Поршневая машина Советский патент 1993 года по МПК F01B7/20 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в насосокомпрес- соростроении.

Цель изобретения - уменьшение габаритов поршневой машины за счет использования нерабочих объемов, а также за счет выполнения распределительного механизма в рабочих органах поршневой машины. На фиг. 1 изображен продольный разрез поршневой машины двуступенчатого расширения с внешним источником рабочего тела; на фиг. 2. 3, 4 изображен попёреч- ный разрез поршневой машины двуступенчатого расширения с внешним источником рабочего тела; на фиг. 5, 6, 7 изображен поперечный разрез поршневой машины одноступенчатого расширения с внешним источником рабочего тела; на фиг. 8 изображен в аксонометрии общий вид поршневой машины двуступенчатого расширения с внешним источником рабочего тела.

Поршневая машина содержит цилиндр 2 с впускными и выпускными отверстиями,; полый поршень 1, размещенный в цилиндре 1 с образованием рабочих камер С и D и с возможностью возвратно-поступательного перемещения, приводной вал 5 с торцовыми дисками 6 и эксцентриковым пальцем 4, ползун 3, установленный на последнем и расположенный в полости поршня 1 с возможностью возвратно-поступательного перемещения , .внаправлении, перпендикулярном направлению перемещения поршня 1, и с образованием рабочих камер А и В. Поверхности дисков 6 включены во внутренние поверхности плоскопараллельных стенок цилиндра 2 так, что указанные поверхности образуют общие боковые стенки для поршня 1 и ползуна 3. Распределительный механизм выполнен в цилиндре 2, поршне 1 и ползуне 3 в виде отверстий, каналов и перепускных камер. Распределительный механизм обеспечивает работоспособность поршневой машины при двуступенчатом или одноступенчатом расширении рабочего тела,а также в качестве компрессора. При упрощении распределительного механизма поршневая машина может работать в качестве двутактного двигателя внутреннего сгорания, а также может осуществлена работа двух оппозитных цилиндров. Выполнение распределительного механизма в рабочих органах поршневой машины уменьшает габариты поршневой машины.

Распределительный механизм поршневой машины двуступенчатого расширения с внешним источником рабочего тела показан

на фиг. 1, 2, 3, 4 и 8. Цилиндр 2 имеет два опускных отверстия 10и11 и два выпускных отверстия 20 и 21. В боковых стенках поршня 1 выполнены два впускных отверстия 12

и 13 и два выпускных отверстия 18 и 19 с возможностью поочередного сообщения с одноименными отверстиями 10и 11,20и21 цилиндра 2 при перемещении поршня 1. По периметру в стенках поршня 1 выполнен

впускной канал а с входами 14 и 15 с возможностью сообщения посредством перепускных камер 16 и 17, выполненных в цилиндре 2, с одноименными отверстиями

12 и 13 поршня 1 при его перемещении. Таким образом впускные отверстия 12 и

13 поршня 1 будут являться впускными, а также и выпускными отверстиями рабочих камер А и В поршня 1.

По периметру в стенках поршня 1 выполнен выпускной канал б с выходами 18 и 19 с возможностью сообщения с одноименными отверстиями 20 и 21 цилиндра 2 при перемещении поршня 1. В рабочих стенках поршня 1 выполнены два сквозных

отверстия 26 и 27, сообщенные с рабочими камерами С и D цилиндра 2. На боковых поверхностях ползуна 3 выполнены попар- о но расположенные перепускные камеры 24 и 30, 25 и 31. Выходы 22 и 23 впускного

канала а сообщены посредством перепускных камер 24 и 25 ползуна 3 с отверстиями 26 и 27 поршня 1. Входы 28 и 29 выпускного канала б сообщены посредством перепускных камер 30 и 31 ползуна 3 с отверстиями

26 и 27 поршня 1.

Распределительный механизм поршневой машины одноступенчатого расширения с внешним источником рабочего тела изображен на фиг. 5, 6, 7, причем фиг. 5 аналогична фиг. 2, 6 аналогична .фиг. 3, 7 аналогична фиг. 4 (аналогичность по линиям разреза на фиг, 1).

