеснителя приводят к существенным потерям на трение. Другим недостатком установки является сложность изготовления коленчатого вала, к шейке которого а подвижном соединении присоединяются одновременно шатун вытеснителя и шатун шарнирного четырехзвенника, а также .сложность конструктивного исполнения развитого тсоромысла. состоящего из двух рычагов, неподвижно соединенных между собой и смещенных друг относительно друга.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является механизм Росса, содержащий в общем корпусе поршень компрессора и вытеснитель, приводимые .в движение шарнирным четырехзвенником, состоящим из коленчатого вала (кривошипа), развитого шатуна и коромысла: шатун компрессора подвижно соединен шарниром с развитым шатуном, шатун вытеснителя подвижно соединен шарниром также с развитым шатуном, Восьиизвенный механизм Росса может быть применен для привода в движение поршня компрессора и вытеснителя е газовой криогенной машине, работающей по обратному циклу Стирлинга.

Машина более проста в конструктивном исполнении, однако к ее недостаткам следует отнести и малую эксплуатационную на, дежкость, обусловленную наличием десяти

подвижных соединений деталей, а также появление продуктов износа деталей в процессе эксплуатации, что ведет к загрязнению регенератора и выходу из

строя всей машинь.

Цель настоящего изобретения - повышение зксплуатационлой надежности и упрощение конструкции машины путем выбора метрических соотношений размеров звеньев механизма для привода поршней. ,,.

Поставленная цель достигается тем, что в машине, содержащей корпус и расположенные в нем поршень компрессора, вытеснитель, шток компрессора и шток вытеснителя, прикрепленные к подшипникам, шатун шарнирного четырехзвенника. соедийенный шарниром с коромыслом и кривошипом, геометрическая ось шарнира

0 расположена в точке пересечения двух взаимно перпендикулярных линий, одна из которых соединяет геометрические оси подшипников, к которым прикреплены шток, компрессора и шток вытеснителя, причем

5 эти штоки установлены С возможностью перемещения по прямолинейным траекториям, а вторая линия соединяет геометрическую ось цилиндрической поверхности кривошипа и геометрическую ось

0 шарнира, при этом шток и поршень комЬрессора, а также шток вытеснителя и вытеснитель соединены жестко.

На фиг. 1 изображена машина, поперечный разрез; на фиг, 2 - сечение А-А на фиг.

5 1; на фиг, 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг.

4- сечение В-В на фиг, 1; на .фш, .5 - кинематическая схема машины. Ifiii

Тазовая криогенная маши(1| с1держит корпус t, в котором размещены поршневой

0 компрессор 2 и неподвижно связанный с ним шток компрессора 3, вытеснитель 4 и неподвижно связанный с ним шток вытеснителя 5, двигатель б, приводной вал 7 и насаженный на вал кривошип 8 с противовесом 9, шатун 10 шарнирного четырехзвенника с траверсой 11 и корректирующей массой 12, коромысло 13 с корректирующей массой 14. Для выполнения условия перемещения

0 штока компрессора 3 и штока вытеснителя

5по прямолинейным траекториям взяты следующие соотношения размеров звеньев (фж-;5)г

.13; OAi-7,65; ,70; 5 .65;

.72; .84; .29; FP-9.17, а « 140.19° ;9 90°.

Кривошип 8 подшипником 15 связан с I шатуном to шарнирного четырехзвенника.

Подшипник 15 и кривошип 8 фиксируются в осевом направлении на приводном валу шайбой 16. пружинной шайбой 17 и гайкой 18. Шатун 10 шарнирного четырехзвенника подшипником 19 связан с коромыслом 13, которое связано с осью 20, установленной в корпусе 1, подшипником 21. Шток компрессора 3 посредством резьбового соединения 22 жестко связан с кольцом 23, в которое устанавливается подшипник 24.

Резьбовое соединение 22 штока компрессора 3 с кольцом 23 стопорится шайбой 25. На штоке компрессора 3 выполнены граНИ.26 под ключ. Шток вытеснителя 5 посредством рез.ьбового соединения 27 жестко связан с кольцом 28, в которое устанавливается подшипник 29. Резьбовое соединение 27 штока вытеснителя 5 с кольцом 28 стопорится шайбой 30, на штоке вытеснителя 5 выполнены грани 31 под ключ. Шток компрессора 3 неподвижно соединяется с поршнем компрессора 2 по посадке с натягом и последующей развальцовкой, а шток вытеснителя 5 неподвижно соединяется с вытеснителем 4 штифтом 32. Траверса 11 подвижно соединяется подшипником 24 со штоком компрессора 3, а подшипником29 - со штоком вытеснителя 5.

