Свободнопоршневой дизель-компрессор Советский патент 1992 года по МПК F02B71/00 

wЁ

Изобретение относится к двигателест- роению и может быть также использовано в компрессоростроении.

Дизель-компрессор отличается высокой экономичностью на номинальном режиме работы, но при отклонении от него это преимущество исчезает за счет одновременного снижения экономичности дизеля и компрессора при снижении мощности и производительности дизель-компрессора. Снижение экономичности дизель-компрессора происходит очень резко при изменении хода поршня, являющегося общим рабочим органом дизеля и компрессора. Поэтому разрабатываются специальные схемы дизель-компрессоров со стабилизацией хода поршня.

Например, известна схема регулирования дизель-компрессора, внутренняя и наружные мертвые точки поршней которой управляются гидравлическими и пневматическими стабилизаторами, которые приводятся в действие сжатым воздухом поступающим из буфера. Регулирование дизель-компрессора производится подсоединением дополнительных объемов к цилиндру. Приуменьшении производительности дополнительный объем, подключаемый к мертвому пространству, увеличивают, но регулирование осуществляется ступенчатым способом с приводом от кулачковых шайб.

Система стабилизации мертвых точек поршня содержит два колебательных контура регулирования, соответственно для ВМТ и НМТ поршня, что требует наличия большого количества многозвенных механизмов и снижает его надежность и экономичность.

Цель изобретения - повышение экономичности дизель-компрессора при работе на режимах переменной производительности.

Указанная цель достигается тем, что свободнопоршневой дизель-компрессор, содержащий цилиндр со встречно движущимися синхронизированными поршнями, образующими центральную дизельную полость с прямоточной продувкой и две наружные компрессорные полости того же диаметра, сообщенные со всасывающей и нагнетательной магистралями при помощи автоматически действующих клапанов, снабжен регулятором рабочего объема компрессорных полостей, выполненным в виде поршня-вытеснителя и жестко связанного с ним управляющего поршня, размещенного в дополнительном цилиндре и нагруженного с одной стороны пружиной, причем с другой стороны поршня дополнительный цилиндр сообщен с нагнетательной магистралью.

На фиг.1 изображена схема предлагаемого дизель-компрессора; на фиг.2 - индикаторная диаграмма компрессора.

Форсунка 1, служащая для впрыскивания топлива, установлена в центральной дизельной полости цилиндра 2. Встречно движущиеся синхронизированные поршни

0 3 образуют центральную дизельную полость цилиндра 2 и две наружные компрессорные полости 4. Последние соединены с дополнительным цилиндром 5, в котором размещен ступенчатый поршень 6, состоя5 щий из поршня-вытеснителя и управляющего поршня большего диаметра, нагруженного с одной стороны пружиной 7, размещенной в буферной полости 9 низкого давления.

0 Ступенчатый поршень б прижимается пружиной 7 к упору 8, ограничивающему перемещение поршня пружиной в сторону компрессорной полости 4 и тем самым лимитирующему минимальный объем мертво5 го пространства компрессорной полости 4. Центральная дизельная полость цилиндра 2 имеет прямоточную продувку, осуществляющуюся через впускные 10 и выпускные 11 окна.

0 Компрессорные полости 4 сообщаются при помощи автоматически действующих выпускного 12 и впускного 13 клапанов с нагнетательной магистралью 14 и атмосферой или всасывающей магистралью.

5 Дизель-компрессор работает следующим образом.

Вспрыскиваемое форсункой 1 в центральную дизельную полость цилиндра 2 топливо сгорает и развиваемое при сгора0 нии давление в цилиндре 2 двигает поршни

3наружу, сжимая в компрессорной полости

4газ. При превышении расчетного давления в компрессорной полости 4 автоматический клапан 12 выпускает сжатый газ в нагнета5 тельную магистраль 14.

