Установка преобразования мощности Советский патент 1993 года по МПК F01C3/00 F04C3/00 F01C9/00 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в Качестве двигателя, насоса или компрессора.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение эффективности работы устройства путем улучшения герметизации элементов конструкции двигателя.

На фиг.1 показана установка преобра- зования мощности, продольный разрез; на фиг.2 - разрез X-Х на фиг.1; на фиг.З - установка в разрезе после поворота колен- чйтого вала на 45° относительно положения, показанного на фиг.2; на фиг.4 - установка

в разрезе по оси общего коленчатого вала; на фиг.5 - установка в виде поршневого парового двигателя с тройным расширением; на фиг.6 - часть установки, изображенной на фиг.5, разрез; на фиг.7 - установка, используемая в качестве восьмикамерного двигателя Стирлинга; на фиг.8 - управляющее устройство для двигателя Стирлингасогласно фиг.7, поперечный разрез; на фиг.9 - управляющее устройство для двигателя Стирлинга согласно фиг.7, продольный разрез; на фиг.10 - установка в виде четырехтактного двигателя, продольный разрез; на фиг.11 - установка в виде четырехтактного двигателя, поперечный разрез; на фиг.12 00

00

00

о

OJ

00

четыре такта для соответствующих четырех камер двигателя в установке согласно фиг.10и11.

Установка преобразования мощности содержит корпус 1 со сферической расточкой 2, в которой размещена пара оппозит- ных поршней 3 и 4 двойного действия, жестко соединенных друг с другом посредством промежуточной ступицы 5, установленной с возможностью вращения в корпусе 1. В корпусе 1 с возможностью возвратно-вращательного перемещения вокруг цапф 6, размещена пластина 7, на которой жестко закреплены цапфы 6, -установленные с возможностью вращения в стенках корпуса 1. Поршни 3 и 4 закреплены на соосных валах 8 и 9 и расположены центрально симметрично относительно промежуточной ступицы 5 по обе стороны 10 пластины 7 с возможностью взаимодействия с последней с образованием рабочих объемов 11 и 12. Ось 13 возвратного вращения пластины 7 расположена в центре расточки 2 корпуса 1 и под прямым углом к оси вращения валов 8 и 9, образуя с поршнями 3 и 4 четыре рабочих камеры. Поршни 3 и 4 снабжены сегментными элементами 14 и .15, неподвижно соединенными с валами 8 и 9 и жестко установленными набей 13, проходящей через центр расточки 2 корпуса 1 под углом к оси валов 8 и 9, при этом периферийная поверхность каждого поршня 3 и 4 имеет форму части шара, наиболее удаленные друг от друга участки которой соединены с промежуточной ступицей 5, а рабочая площадь каждого поршня 3 и 4 образована двумя плоскими поверхностями, расположенными под углом друг к другу, причем периферийная поверхность каждого поршня 3 и 4 включает в себя сферическую поверхность соответствующего сегментного элемента 1-4 и 15. Промежуточ- ная -ступица 5 имеет цилиндрические участки и расположена с возможностью возвратно-вращательного движения в ответных выемках 16 и 17,. выполненных в пластине 7. В корпусе 1 расположены впускные и выпускные отверстия 18 и 19 с возможностью периодического полного или частичного перекрытия их поршнями 3 и 4 и/или пластмной 7.

Установка может быть выполнена таким образом, что валы 8 и 9, сегментные участки 14 и 15 и ось 13 соединены между собой в жесткий коленчатый вал 20, установленный с возможностью вращения внутри поршней 3 и 4 на подшипниках качения 21.

Установка может быть выполнена таким образом, что коленчатый вал 20 выполнен зацело, а поршни 3 и 4 и ступица 5 выполнены из нескольких, соединенных в продольном направлении секций.

Установка может быть выполнена таким образом, что сферические периферийные

поверхности пластины 7 на участках траектории, соответствующих максимальному и минимальному объемам рабочей камеры 11 и 12, перекрывают впускное и выпускное отверстия 18 и 19, расположенные по обе

0 стороны пластины 7, а на участках увеличения и уменьшения объема рабочей камеры 11 и 12 сообщают последние соответственное впускным и выпускным отверстиями 18 и 19.

5 Установка может быть выполнена таким образом, что сферические периферийные поверхности пластины 7 имеют наибольшую ширину в зоне расположения цапф 6, причем ширина периферийных поверхно0 стей уменьшается по мере удаления от цапф 6 по окружности сферы к оси вращения промежуточной ступицы 5, при этом пластина 7 выполнена с двумя полудисковыми частями 22, соединенными между собой посредст5,вом переходных элементов 23, контактирующих с соответствующими поверхностями поршней 3 и 4 и ступицы 5.

Установка может быть выполнена таким образом, что впускные и выпускные отвер0 стия 18 и 19 расположены с возможностью перекрытия периферийными поверхностями поршней 3 и 4 и пластиной 7.

