Устройство изменения давления газа в камере пневмопривода Советский патент 1992 года по МПК F04B19/24 

Изобретение относится к пневмоприводам, преимущественно компрессорам или насосам объемного вытеснения.

Известен способ изменения давления газа в камере пневмопривода.

Недостатками устройства для реализации данного способа являются низкая надежность из-за неизбежного смешения перекачиваемого газа с легкоиспаряющейся жидкостью, а также из-за неопределенности положения поршня золотника в режиме переключения; сложность конструкции и наличие множества элементов, требующих постоянного переключения; необходимость фиксации золотникового распределителя от поворота вокруг своей оси; большие напряжения упругой диафрагмы компрессионной камеры из-за прямоугольных контуров камеры; энергозатраты для привода насоса

Цель изобретения - повышение надежности и автономности устройства.

Указанная цель достигается тем, что конструкция устройства изменения давления газа в камере пневмопривода содержит корпус, разделенный упругой диафрагмой на рабочую емкость, частично заполненную легкоиспарпющейся жидкостью с большой величиной газовой постоянной, и компрессионную камеру для перекачивания газа с впускным и выпускным клапанами, трубопровод, соединяющий нижнюю точку рабочей емкости с входом в насос, выход которого соединен двумя подводящими трубопроводами с золотниковым распределителем, состоящим из полого цилиндрического корпуса с четырьмя попарно расположенными друг напротив друга выходами для подсоединения подводящих и отводящих трубопроводов

Внутри корпуса с малым зазором со стенками размещен поршень, подпружиненный с

ПДНОЙ СТОрОКЫ, В КОТОрОМ ВЫПОЛНСЧ каИПЛ

о виде кольцевой проточки, соединяющий при передвижении поршня поочередно противоположные выходы отводящего и подводящего трубопроводов. Поршень HMG- ет две дополнительные фиксирующий проточки, расположенные на расстоянии, ровном расстоянию между подводящими и отводящими трубопроводами. Корпус содержит фиксатор поршня в виде подпружн- немного шарика, з отводящие от золотникового распределителя трубопроводы соединены соответственно через нагреватель и охладитель с форсунками, расположенными в газовой полости рабочей емкости, причем насос выполнен совмести ым с рабочей емкостью в виде аккумулирующей емкости, также частично заполненной жидкостью, расположенной выше уровня рабочей емкости и соединенной с последней двумя трубопроводами,выходя щими из верхней части аккумулирующей емкости, один из которых (большего сечения) соединен с нижней частью рабочей емкости, а другой (меньшего сечения) - с газовой полостью рабочей емкости через термоклапан, установленный в этой газовой полости. Нижняя часть емкости соединена выходным трубопроводом через запорный вентиль и обратный клапан с подводящими трубопроводами золотникового распределителя. Термоклапан состоит пз седла, установленного на торец трубопровод, к седлу присоединен один конец изогнутой биметаллической пластины, другой конец которой кинематически связан с иглой собственно клапана.

На фиг. I изображена схема предлагаемого устройства с насосом; на фиг,2 -- то же со совмещенным устройством для перекачки жидкости; на фмг.З - термоклапан; на фиг. 4 - графики зависимостей температуры, дз лснпя от времени и циклограмма работы тср.моклапана.

Устройство изменения .давления газа в камере пневмопривода (фмг,1) содержит корпус 1, разделенный упругой диафрагмой 2 на рабочую емкость 3, частично заполненную лепсонспарлющейся жидкостью 4, и компрессионную кг.мзру 6. корпус которой выполнен полусферическим и содержит впускной G и выпускной 7 клапаны, Нижняя точка рабочей емкости 3 соединена трубой- Поводом 8 с насосом 9, выход которого соединен двумя трубопроводами 10 и 11 с золот:iикопым распределителем, содержащим корпус 12, о котором с малым зазором поршвпъ 13 с каналом 14 в виде

кольцеобразной протечки и две дополнительные фиксирующие кольцеобразные проточки 15 и 16, а сам поршень 13 подпружинен пружиной 17, другой конец которой

упирается в винт 18, регулирующий степень сжатия пружины 17, причем корпус золотникового распределителя имеет фиксатор пор- шнп в виде шарика 19, подпружиненного пружиной 20. Надпоршневая полость золот0 пикового распределителя соединена с газовой полостью рабочей емкости 3 магистралью 21. Выходы золотникового распределителя соединены трубопроводами 22 и 23 соответственно с нагревателем

5 24 и охладителем 25, выходы которых совмещены и подсоединены к форсункам 26, расположенным внутри газовой полости емкости 3. Для автономности работы устройства насос 9 выполнен в виде аккумули0 рующей емкости 27, расположенной на более высоком уровне, чем рабочая емкость 3. Верхняя часть (газовая полость) аккумулирующей емкости 27 связана трубопроводом 8 с нижней точкой емкости 3, заполненной

5 легкоиспаряющейся жидкостью 4. Газовая полость емкости 27 соединена с газовой полостью емкости 3 при помощи трубопровода 28, снабженного термоклзпаном 29, расположенным в газовой полости емкости

0 3, выход емкости 27 соединен через запорный вентиль 30 и обратный клапан 31 с ьходными трубопроводами 10 и 11, присоединенными kзолотниковому распределителю.