Цилиндр 2 имеет два впускных отвер- стия 10 и 11 и два выпускных отверстия 14 и 15. В боковых стенках поршня 1 выполнены два впускных отверстия 12 и 13 и два выпускных отверстия 16 и 17 с возможностью поочередного сообщения с одноименными отверстиями 10 и 11,14 и 15 цилиндра 2 при перемещении поршня 1. По периметру в стенках поршня 1 выполнен впускной канала а с входамм 12 и 13 с возможностью сообщения с одноименными отверстиями Ю и 11 цилиндра 2 при перемещении поршня 1. По периметру в стенках поршня 1 выполнен выпускной канал б с выходами 16 и 17 с возможностью сообщения с одноименными отверстиями 14 и 15 цилиндра 2 при перемещении поршня 1.

Таким образом отверстия 12 и 13 поршня 1 являются впускными отверстиями соответственно рабочих камер А и В поршня 1 и входами впускного канала а, отверстия 16 и 17 поршня 1 являются выпускными отверстиями соответственно рабочих камер А и В поршня 1 и выходами выпускного канала б. В рабочих стенках поршня 1 выполнены два сквозных отверстия 22 и 23. сообщенные с рабочими камерами С и Д цилиндра 2. На боковых поверхностях ползуна 3 выполнены попарно расположенные перепускные камеры 20 и 26. 21 и 27. Выходы 18 и 19 впускного канала а сообщены посредством перепускных камер 20 и 21 ползуна 3 с отверстиями 22 и 23 поршня 1. Входы 24 и 25 выпускного канала б сообщены посредством перепускных камер 26 и 27 ползуна 3 с отверстиями 22 и 23 поршня 1.

Выполнение распределительного механизма поршневой машины одноступенчатого расширения с внешним источником рабочего тела аналогично выпблнению распределительного механизма поршневой машины двуступенчатого расширения с внешним источником рабочего тела. На обращенных друг к другу поверхностях дисков 6 вала 5 выполнены пазы и эксцентриковый палец 4 установлен в этих пазах. Диски б вала 5 крепятся к цилиндру 2 фланцами 7. Между цилиндром 2 и дисками 6. а также между фланцами 7 и дисками 6 в кольцевых проточках установлены стальные шары 8, образующие подшипники. Между дисками 6 вала 5 и стенками цилиндра 2 установлено уплотнительное кольцо 9,

Поршневая машина двуступенчатого расширения с внешним источником рабочего тела работает следующим образом.

Ползун 3 находится в крайнем верхнем положении, поршень 1 в среднем положении. Впускное отверстие 12 поршня 1 сообщено с впускным отверстием 10 цилиндра 2 и рабочее тело поступает в камеру А поршня 1, где расширяясь, воздействует на ползун 3 и соответственно на эксцентриковый палец 4 приводного вала 5 (фиг. 2. вращение по часовой стрелке). Вход 14 впускного канала а перекрыт стенкой цилиндра 2, что предотвращает поступление рабочего тела из камеры А поршня 1 во впускной канал а (фиг. 3). Впускное отверстие 13 поршня 1 посредством перепускной камеры 17 цилиндра 2 сообщено с входом 15 впускного канала а и рабочее тело из камеры В поршня 1 поступает в впускной канал а (фиг. 2, 3). Впускное отверстие 11 цилиндра 2 перекрыто боковой стенкой поршня 1, что предотвращает поступление рабочего тела в камеру В поршня 1 (фиг. 2). Выход 22

впускного канала а посредством перопу скной камеры 24 ползуна 3 сообщен г, ошер- стием 26 поршня 1-й рабочее тело и .ч впускного канала а поступает в камеру С 5 цилиндра 2, где, вторично расширяясь, воздействует на поршень 1 и соответственно it,ч эксцентриковый палец 4 приводного вала 5 (фиг. 2, 3). Вход 28 выпускного канала б перекрыт боковой поверхностью ползуна 3.

