ВСЕСОЮЗ[-!АЯjiai^nthsj-^s ».л>&;Л 'Лл^аПАвторы Советский патент 1973 года по МПК F16J1/06 

ПОРШЕНЬ УСТАНОВКИ АДИАБАТИЧЕСКОГО СЖАТИЯ

1

Изобретение направлено на совершенствование техники газодинамического эксперимента и может быть применено в установках адиабатического сжатия и в аэродинамических трубах адиабатического сжатия.

Известны поршни установки адиабатического сжатия, состояш ие из плунжера, уплотнительных колец и тормозных элементов.

Для увеличения продолжительности эксперимента по окончании цикла сжатия такие поршей удерживают в конце трубы газ высокого давления при помощи трения о стенки цилиндра.

Анализ процесса сжатия и удержания газа в сжатом состоянии при помощи известного поршня выявляет ряд недостатков его конструкции. Срабатывание тормозных колодок происходит при прямом ходе поршня во время газа за счет возрастания давления в полости, где давление газа всегда выше давления сжимаемого газа, нескольку плунжер является в данном случае мультипликатором. Это приводит к потерям энергии на трение в процессе сжатия, то есть снижает к. п. д. установки, а также приводит к износу трущихся всухую поверхностей при чрезвычайно высоких удельных нагрузках и скоростях.

Плунжер в момент остановки корпуса продолжает двигаться по инерции вперед, отклоняясь от положения равновесия. Это вызывает

его колебания в то время, когда корпут покоится, т. е. в течение эксперимента давление сжатого газа колеблется. Амплитуда колебаний пропорциональна массе плунжера, уменьшение массы плунжера снижает его прочность и вместе с ней параметры сжатого газа.

Нерациональность избранной схемы «раснирания поршня влечет за собой излищне сложную конструкцию, в которой можно указать ряд элементов, например шток плунжера и цилиндрическую часть корпуса, с напряжениями, существенно превосходящими давление рабочего газа.

Это ограничивает возможности по получению высоких давлений в рабочем газе.

Для ликвидации обратного движения порщпя увеличения давления рабочего газа, ликвидация сухого трения при высоких нагрузках и упрощения конструкции в предлагаемом порщне па поверхности плунжера выполнено конические выточки, в которых установлены клинья, охваченные упругими кольцами, срабатывающие в момент остановкн норшня прн максимальном давлении.

На чертеже схематично изображен описываемый поршень.

Норшень состоит из плунжера 1, уплотнительных колец 2 н клиньев 3 с упругими кольцами 4. Средняя часть плунжера 1 имеет одну

или несколько конических выточек 5 с углом а между образующей и осью.

Каждая выточка 5 образует кольцевую полость 6 между стенкой цилиндра 7 и плунжером /. Клинья 3 находятся в полости 6 и представляют собой разрезанную на равные части втулку, внутреняя поверхность которой является поверхностью конуса с тем же углом а.

На внутреннюю поверхность клиньев 3 нанесен антифрикционный материал 8. Угол а. и углы скольжения pi и 2, соответствующие коэффициентам трения по внутренней и внешней поверхности клиньев, должны удовлетворять следующим соотношениям: р2-Pi a и

.

В исходном положении каждый ряд клиньев 3 прижат упругим кольцом 4 к конической поверхности и вследствие проскальзывания по ней - к упору 9.

Между клиньями 3 и стенкой цилиндра 7 существует зазор 10. В полости А находится рабочий газ низкого давления, в полости Б - газ высокого давления (ресивер). Полость В отверстием // соединена с атмосферой. В исходном положении поршень удерживают шайбы J2. Для запуска отверстие 11 перекрывают, а через отверстие 13 полость В соединяют с источником давления (на чертеже не показан). В результате шайба 12 срезается и плунжер приходит в движение.

На участке разгона упоры 9 увлекают клинья 3 вместе с плунжером /. При торможении плунжера / рабочим газом отрицательное ускорение достигает такого значения, при котором клинья 3, растягивая упругие кольца 4, смещаются относительно плунжера 1 в направлении движения. Перемещение клиньев 3 по плунжеру 1 прекращается, когда между ними и цилиндром будет выбран зазор 10 и встречные силы (силы трения и нормального давления) компенсируют силы инерции, действующие на клинья 3 в системе координат плунжера /. Клинья без смазки скользят по внутренней поверхности цилиндра, удельные нагрузки при этом невел-ики. Отношение их к давлению рабочего газа всегда меньше отношения массы клиньев к массе поршня. При достижении максимального давления поршень останавливается.

Плунжер / поршня начинает движение в обратном направлении. Клинья 3 при этом покоятся, поскольку осевая составляющая силы, с которой плунжер / действует на клинья 3, всегда меньще силы трения клиньев 3 о стенку цилиндра 7. Движение плунжера / представляет собой проскальзывание по коническим поверхностям до тех пор, пока упругие аилы, возникающие при деформации цилиндра

7, не скомпенсируют с помощью клиньев 3 усилие, действующее на плунжер / со стороны сжатого газа.

В процессе сброса давления из полости А плунжер 1 совершает обратный ход. При

некоторой достаточно малой разности давлений газа, действующих на порщень, упругие кольца 4 сдвигают клинья 3 до упоров 9 и поршень освобождается. Когда трение в уплотНИтельных кольцах 4 препятствует расклиниванию, достаточно сделать небольшой сдвиг

поршня вперед, чтобы клинья 3 освободились

и переместились в первоначальное положение

до упоров 9.

После расклинивания поршень может быть

возвращен в исходное положение для проведения следующего эксперимента. При этом ускорение его не должно превышать ускорения расклинивания. Поверхность средней части плунжера может

представлять собой поверхность одной или нескольких усеченных пирамид. Тогда клин 3 будет ограничен с внешней стороны цилиндрической поверхностью, а с внутренней - плоскостью.

Для уменьшения потерь энергии на трение при прямом ходе следует уменьшать отношение массы клиньев 3 к массе плунжера /.

Предмет изобретения

Поршень установки адиабатического сжатия, состоящий из плунжера, зплотнительных колец и тормозных элементов, отличающийся тем, что, с целью ликвидации обратного движения поршня, увеличения давления рабочего

газа, ликвидации сухого трения при высоких нагрузках и упрощения конструкции, на поверхности плунжера выполнены конические выточки, в которых установлены клинья, охваченные упругими кольцами и срабатывающие Г момент остановки поршня при максимальном давлении.

В

11