5 Термоклапан (фиг.З) содержит установленное на торец трубопровода 28 седло клапана 32 с прикрепленной к нему одним концом изогнутой биметаллической пластиной 33, другой конец которой кинематиче0 скм связан с мглой собственно клапана 34, установленной в конусное отверстие 35 гнезда термоклапана 32.

Работает устройство следующим образом.

5 Сначала включается насос 9, который всасывает лекоиспаряющуюся жидкость 4 через трубопровод 8 из рабочей емкости 3 и нагнетает ее через трубопровод 10 в золотниковый распределитель 12, из которого

0 х дщ-.ость 4 по трубопроводу 23 поступает в нагреватель 24, в котором она нагревается, частично испаряясь, и поступает через форсунки 26 в полость емкости 3. Температура парожидкостной фазы в рабочей полости

5 емкости 3 растет и повышается давление, при действии которого деформируется упругая диафрагма 2, которая сжимает газ в компрессионной камере 5, образованной корпусом 1, и нагнетает сжатый газ потребителю через выпускной клапан 7. При максимальном повышении давления в емкости 3 давление, действуя на поршень 13 через трубопровод 21, освобождает его от фиксирующего шарика 19, подпружиненного пружиной 20, и поршень, резко (быстро) сжимая пружину 17, перемещается влево (фиг.1), при этом шарик 19 фиксатора переходит с кольцеобразной проточки 16 в проточку 15 и фиксирует в этом положении поршень 13, который своим кольцеобразным каналом 14 открывает пару трубопроводов 11 и 22 и закрывает трубопроводы 10 и 23, в результате чего жидкость 4 прогоняется насосом 9 через охладитель 25, в котором она охлаждается до температуры, близкой температуре замерзания, и далее поступает через форсунки 26 в газовую полость емкости 3. При этом температура и давление в емкости 3 падают, и упругая диафрагма 2 вытягивается внутрь емкости 3 - происходит процесс всасывания перекачиваемого газа в компрессионную камеру 5 через впускной клапан б. По окончании процесса всасывания, когда давление в емкости 3 понизилось до определенного значения, под действием сжатой пружины 17 (благодаря понижению давления на поршень 13 зо- лотникозого распределителя 12) поршень 13 освобождается сг фиксирующего подпружиненного шарика 19 -л переходит в течение милого пром-.,кутка времени вправо (фиг.1). Шарик (9 переходит из проточки 15 в проточку 16, сиксируя тем самым положение поршня 13, в котором о,ч соединяет трубопроводы 10 и 23 и разъединяет трубопроводы 11 и 22. Жидкость 4 снова поступает в нагреватель 24 и весь процесс повторяется.

Диаграмма изменения температуры и давления рабочей среды по времени представлена на фиг.4а, б.

Для автономной работы, заключающейся в исключении насоса 9 как отдельного сложного устройства со своим приводом, в устройство введена аккумулирующая емкость 27 с необходимой арматурой (фиг.2).

Работа устройства по фиг,2 в части, касающейся работы золотникового распределителя 12, нагревателя 24, охладителя 25, форсунок 26 и камер в корпусе 1, аналогична работе устройства по фиг.1. Отличия заключаются в следующем.

Перед пуском необходимо, чтобы большая часть легкоиспаряющейся жидкости 4 находилась в емкости 27. При запуске открывается запорный вентиль 30, и жидкость под гидростатическим давлением своего столба поступает через обратный клапан 31 и золотниковый распределитель 12 (по трубопроводам 10 и 23) к нагревателю 24 и через форсунки 26 в емкость 3, температура и давление в которой повышаются, и происходит процесс сжатия и нагнетания газа. При этом термоклапан 29 открыт, но когда температура в емкости 3 приблизится к максимальной, термоклапан 29 (фиг.З) закроется (биметаллическая пластина 33 закроет иглой 34 седло 35, установленное на конце трубопровода 28) и разделит газовые полости емкостей 3 и 27. Но поскольку в емкости 3 уже находится горячая жидкость, эта жидкость будет продолжать

0 испаряться, и давление в емкости 3 будет повышаться. Под этим давлением жидкость 4 из емкости 3 передавливается через трубопровод 8 в емкость 27, охлаждаясь при этом в длинном трубопроводе 8, пока почти

5 вся жидкость 4 не передавится в емкость 27, При этом обратный клапан 31 под действием собственной пружины и перепада давления на нем закрыт. Под воздействием избыточного давления золотниковый рас0 пределитель 12 производит переключение потока жидкости 4 из емкости 27 в емкость

3из нагревателя 24 на охладитель 25. После передавливания жидкости 4 из емкости 3 в емкость 27 температура парожидкостной

5 смеси в емкости 3 падает за счет теплообмена с окружающей средой, и термоклапан 29 открывается, соединяя газовые полости емкостей 3 и 27. В результате давления в этих емкостях выравниваются, и жидкость перо0 текает из верхней емкости 27 в нижнюю емкость 3. При этом сначала поток жидкости

4проходит через охладитель 25 (пока температура жидкости 4 не понизится до температуры замерзания и не произойдет

5 процесс всасывания перекачиваемого газа в компрессионную камеру), а после переключения золотниковым распределителем 12-через нагреватель24. В конце процесса нагрева происходит процесс нагнетания пе0 рекачиваемого газа и передавливания жидкости 4 из емкости 3 в емкость 27. Далее цикл повторяется. Циклограмма работы термоклапана 29 по времени в зависимости от температуры в емкости 3 представлена на фиг.4в.