Радиус кривошипа определяется расстоянием между геометрической осью 33 приводного вала 7 и осью 34, являющейся геометрической осью цилиндрической поверхности 35 кривошипа 8. Длина шатуна 10. шарнирного четырехзвенника определяется расстоянием между осью 34 и осью 36, являющейся геометрической осью подшипника 19. Длина коромыслу 13 определяется расстоянием между осью 36 и осью 37, являющейся геометрической осью подшипника 21. Длина траверсы 11 определяется расстоянием между геометрической осью

38подшипника 24 и геометрической осью

39подшипника 29.

Расстояние между осями 36 и 38-длина прицепа траверсы для подсоединения штока компрессора 3, между осями 36 и 39 длйна прицепа траверсы для подсоединения штока вытеснителя 5, между осью 38 и неподвижным соединением штока . рессора 3 и поршня компрессора 2 - длина штока KOMripeccopa 3, между осью 39 и неподвижным соединением штока вытеснителя 5 и вытеснителя 4 - длина штока вытеснителя 5. Кратчайшее расстояние между осью 33 и геометрической осью 40 цилиндра компрессора - смещение поршня компрессора 2, между осью 33 и геометрической осью 41 цилиндра вытеснителя смещение вытеснителя 4.

Положение оси 37 определяется углом между горизонтальной линией, проведенной через ось 33, и линией условнб соединяющей оси 33 и 37. Траверса и шатун 10 шарнирного четырехзвенника закреплены под углом 90.Газовая криогенная машина работает следующим образом.

При вращении приводного вала 7 и насаженного на него кривошипа 8 в движение приводится шатун 10 шарнирного четырехзвенника с траверсой 11, совершающие плоскопараллельное движение коромысло 13, совершающее качательное движение, 5 при этом шток компрессора 3 и поршень компрессора 2, а также шток вытеснителя 5 и вытеснитель 4 срвершают возвратно-по-ступательные движения. Реакции поршня компрессора и вытеснителя на цилиндры

0 близки к нулю благодаря обеспечению прямолинейных траекторий шарниров Q и F {фиг.5). В связи с этим возникают благоприятные условия для функционирования поршневых уплотнений, повышается надежность в

5 соединениях поршень - цилиндр за счет малых удельных давленийна стенки цилиндров и связанного с этим малым износом соприкасающихся поверхностей.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения повышает эксплуатационную надежность, упрощает конструкцию машины за счет устранения двух подвижных соединений между поршнем компрессора и штоком компрессора, а

5 также между вытеснителем и штоком вытеснителя. ,:

Формула изобретения Газовая криогенная машина, содержащая корпус и расположенные в нем пор0 шень компрессора, вытеснитель, штоки;;; компрессора и вытеснителя, прикрепленные к подшипникам, шатун шарнирного че.тырехзвенника, соединенный шарниром с коромыслом, и кривошип, отличающая-

5 с я тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности и упрощения конструкции, геометрическая ось шарнира расположена в точке пересечения двух взаимно перпендикулярных линий, одна из ко- (

0 торых соединяет геометрические оси подшипников, к которым прикреплены шток компрессора и-шток вытеснителя, причем эти штоки установлены с возможностью перемещения по прямолинейным траектори5 ям, а вторая линия соединяет

геометрические оси цилиндрической поверхности кривошипа и шарнира, при этом шток и поршень компрессора, а также шток вытеснителя и вытеснитель соединены жестко. . A$иг. 2

5-S

Фиг. 4 A

Ai

Фиг. 5

Изобрёте'ние относится к криогенной технике, а именно к устройству поршневых газовых криогенных машин. Цель изобрете-^ ния - повышение эксплуатационной надеж-Я^СОо о>&*/ 323Jt^t• нести и упрощение конструкции. Газовая криогенная машина содержит корпус 1. в котором размещены поршневые компрессор 2 и неподвижно связанный с ним шток, компрессора 3, вытеснитель 4jt неподвижно связанный с ним шток вытеснителя 5, двигатель 6, приводной вал и насаженный на вал кривошип с противовесом 9, шатун 10 шарнирного чётырехзвенника с травер- сол 11 и корректирующей массой 12. коромысло 13 с корректирующей массой 14. "Траверса 11 подвижно соединяется подшипником со штоком компрессора 3. Траверса .11 подвижно соединяется подшипником с штоком вытеснителя 5. Размеры звеньев газовой криогенной машины таковы, что траектории подшипников - прямые линии. 5 ил.•^^ё