0 что предотвращает поступление рабочего тела из камеры С цилиндра 2 в выпускной канал б (фиг. 4). Вход 29 выпускного кяна- ла б посредством перепускной камеры 31 ползуна 3 сообщен с отверстием 27 поршня

5 1, и отработанное рабочее тело из камеры Д цилиндра 2 поступает в выпускной канал б (фиг. 2, 4). Выход 23 впускного канала а перекрыт боковой поверхностью ползуна 3. что предотвращает поступление рабочего

0 тела из впускного канала а в камеру Д цилиндра 2 (фиг. 3). Выход 19 выпускного канала б сообщен с выпускным отверстием 21 цилиндра 2. и происходит выхлоп отработанного рабочего тела (фиг. 4).

5После поворота приводного вала 5 на 90° поступление рабочего тела в камеру А поршня 1, поступление рабочего тела из кэ меры В поршня 1 в впускной канал а и выхлоп отработанного рабочего тела из вы0 пускного канала б происходит также, как и при первоначальном положении приводного вала 5.

Отверстие 27 поршня 1 посредством перепускной камеры 25 ползуна 3 сообщается

5 с выходом 23 впускного канала а, а вход 29 выпускного канала б перекрывается бо ковой поверхностью ползуна 3, что обеспечивает поступление рабочего телз из. впускного клапана а в камеру Д цилиндра

0 2 и предотвращает поступление рабочего тела из камеры Д цилиндра 2 в выпускной канал б. Вторично расширяясь в камере Д цилиндра 2, рабочего тело воздействует на поршень 1 и соответственно на эксцентриковый палец 4 приводного вала 5. Отверстие

5 26 поршня 1 посредством перепускной камеры 30 ползуна 3 сообщается с входом 28 выпускного канала б, а выход 22 впускного канала а перекрывается боковой поверхностью ползуна 3, что обеспечивает поступ0 ление отработанного рабочего тела из камеры С цилиндра 2 в выпускной канал б и предотвращает поступление рабочего тела из впускного канала а в камеру С цилиндра 2.

5После поворота приводного вала 5 на 180°от первоначального положения поступление рабочего тела э камеру Д цилиндра 2 из впускного канала а и поступление отработанного рабочего тела из каморы С

цилиндра 2 в выпускной канал б происходит также, как после поворота приводного вала 5 на 90°, Впускное отверстие 13 поршня 1 сообщается с впускным отверстием 11 цилиндра 2, и рабочее тело поступает в камеру В поршня 1, где. расширяясь, воздействует на ползун 3 и соответственно на эксцентриковый палец 4 приводного вала 5. Вход 15 впускного канала а перекрывается стенкой цилиндра 2, что предотвращает поступление рабочего тела из камеры В поршня 1 во впускной канал а. Впускное отверстие 12 поршня 1 посредством перепускной камеры 16 цилиндра 2 сообщается со входом 14 впускного канала а, и рабочее тело из камеры А поршня 1 поступает в впускной канал а. Впускное отверстие 10 цилиндра 2 перекрывается боковой стенкой поршня 1, что предотвращает поступление рабочего тела в камеру А поршня

1. Выход 18 выпускного канала б сообщается с выпускным отверстием 20 цилиндра

2. и происходит выхлоп отработанного рабочего тела.

После поворота приводного вала 5 на 270° от первоначального положения поступление рабочего тела в камеру В поршня 1, поступление рабочего тела из камеры А во впускной канал а и выхлоп отработанного рабочего тела из выпускного канала б происходит также, как после поворота приводного вала 5 на 180°. Поступление рабочего тела в камеру С цилиндра 2 из впускного канала а из камеры Д цилиндра 2 в выпускной канал б происходит также, как при первоначальном положении приводного вала 5,

Дальше рабочий процесс повторяется.

При вращении приводного вала 5 против часовой стрелки поршневая машина работает как компрессор двуступенчатого сжатия, при этом вход поршневой машины изменяется на выход. При ликвидации у данного компрессора выпускного канала (впускного канала а) и при наличии в дисках 6 приводного вала 5 выпускного окна, перекрываемого ползуном 3, поршневая машина может быть использована как дву- тактный двигатель внутреннего сгорания (камеры А и В поршня 1 - рабочие, камеры С и Д цилиндра 2 - компрессор топливной смеси).

Поршневая машина одноступенчатого расширения с внешним источником рабочего тела работает следующим образом.

