Известны газогидравлические двигатели-насосы типа Гэмфри с поршнями, расположенными между газовым и водяным пространствами.
В предлагаемом двигателе-насосе такого типа, с целью достижения его быстроходности, поршень снабжен сквозными каналами, расположенными против распределительных клапанов в крышке цилиндра, а для плавности работы в нем применены тормозные цилиндры, в которых движутся поршни, скрепленные с поршнем рабочего цилиндра.
На схематическом чертеже фиг. 1 изображает продольный разрез двигателя; фиг. 2-разрез двигателя в направлении, перпендикулярном к направлению предыдущего разреза; фиг.3- продольный разрез рабочего цилиндра по тормозным цилиндрам; фиг. 4- продольный разрез рабочего цилиндра по каналам в поршне; фиг. 5-поперечный разрез поршня; фиг. б-поперечные разрезы рабочего цилиндра: верхний отрезок фигуры по линии /-/ на фиг. 3, правый и левый отрезки фигуры-по линии //-// и нижний отрезок фигуры-по линии /Я-/// на той же фиг. 3; фиг. 7-продольный разрез поршня с тормозным устройством для цилиндров больших размеров; фиг. 8-продольный разрез поршня с тормозным устройством для цилиндров малых размеров.
В предлагаемом двигателе-насосе типа Гэмфри два рабочих цилиндра 7 (фиг. 1 и 2) сообш,аются при помощи трубы 2 с аккумулятором 5, снабженным регулирующей трубой 4 с автоматическим клапаном 5; труба 2 снабжена всасывающими клапанами 6, сообщающимися с питательным резервуаром 7, и нагнетательными клапанами 8, служащими для сообщения с рабочим резервуаром 9, который при помощи трубы W соединен с турбиной. Рабочие цилиндры / снабжены запальными свечами 11 и газовыми клапанами-всасывающими 12 и выхлопными 13, которые соответственно сообщаются с всасывающими, снабженными дроссельными заслонками 14, газопроводами 75 для газовой смеси и с выхлопными трубопроводами 76, а также предохранительными клапанами 30 для сброса излишней воды и гидравлическими прерывателями 19 тока.
Для того, чтобы всасывающие и выхлопные автоматические клапаны не открывались одновременно, предусмотрен запирающий механизм 18, а для обеспечения необходимого разрежения в цилиндрах для поступления в них питательной воды предусмотрены обратные клапаны /7 в выхлопных трубопроводах J6. В каждом из рабочих цилиндров / помещен полый цилиндрический поршень 20 (поплавок), снабженный сквозными каналами 21 (фиг. 3, 4 и 5), размещенными против клапанов 12 и 13. Нижнее днище порщня несколько понижено к центру и к стенкам рабочего цилиндра, представляя в разрезе седлообразную форму; верхнее днище слегка конусообразно. В четырех точках по наружной цилиндрической поверхности к поршню прикреплены четыре полых штока 22, несущих на своем нижнем конце навертывающиеся на них поршни 23, помещающиеся внутри тормозных цилиндров 24, в которых они могут перемещаться вверх и вниз вместе со штоками. В верхней и нижней части цилиндров 24 помещены буферные пружины 25, а в нижнем днище укреплены стержни 26, входящие внутрь штоков 22 и поршней 23 и служащие для обеспечения равенства кольцевых площадок на верхней и нижней поверхностях поршней 23. На наружной поверхности поршней 23 имеются идущие по образующей поршня канавки 27, а на внутренней поверхности цилиндров 24- канавки 28 с изменяющимся поперечным сечением, идущие вдоль образующей цилиндра. Назначением этих канавок является дросселирование перетекающей при движении поршня 20 воды из нижней полости цилиндра 24 в верхнюю или обратно. Регулирование степени дросселирования производится поворачиванием порщня 20 на нарезке штока 22. Для достижения равномерной посадки штоков на пружины 25 служат сменные шайбы, привертываемые к верхней или нижней торцевой поверхности поршня 23. Наружной поверхности цилиндров 24 придана обтекаемая форма. Вес поршня 20 со штоками 22 выбирается таким, чтобы в момент полного закрытия выхлопных клапанов в конце хода выталкивания газов уровень воды в каналах 21 стоял несколько ниже верхней их кромки. Очертания этих каналов выполнены такими, чтобы сопротивление протеканию через них газа и воды было наименьшим. Крепление штоков 22 с телом поршня 20 выполняется жестким (фиг. 3) или шарнирным, причем в последнем случае для предотвращения возможного поворачивания поршня около своей оси предусматриваются две прикрепленных к стенкам цилиндра направляющих шпонки, входящие в соответствующие пазы в поршне. Для уменьшения сопротивления движущемуся столбу воды штоки 22 помещены в пазах 29 в стенках цилиндра.
Когда в одном из цилиндров произошел взрыв предварительно сжатого газа, расширяющиеся газы через посредство порщня 20 начинают гнать воду по трубе 2 в аккумулятор 3, в котором до того момента было атмосферное давление. Под динамическим действием воды автоматический клапан 5 регулирующей трубы 4 закрывается, и воздух в аккумуляторе 3 сжимается водой. В это время всасывающие водяные клапаны 6 давлением воды в цилиндре прижаты к своим седлам; нагнетательные водяные клапаны (9 также закрыты давлением воды в рабочем резервуаре 9. Когда давление сжатого воздуха в аккумуляторе 3 достигает определенной величины, нагнетательные клапаны 8 открываются, и вода из трубы 2 устремляется через них в рабочий резервуар 9, в котором держится постоянное давление.