5 Устройство обладает повышенной надежностью из-за исключения возможности смешения перекачиваемого газа с рабочим телом и уменьшения потерь последнего, а также из-за определенности положения поршня золотни0 кового распределителя в результате его фиксации в крайних положениях и выполнения его канала в виде кольцеобразной проточки. Кроме того, в устройстве облегчены условия работы упругой диафрагмы за счет выполне5 ния компрессионной камеры полусферической, что также повышает надежность устройства в целом. Помимо этого устройства имеет один приемник и один источник тепла, а также обладает пол ной автономностью и не требует дополнительных переключений во время работы, кроме включения и выключения всего устройства. Применение в качестве легкоиспаряющейся жидкости вещества с температурой конденсации, близкой к тем- пературе окружающей среды, и с температурой кипения на несколько десятков градусов выше нуля по Цельсию (например, некоторые фреоны) позволяет использовать устройство как вторичный источник энергии (сжатого газа) при использовании бросового тепла, солнечного излучения, энергии термальных вод и других экологически чистых источников энергии.

Формула изобретения

1.Устройство изменения давления газа в камере пневмопривода, содержащее корпус, разделенный упругой диафрагмой на рабочую емкость частично заполненную легкоиспаряющейся жидкостью, м ком л рее- сионную камеру для перекачивания газа с впускным и выпускным клапанами, трубопровод, соединяющий нижнюю точку емкости с входом в насос, выход которого соединен двумя входными трубопроводами с цилиндрическим полым корпусом золотникового распределителя, с установленным внутри подпружиненным поршнем с каналом и приводной полостью, при этом корпус золотникового распределителя гюдспеди- нен к двум выходным трубопроводам, под- соединенным соответственно через нагреватель и охладитель к форсункам рабочей емкости, о т личающееся тем, что,

с целью повышения надех нос п/., приводная полость золотникового распределителя соединена магистралью с газовой полостью рабочей емкости.

2.Устройство по п, 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения надежно- ста, корпус золотникового распределители

т

снабжен фиксатором крайних положений поршня, выполненным в виде подпружиненного шарика, а на поршне со стороны пружины выполнены две кольцевые проточки.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что, с целью повышения надежности, корпус компрессионной камеры выполнен полусферическим.

А. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что, с целью повышения надежности, канал на поршне золотникового распределителя выполнен в виде кольцевой проточки.

5,Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей путем повышения автономности, насос выполнен в виде аккумулирующей емкости, расположенной выше уровня рабочей емкости, нижняя точка которой соединена трубопроводом с верхней частью аккумулирующей емкости, которая также соединена трубопроводом с газовой полостью рабочей емкости через термоклапан, расположенный в газовой полости рабочей емкости, а нижняя точка аккумулирующей емкости соединена с входными трубопроводами через обратный клапан.

6,Устройство по п.5. от л. и ч а ю щ е е- с я тем, что на трубопроводе, присоединенном к нижней част) аккумулирующей емкости, перед обратным клапаном установлен запорный сентиль,

7,Устройство по п.5, о т л и ч :-. ю щ е е- с я тем, что термоклапан выполнен в седла, установленного на торец трубопровода, и к его седлу прикреплен один конец изогнутой биметаллической пластины, другой конец которой кинематически связан с иглой собственного клапана.

12 if 10

Сущность изобретения: корпус разделен диафрагмой на оаб чу.о емкость, частично заполненное пегко спаряющейся жидкостью, и компрессионную камеру для перекачивания газа с алускным и выпускным клапанами. Трубопровод соединяет нижнюю точку емкости с входом в насос, Выход насоса соединен двумя входными трубопровода -™ с цилиндрическим полым корпусом золотникового распределителя, с установленным внутри подпружиненным поршнем с каналом и приводной полостью. Корпус распределителя подсоединен к двум выходным трубопроводам, подсоединенным соответственно через нагреватель и охладитель к форсункам рабочей емкости, Приводная полость распределителя соединена магистралью с газовой полостью рабочей емкости. Корпус распределителя снабжен фиксатором крайних положений поршня, выполненным в виде подпружиненного шарика. 6 з.п. ф-лы, 4 ил,

Фиг 1

/27 t 1f 042f2426

IT. К

г,ъ

В)

( ргоснзауцр

У

OTMU.T SO.WU.T