Поршень 1 находится в крайнем левом положении, ползун 3 в среднем положении. Впускное отверстие 13 поршня 1 сообщено с впускным отверстием 11 цилиндра 2 и рабочее тело поступает в камеру В поршня

1 и впускной канал а (фиг. 6). Расширяясь в камере В поршня 1, рабочее тело воздействует на ползун 3 и соответственно на эксцентриковый палец 4 приводного вала 5

(вращение по часовой стрелке). Выпускное отверстие 17 поршня 1 перекрыто стенкой цилиндра 2, что предотвращает выхлоп рабочего тела из камеры В поршня 1 (фиг. 7). Выпускное отверстие 16 поршня 1 сообщено с выпускным отверстием 14 цилиндра 2 и происходит выхлоп отработанного рабочего тела из камеры А поршня 1 и выпускного канала б (фиг. 7). Впускное отверстие 12 поршня 1 перекрыто стенкой цилиндра 2,

что предотвращает поступление рабочего тела в камеру А поршня 1 (фиг. 6). Выход 18 впускного канала а посредством перепускной камеры 20 ползуна 3 сообщен с отверстием 22 поршня 1 и рабочее тело из

впускного канала а поступает в камеру С цилиндра 2, где, расширяясь, воздействует на поршень 1 и соответственно на эксцент- рированный палец 4 приводного вала 5 (фиг. 5, 6). Вход 24 выпускного канала б перекрыт боковой поверхностью ползуна 3, что предотвращает поступление рабочего тела из камеры С в выпускной канал б (фиг. 7). о Вход 25 выпускного канала б посредством перепускной камеры 27 ползуна 3 сообщен

с отверстием 23 поршня 1 и отработанное рабочее тело из камеры Д цилиндра 2 поступает в выпускной канал б (фиг. 5,7). Выход 19 впускного канала а перекрыт боковой поверхностью ползуна 3, что предотвращает поступление рабочего тела из впускного канала а в камеру Д цилиндра 2 (фиг. 6).

.После поворота приводного вала 5 на 90° поступление рабочего тела из впускного

канала а в камеру С цилиндра 2 и поступление отработанного рабочего тела из камеры Д цилиндра 2 в выпускной канал б происходит также, как при первоначальном положении приводного вала 5. Впускное отверстие 12 поршня 1 сообщается с впускным отверстием 10 цилиндра 2 и рабочее тело поступает в камеру А поршня 1 и впускной канал а. Расширяясь в камере А поршня 1, рабочее тело воздействует на

0 ползун 3 и, соответственно, на эксцентриковый палец 4 приводного вала 5. Выпускное отверстие 16 поршня 1 перекрывается стенкой цилиндра 2, что предотвращает выхлоп рабочего тела из камеры А поршня 1. Выпу5 скное отверстие 17 поршня 1 сообщается с выпускным отверстием 15 цилиндра 2 и происходит выхлоп отработанного рабочего тела из камеры В и выпускного канала б. Впускное отверстие 13 поршня 1 перекры- вается стенкой цилиндра 2, что предотвращает поступление рабочего тела в камеру В поршня 1.

После поворота приводного вала 5 на 180°,от первоначального положения поступление рабочего тела в камеру А и впускной канал а, а также выхлоп отработанного рабочего тела из камеры В и выпускного канала б происходит также, как после поворота приводного вала 5 на 90°. Выход 19 впускного канала а посредством перепускной камеры 21 ползуна 3 сообщается с отверстием 23 поршня 1 и рабочее тело из впускного канала а поступает в камеру Д цилиндра 2, где, расширяясь, воздействует на поршень 1 и соответственно на эксцентриковый палец 4 приводного вала 5. Вход 25 выпускного канала б перекрывается боковой поверхностью ползуна 3, что предотвращает поступление рабочего тела из камеры Д цилиндра 2 в выпускной канал б. Вход 24 выпускного канала б посредством перепускной камеры 26 ползуна 3 сообщается с отверстием 22 поршня 1 и отработанное рабочее тело из камеры С цилиндра 2 поступает в выпускной канал б. Выход 18 впускного канала а перекрывается боковой поверхностью ползуна 3, что предотвращает поступление рабочего тела из впускного канала а в камеру С цилиндра 2. После поворота приводного вала 5 на 270° от первоначального положения поступление рабочего тела из впускного канала а в камеру Д цилиндра 2 и поступление отработанного рабочего тела из камеры С цилиндра 2 в выпускной канал б происходит также, как после поворота приводного вала на 180°, Поступление рабочего тела в камеру В поршня 1 и впускной канал а и выхлоп отработанного рабочего тела из камеры А и выпускного канала б происходит также, как при первоначальном положении приводного вала 5.