При движении поршня 3 наружу газы в дизельной полости 2 расширяются и выходят через выпускные окна 11. Поршень 3 прекращает движение наружу, открывая

0 впускные окна 10, через которые входит свежий воздух. Затем поршень 3 поддействием оставшегося в мертвом объеме компрессорной полости 4 воздуха начинает двигаться внутрь, сжимая свежий заряд дизельной по5 лости 2, причем давление в компрессорной полости 4 при движении поршня 3 поддерживается постоянным или за счет поступления сжатого газа через клапан 13 от предыдущих ступеней компрессора или за счет движения поршня 6 регулятора рабочего объема компрессорной полости. Таким образом, происходит работа последней ступени дизель-компрессора на номинальном режиме работы.

Работа регулятора рабочего объема компрессорных полостей, состоящего из поршня 6, пружины 7, вспомогательного 9 и дополнительного 5 цилиндров происходит следующим образом.

Движение основного поршня 3 вызывает изменение давления в компрессорной полости 4 и движение поршня 6 регулятора. Движение поршня регулятора 6 совместно с основным поршнем 3 вызывает изменение объема компрессорной полости 4, в том числе и объема цилиндра компрессора около внутренней мертвой точки, т.е. объема мертвого пространства, тем самым меняя и подачу газа за цикл, определяющую произг водительность дизель-компрессора. Импульсом для изменения мертвого пространства компрессорной полости является давление в нагнетательной магистрали 14. Так как изменение подачи газа в нагнетательную магистраль 14 меняет давление в ней, то изменение давления в нагнетательной магистрали 14 передается на ступенчатый поршень 6 регулятора производительности, перемещая его с деформацией пружины 7. Таким образом, изменение подачи газа из компрессора в нагнетательную магистраль 14 вызывает изменение мертвого объема компрессорной полости 14, компенсируя изменение подачи газа из компрессора. Например, снижение расходя газа из нагнетательной магистрали вызывает рост давления в ней и перемещение поршня регулятора 6 на увеличение мертвого объема компрессорной полости 4. определяемого положениями поршней 3 и 6. Увеличение же мертвого объема цилиндра компрессора вызывает соответствующее снижение подачи сжатого газа из цилиндра компрессора.за счет чего и происходит снижение давления в нагнетательной магистрали. Давление в нагнетательной магистрали за счет этого явления стабилизируется, т.е. жесткое соединение поршня-вытеснителя и управляющего поршня обеспечивает замыкание отрицательной обратной связи по давлению в нагнетательной магистрали.

Объединенный поршень 6 должен быть ступенчатым, диаметр управляющего поршня должен быть больше диаметра поршня-вытеснителя.

Согласно фиг.2, кривая 1 показывает характер изменения давления Р в цилиндре обычного компрессора без регулятора рабочего объема. Кривая 2 показывает характер изменения давления при присоединении к

компрессорной полости дополнительного постоянного мертвого объема в известных конструкциях. Кривая 3 показывает характер изменения давления в компрессорной полости при изменении в процессе движения поршня 3 компрессора мертвого объема с помощью дополнительного поршня 6. Как следует из фиг.2, работа регулятора производительности обеспечивает снижение затрат мощности, пропорциональной

площади индикаторной диаграммы, и повышение экономичности.

Применение указанного устройства особенно эффективно в дизель-компрессора для стабилизации хода поршня дизеля

(равного ходу поршня компрессора) и обеспечивает тем самым не только повышение экономичности компрессора, но и экономичности дизеля.

Формула изобретения

Свободнопоршневой дизель-компрессор, содержащий цилиндр с встречно движущимися синхронизированными поршнями, образующие центральную дизельную полость с прямоточной продувкой и две наружные компрессорные полости того же диаметра, сообщенные с всасывающей и нагнетательной магистралями при помощи автоматически действующих клапанов, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности при работе на режимах переменной производительности, он снабжен регулятором рабочего объема компрессорных полостей, выполненным в

виде поршня-вытеснителя и жестко связанного с ним управляющего поршня, размещенного в дополнительном цилиндре и нагруженного с одной стороны пружиной, причем с другой стороны поршня дополнительный цилиндр сообщен с нагнетательной магистралью.

Дизель-компрессор содержит цилиндр с встречно движущимися поршнями 3, образующими центральную дизельную полость 2 и две наружные компрессорные полости 4. Объем последних регулируется при помощи ступенчатого поршня 6, что позволяет повысить экономичность установки при работе на режимах переменной производительности 2 ил

фиг 2