ХОЛОДИЛЬНО-ГАЗОВАЯ МАШИНА Советский патент 1968 года по МПК F25B9/00 F25B9/14 

Известны холодильно-газовые машины, содержащие компрессорные и детандерные цилиндры с поршнями, а также холодильники и регенераторы, соединенные с этими цилиндрами. Движение поршней цилиндров обеспечивается шатунно-кривошипным механизмом.

Но эти холодильные машины имеют сравнительно низкую удельную холодонроизводительность (холодопроизводительность при рабочей температуре на единицу веса машины), т. е. высокую удельную металлоемкость (металлоемкость на единицу холодопроизводнтельности при рабочей температуре), обеспечивают только один рабочий процесс в цилиндре за один оборот машины; имеют недостаточную уравновешенность машины и в связи с этим необходимость применения противовесов и меховых масс, сушесгвенно увеличивающих металлоемкость машины, тял :елые фундаменты или антивибрационные устройства для системы, где установлена машина.

Предлагаемая холодильно-газовая машина отличается от известных тем, что в ней, с целью повышения к. п. д. машины, уменьшения ее габаритов и достижения полной уравновешенности, детандерные и компрессорные цилиндры с установленными внутри них холодильниками и регенераторами объединены в роторный блок, а поршня цилиндров снабжены вращающимися упорами, находящимися в зацеплении с замкнутыми профильными поверхностями, охватывающими роторный блок и имеющими с ним одну ось вращения. На чертеже показана схема описываемой холодильно-газовой машины.

Она состоит из компрессорных 1 и детандерных 2 цилиндров с установленными внутри них холодильниками 3 и регенераторами 4

и объединенных в роторный блок. Для улучшения охлаждения компрессорные цилиндры снабл ;ены ребрами 5, а детандерные цилиндры - теплоизоляцией 6. Поршни 7 компрессорных и детандерных цилиндров имеют вращающиеся упоры S, которые находятся в зацеплении (в данном случае перекатываются) с замкнутыми профильными поверхностями-кольцами 9, охватывающими этот роторный блок и имеющими с ним одну ось вращения. Вращающиеся упоры имеют направляющие 10, обеспечивающие их фиксацию в определенном положении.

При вращении роторного блока и неподвижных профильных поверхностях-кольцах 9,

либо наоборот, при вращении профильных поверхностей-колец и неподвижном роторном блоке за счет воздействия профильной поверхности на вращающийся упор 8, сочлененного с поршнем, обеспечивается радиальное

центра происходит за счет силы пружины, а если вращается роторный блок, то за счет центробежной силы, действующей на поршень. Движение детандерных порщней от центра происходит за счет сил давления, действующих на поршень. Полный рабочий процесс в компрессорном и детандерном цилиндрах происходит при повороте на 180 °.

Принципиально рабочий процесс не отличается от рабочего процесса холодильно-газовой машины с кривошипно-шатунным приводом. Рабочий процесс осуществляется толька за счет взаимно согласованного движения компрессорного поршня и детандерного поршня таким образом, чтобы изменение объема расширения опережало соответствующее изменение объема сжатия. В данном случае это достигается путем смещения мертвых точек (точек максимального удаления от центра) компрессорного и детандерного поршней. Благодаря диаметрально симметричному расположению одинаковых компрессорных и детандерных поршней и профилировки профильных поверхностей, обеспечивающих одинаковые фазы в противолежащих цилиндрах, достигается полная уравновешенность сил давления, возникающих в цилиндрах, и динамических сил, связанных с вращением. В данном примере совершается четыре рабочих хода (по два рабочих хода в каждом цилиндре) за один оборот детандера. При большем числе рабочих цилиндров и увеличении числа профильных дуг, на которых происходит полный рабочий процесс в одном цилиндре, число рабочих ходов за один оборот выражается произведением числа дуг на число пар компрессорных и детандерных цилиндров. Так, при четырех компрессорных, четырех детандерных цилиндрах и четырех профильных дугах, образуюших одно профильное кольцо, число рабочих ходов за один оборот составляет 16.

Таким образом достигается существенное увеличение удельной холодопроизводительности машины, т. е. уменьшение ее металлоемкости. Увеличение числа цилиндров при одной и той же холодопроизводительности сопряжено с уменьшением диаметров цилиндров, что приводит к уменьшению сил, действующих на поршень, и к уменьшению металлоемкости машины. Выполнение холодильногазовой машины в роторно-поршневом варианте особенно целесообразно и просто потому, что она не имеет клапанов или других устройств, служашнх для впуска и выпуска рабочего тела. Кроме того, в местах наибольших скоростей контактируемых пар трение скольжения заменено трением качения.

Холодильно-газовую машину в роторнопоршневом варианте вероятно наиболее удобно осуществить с неподвижным роторным блоком и вращающимися кольцами с профильными поверхностями. В противном случае появляются трудности в использовании низкотемпературного холода вращающегося

источника и в осуществлении надежной изоляции (например, вакуумной) вращающегося цилиндра с вытеснителем и регенератором. Однако это не исключает создания холодильно-газовых машин с вращающимся ротором. Роторно-порщневые холодильно-газовые машины могут быть осуществлены в различных модификациях. В зависимости от параметров, назначения и конструктивного оформления мащины уплотнения между порщнем и цилиндром, фиксация поршня в цилиндре, отвод холода или получаемого продукта, изоляция детандерного цилиндра, охлаждение компрессорного цилиндра, привод мащины решаются различными способами.

Таким образом, возможно несколько вариантов выполнения роторно-поршневых холодильно-газовых машин.

1.Однолинейные машины с приводом от нар}-жной или внутренней профильной поверхности, в которых цилиндры компрессоров и детандеров расположены в одной плоскости.

2.Однолинейные машины, в которых компрессорные поршни приводятся в движение от наружной профильной поверхности, а поршни детандеров - от внутренней, или наоборот; это позволяет иметь раздельными холодную и теплую кольцевые зоны.

3.Двух- или многолинейные машины, в которых компрессорные поршни находятся в различных плоскостях, перпендикулярных оси вращения, и приводятся от двух или более наружных, внутренних или наружной и внутренней профильных поверхностей с различным расположением холодильников и регенераторов.

Из всего выщеуказанного следует, что данная холодильно-газовая машина обладает следующими достоинствами:

1)при соответствующей профилировке профильной поверхности может быть произведено от одного до нескольких рабочих ходов в одном цилиндре при одном обороте;

2)при четном числе компрессорных и детандерных цилиндров, расположенных диаметрально, и соответствующей профилировке профильной поверхности, обеспечивающей в этих цилиндрах одинаковые фазы рабочего роцесса, достигается полная уравновещенность сил давления и динамическая уравновешенность машины;

3)существенно повыщается удельная производительность мащины, т. е. существенно сокращаются габариты и металлоемкость машины;

4)осуществляется любой наиболее целесообразный закон движения поршней и фазораснределения;

Предмет изобретения

Холодильно-газовая машина, содержащая компрессорные н детандерные цилиндры с поршнями, холодильники и регенераторы, установленные внутри компрессорных и детандерных цилиндров, и привод для перемещения поршней цилиндров, отличающаяся тем, что, с целью повышения к. п. д. машины,

уменьшения ее гаоаритов и достижения полной уравновешенности, детандерные и компрессорные цилиндры с холодильниками и регенераторами объединены в роторный блок, а поршни цилиндров снабжены вращающимися упорами, находящимися в зацеплении с замкнутыми профильными поверхностями, охватывающими роторный блок и имеющими с ним одну ось вращения.

Э