Дальше рабочий процесс повторяется. Поршневая машина может быть использована как компрессор одноступенчатого

сжатия. Данный распределительный механизм может обеспечить работу двух оппо зитных рабочих камер С и Д цилиндра 2,при этом ликвидируются камеры А и В поршня 1 и перекрываются отверстия, сообщающие камеры А и В поршня 1 с впускным а и выпускным б каналами, и уплотнительное кольцо 9 отсутствует.

10

Формула изобретения

Поршневая машина, содержащая цилиндр с впускными и выпускными отверстиями, полый поршень, размещенный в

цилиндре с образованием рабочих камер и с возможностью возвратно-поступательного перемещения, приводной вал с торцовыми дисками и эксцентриковым пальцем, ползун, установленный на последнем И расположенный в полости поршня с возможностьювозвратно-поступательногоперемещения в направлении, перпендикулярном направлению перемещения порш ня, и распределительный механизм, о т л и.чающаяся тем, что, с целью уменьшения габаритов, в боковых стенках поршня выполнены два впускных и два выпускных отверстия с возможностью поочередного сообщения с одноименными отверстиями

цилиндра при перемещении поршня, по периметру в стенках поршня выполнены впускной и выпускной каналы с входами и выходами с возможностью сообщения с одноименными отверстиями цилиндра при перемещении поршня, в рабочих стенках поршня выполнены два сквозных отверстия, сообщенные с рабочими камерами цилиндра, на боковых поверхностях ползуна выполнены попарно расположенные перепускные камеры, причем входы и выходы впускного и выпускного каналов сообщены посредством перепускных камер ползуна с отверстиями поршня в его рабочих стенках, на обращенных одна к другой поверхностях

дисков вала выполнены пазы и эксцентриковый палец установлен в этих пазах.

Фиг $

Использование: в машиностроении, в частности в двигателестроении и насосо- компрессоростроении. Сущность изобретения: машина содержит цилиндр 2, поршень 1, ползун 3 и распределительный механизм, выполненный в виде отверстий, каналов и перепускных камер. В боковых стенках поршня 1 поршневой машины двуступенчатого расширения с внешним источником рабочего тела выполнены два .впускных отверстия 12 и 13 и два выпускных 18 и 19 с возможностью поочередного сообщения с одноименными отверстиями 10и11,20и21 цилиндра 2 при перемещении поршня 1. По периметру в стенках поршня 1 выполнен впускной канал а с входами 14 и 15 с возможностью сообщения посредством перепускных ка2 мер 16 и 17, выполненных в цилиндре 2, с одноименными отверстиями 12 и 13 поршня 1 при его перемещении. Таким образом впускные отверстия 12 и 13 поршня 1 будут являться впускными, а также и выпускными отверстиями рабочих камер А и В поршня 1. По периметру в стенках поршня 1 выполнен выпускной канал б с выходами 18 и 19 с возможностью сообщения с одноименными отверстиями 20 и 21 цилиндра 2 при перемещении поршня 1. В рабочих стенках поршня 1 выполнены два сквозных отверстия 26 и 27, сообщенные с рабочими камерами С и D цилиндра 2. На боковых поверхностях ползуна 3 выполнены попарно расположенные перепускные камеры 24 и 30, 25 и 31. Выходы 22 и 23 впускного канала а сообщены посредством перепускных камер 24 и 25 ползуна 3 с отверстиями 26 и 27 поршня 1. Входы 28 и 29 выпускного канала б сообщены посредством перепускных камер 30 и 31 ползуна 3 с отверстиями 26 и 27 поршня 1. Кроме того, машина может быть выполнена с распределительным механизмом одноступенчатого расширения. 8 ил. -А А, со с со О VJ го ч