Так как в это время давление газов в первом рабочем цилиндре падает, то вследствие разницы давлений в соседнем втором цилиндре и в точке схождения обоих цилиндров уровень воды во втором цилиндре начинает быстро понижаться, в этом цилиндре создается разрежение, в силу чего открывается всасывающий газовый клапан 12 и цилиндр заполняется свежим зарядом. При дальнейшем движении воды по трубе 2 в рабочий резервуар вследствие падения давления в первом цилиндре до атмосферного (и даже несколько ниже) открывается выхлопной газовый клапан, а
также всасывающие водяные клапаны 6; при этом вода из питательного резервуара 7 устремляется в первый цилиндр и останавливается на уровне воды в питательном резервуаре. В это же приблизительно время, вследствие падения скорости воды в клапанах 8 до нуля, последние закрываются, после чего вода под давлением сжатого воздуха в аккумуляторе 5 начинает двигаться в обратном направлении; при этом вода поступает одновременно в оба цилиндра, причем, однако, с большей скоростью она вступает в первый цилиндр, где под ее давлением поршень 20 выталкивает продукты горения до того момента, когда закроется выхлопной клапан. Во втором цилиндре в это время скорость воды, сжимающей засосанный газовый заряд, возрастает. После сжатия смеси происходит новый взрыв газа, и цикл повторяется с тою лишь разницей, что цилиндры меняются ролями.
В момент взрыва газы давят на верхнюю поверхность поршня, не нарушая формы зеркала воды. В виду того, что движение поршня вниз происходит медленнее, чем движение водяного столба, дросселирующее действие воды, протекающей из нижней части цилиндра 24 в верхнюю, задерживает движение поршня, которое совсем прекращается при упоре поршней 23 о пружины 25; уровень воды в каналах 27 понижается и к концу движения поршня достигает нижней кромки каналов. Проходимый поршнем путь равен, примерно, Vs-/в пути зеркала воды от начала расширения до конца его (при давлении газов, равном атмосферному). Дальнейшее движение водяного столба происходит с открытым зеркалом, причем рабочие газы устремляются из каналов 2/ и распространяют свое динамическое действие, главным образом, на периферийные участки зеркала, препятствуя образованию чашеобразной формы зеркала.
Во время выталкивания продуктов горения несколько выступающая вверх средняя часть водяного зеркала касается средней части нижнего днища поршня и постепенно сообщает ему
ускорение, причем уровень воды выравнивается; каналы 2/ к концу движения поршня вверх заполняются водой вследствие того, что движение поршня отстает от движения водяного столба в силу дросселирования протекающей по канавкам 27 и 2с цилиндров 24 воды. В результате вода ровным потоком подходит в каналах2/ к выхлопным клапанам и закрывает их. При всасывании свежего газового заряда понижающийся водяной столб в заряжаемом цилиндре вследствие засасывающего действия диффузора (в нижней части рабочих цилиндров) влечет за собой опускание поршня, который несколько отстает от зеркала, в силу чего вода выходит из каналов 27 и свежий газовый заряд засасывается сперва в полость над поршнем, а потом и под ним. Наконец, при сжатии газового заряда движение поршня приближается к таковому же при выталкивании газов с той лишь разницей, что в этом случае скорость набегающего уровня на нижнее днище поршня меньще, чем во втором. Таким образом, помещенный в рабочем цилиндре поршень работает в зоне наибольших ускорений движения рабочего водяного столба, а именно-в начале движения воды под действием расширяющихся газоз и в конце сжатия рабочей смеси.
В цилиндрах больших размеров (фиг. 7) число штоков 22 может быть увеличено и, кроме того, можно применить один или несколько штоков, расположенных по оси рабочего цилиндра или вблизи нее. В цилиндрах малых размеров (фиг. 8) можно обойтись одним центрально расположенным штоком 22.
Описанное устройство имеет целью способствовать быстроходности двигателя, препятствуя разрыву водяного зеркала и охлаждению газовой массы на наиболее опасных участках его пути, т. е. в местах больших ускорений, и обеспечивая возможность создания разрежения в цилиндре в конце хода расширения, в целях получения необходимой большой скорости подачи питательной воды в цилиндр. Кроме того, оно позволяет осуществить простой способ закрытия выхлопных клапанов набегающей массой воды.
Предмет изобретения.
1. Быстроходный газогидравлический двигатель-насос типа Гэмфри с расположенным между газовым и водяным пространствами поршнем, отличающийся тем, что поршень 20 снабжен сквозными каналами 2/, расположенными против распределительных клапанов в крышке цилиндра (фиг. 3 и 4).
2. Применение в двигателе-насосе по п. 1 катарактов (тормозных цилиндров) 24, стенки которых снабжены продольными канавками 2 и в которых движутся укрепленные на пустотелых соединенных с поршнем направляемых стержнями 26 штоках 22 поршни 23 с продольными канавками на их внешней поверхности, упираюшиеся при крайних положениях всей системы в буферные пружины 25.
24 И
i г
фиг.1
/о к авторскому свидетельству Н. Г. « ф Былинкина .V 51675
го