Установка может быть выполнена таким образом, что впускные и выпускные отвер5 стил 18 и 19 периодически перекрываются только при движении поршней 3 и 4 и пластины 7 относительно корпуса 1.

Установка работает следующим образом.

0 Рабочие камеры 11 и 12 (фиг.1) формируются при максимальном объеме на противоположных сторонах пластины 7 между поршнями 3 и 4 и пластиной 7.

В положении, изображенном на фиг.2,

5 отверстия 18 и 19 перекрываются сферическими поверхностями пластины 7. При повороте пластины 7 в направлении вращения коленчатого вала от положения, указанного на фиг.2, вызываемом поворотом этого ко0 ленчатого вала, связанного с поршнями 3 и 4, вокруг оси X-Х, и соответствующем наклоне самой пластины 7 каждое отверстие 18 и 19 будет расположено напротив соответствующих рабочих камер 11 и 12. При движе5 иии пластины 7 от положения, показанного на фиг.З, к другому положению поршней 3 и 4 пластина 7 будет наклоняться обратно к исходному положению, показанному на фиг.2. Благодаря чему рабочая камера 11 будет продолжать уменьшаться в объеме к

mln, а рабочая камера 12 будет продолжать увеличиваться по объему до max после поворота блока поршней 3 и 4 на 180° от исходного положения, показанного на фиг.1 и 2.

Во время поворота на 360° каждая рабочая камера 11 и 12 осуществит полностью замкнутый раЬочий цикл с впуском и выпуском рабочей среды.

На фиг.1-4 установка может использо- ваться в качестве компрессора или насоса для подачи газообразной или жидкой среды.

На фиг.5 показан вариант использования установки в качестве поршневого паро- вого двигателя с трехступенчатым расширением, в котором три паровых двигателя 24,25 и 26 соединены последовательно. Двигатель 24 запутывается острым паром, поступающим от парового котла 27 через две параллельные паровые питающие трубки 28 и 29, а отработанный пар от двигателя поступает в соседний двигатель 25 через две параллельные паровые трубки 30 и 31, откуда отработанный пар поступает через две паровые трубки 32 и 33 в третий двигатель 26, а отработанный пар через две паровые трубки 34 и 35 подается на паровой конденсатор 36. От конденсатора 36 конденсат подается через трубку 37 на каскад- ный резервуар 38, от которого отходит трубка, разветвляющаяся на два патрубка 39 и 40, идущих к четырехкамерному питательному .насосу 41. От питательного насоса 41 два патрубка 42 и 43 соединяются с паровым котлом 27.

На фиг.7 установка используется в качестве восьмикамерного двигателя Стирлинга Или двигателя с замкнутой регенеративной схемой с тепловым восстановлением, в ко- торых рабочая среда сжимается и расширяется при различных температурных параметрах. На фиг.7 показаны четыре направляющих канала 44, 45, 46 и 47 между двумя моторными блоками 48 и 49. Каждая Из четырех камер 50, 51, 52 и 53 в одном моторном блоке 49 соединяется с соответствующим каналом 47 и камерой 50 в другом моторном блоке 48, при этом поршни 54 в одном моторном блоке 48 сдвинуты по фазе на 90° относительно поршней 54 о другом моторном блоке 49, что приводит к сжатию рабочей среды между поршнями 54 в одном блоке на определенных стадиях рабочего цикла, на других стадиях - расширению сре- ды, а на последующих стадиях осуществляют передачу среды от одной рабочей камеры к другой. Мотор Стирлинга сконструирован одновременно со схемой конден- сирования.

На фиг. 8 и 9 изображено гидравлическое соединение между цапфой 55 в одном моторном блоке 56 и цапфой вала 57 в другом моторном блоке 58. Одна цапфа 55 вала жестко соединена с первым поршневым элементом 59, а другая цапфа 57 жестко соединена с другим поршневым элементом 60. Поршневые элементы 59 и 60 размещены в общей камере 61 в общем корпусе 1. При помощи рукоятки 62 в клапане 63 можно осуществить посредством каналов 64 и 65 гидравлического управления перемещение поршневых элементов 59 и 60 навстречу ДРУГ ДРУгу или наоборот. Таким образом в данном случае имеется возможность реверсировать направление вращения, начиная с нулевого положения. После этого отклонение может возрастать до 90° и продолжать увеличиваться до 180°.

На фиг.10, 11 и 12 изображен четырых- тактный двигатель внутреннего сгорания 66 с корпусом 67, выполненным из двух корпусных элементов 68 и 69. Аналогичная конструкция может использоваться и в случае двухтактного двигателя внутреннего сгорания.

На фиг.10 изображены четыре совмещенные свечи зажигания и топливные клапаны 70, 71, 72 и 73, т.е. единый блок из свечи зажигания и топливного клапана для соответствующей камеры 74, 75, 76 и 77, а также два управляемых клапаном канала выпуска 78 и 79 и два управляемых клапаном канала продувки 80 и 81, соединенных с отдельным клапаном 82, т.е. канал для соответствующей пары камер. Одновременно управление свечами зажигания и топливными клапанами может осуществляться известным ранее способом. Одновременное управление открытием и закрытием каналов выпуска и продувки может осуществляться частично за счет клапанного управления и частично скользящим открытием и закрытием при помощи соответственно перегооодки 83 и поршней 84 и 85, В случае двухтактного двигателя внутреннего сгорания требуется отдельное управление клапаном продувки, тогда как канал выпуска может открываться и закрываться только за счет управления поршнями и перегородкой соответственно или только управлением перегородкой.

На фиг.12 показано, что посредством четырех симметрично расположенных (воображаемых) колец 86, 87, 88 и 89, установленных концентрично относительно друг друга (одно для каждого из 4-х тактов), а также при помощи отверстий 90, 91, 92, 93 обозначается открытое соединение (в соответствующем кольце или такте) для четырех

свечей зажигания топливных клапанов 70- 73 (фиг.10), а при помощи отверстий 94 и 95 обозначается открытое соединение (в соотт ветствующем кольце или такте) для двух каналов выпуска 78 и 79 (фиг.11), а при помощи отверстий 96 и 97 обозначается открытое соединение (в соответствующем кольце или такте) для двух каналов продувки 80 и 81 (фиг.11). Из фиг.12 видно, что рабочие камеры, которые располагаются диаметрально противоположно относительно друг друга, работают в одном и том же такте, а соседние рабочие камеры, которые располагаются каждая на своей стороне одного поршня и на одной стороне перегородки, имеют взаимно последовательный такт.

Формул а изобретения 1. Установка преобразования мощности, содержащая корпус со сферической расточкой, в которой размещена пара оппо- зитных поршней двойного действия, жестко соединенных друг с другом посредством промежуточной ступицы, установленной с возможностью вращения в корпусе, впускные и выпускные отверстия, пластину, размещенную в корпусе, причем поршни закреплены на соосных валах и расположены центрально симметрично относительно промежуточной ступицы по обе стороны пластины с возможностью взаимодействия с последней с образованием рабочих объемов, отличающаяся тем, что пластина размещена с возможностью качательного движения вокруг цапф на пластине, а ось ее качательного движения расположена в центре расточки корпуса и под прямым углом к оси вращения валов, образуя с поршнем четыре рабочих камеры, поршни снабжены сегментными элементами, неподвижно соединенными с валами и жестко установленными на оси, проходящей через центр расточки корпуса под углом к оси валов, при этом периферийная поверхность каждого поршня имеет форму части шара, наиболее удаленные друг от друга участки которой соединены с промежуточной ступицей, а рабочая площадь каждого поршня образована двумя плоскими поверхностями, расположенными под углом одна к другой, причем периферийная поверхность каждого поршня включает в себя сферическую поверхность соответствующего сегментного

элемента, промежуточная ступица имеет цилиндрические участки и расположена с возможностью качательного движения в ответных выемках, выполненных в пластине,

при этом впускные и выпускные отверстия расположены в корпусе с возможностью периодического полного или частичного перекрытия их поршнем и (или) пластиной. 2. Установка по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что валы, сегментные участки и ось соединены между собой в жесткий коленчатый вал, установленный с возможностью вращения внутри поршней на подшипниках качения.

3. Установка по п.2, отличающая- с я тем, что коленчатый вал выполнен заце- ло, а поршни и ступица выполнены из нескольких взаимно соединенных в продольном направлении секций.

4. Установка по пп.1-3, от л и ч а ю ща- я с я тем, что сферические периферийные поверхности пластины на участках траектории, соответствующих максимальному и минимальному объемам рабочей камеры,

перекрывают впускное и выпускное отверстия, расположенные по обе стороны, пластины, а на участках увеличения и уменьшения объема рабочей камеры сообщают рабочую камеру соответственно с впускным и выпускным отверстиями.

5.-Установка по п.4, отличающая- с я тем, что.сферические периферийные поверхности пластины имеют наибольшую ширину в зоне расположения цапф, причем

ширина периферийных поверхностей уменьшается по мере удаления от цапф по окружности сферы к оси вращения промежуточной ступицы, при этом пластина выполнена с двумя .полудисковыми частями,

соединёнными между собой посредством переходных элементов, контактирующих с соответствующими поверхностями поршней и ступицы.

6. Установка по п.4 или 5, отличаю- щ а я с я тем, что впускные и выпускные отверстия расположены с возможностью периодического перекрытия периферийными поверхностями поршней и пластин.

7. Установка по пп,1.-6, отличающа- я с я тем, что впускные и выпускные отверстия, периодически перекрываются только при движении поршней и пластины относительно корпуса.

СГ

#

X

/

-6

# СП

Фиг

9

фиг.З

дэигЛ

,32 f5 /

4 39

27

i 7/7 4( 43 /u

p#&.5

-37 38

36

ю

Г9

фг/ё Т

78

7 рЈ/& 6

44

4i

ш

69

//

69

29

ЩИ

& ы

ZQ

ФС98С81

1838634

ФигМ

75