Привод вытеснителя термического нагнетателя

Привод вытеснителя термического нагнетателя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ПРИВОД ВЫТЕСНИТЕЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО НАГНЕТАТЕЛЯ, содержащий корпус, разделенный вытеснителем на теплую и холодную зоны, и цилиндр с поршнем , жестко соединенным с вытеснителем, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности, в корпусе между теплой и холодной зонами выполнена замкнутая полость, соединенная с подпоршневым пространством цилиндра и заполненная веществом с температурой конденсации, лежащей в интервале температур теплой и холодной зон. (Л о ts5 СХ СО О5 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

З(51) F 25 В 900

/ а

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3210575/23-06 (22) 28.! 1.80 (46) 15.07.83. Бюл. № 26 (72) Ю. В. Синявский и Ю. В. Подметухов (7I) Московский ордена Ленина энергетический институт (53) 621.592.3 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 318726, кл. F 04 В 15/08, 1970.

2. Двигатели Стирлинга. Под ред.

В. М. Бродянского. М., «Мир», 1975, с. 363 — 364.

„„SU„„1028968 А (54) (57) ПРИВОД ВЫТЕС11ИТЕЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО НАГНЕТАТЕЛЯ, содержащий корпус, разделенный вытеснителем на теплую и холодную зоны, и цилиндр с поршнем, жестко соединенным с вытеснителем, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности, в корпусе между теплой и холодной зонами выполнена замкнутая полость, соединенная с подпоршневым пространством цилиндра и заполненная веществом с температурой конденсации, лежащей в интервале температур теплой и холодной зон.

1028968

Изобрегение относится к энергетике, в частности к приводу устройств для повышения давления газов и жидкостей, .работающих за счет потока тепла.

Известен электромеханический привод вытеснителей термических нагнетателей.

Привод включает электродвигатель и механизм для сообщения вытеснителю возвратно-поступательного движения (1).

Недостаток такого привода — необходимость подвода электрической (механической) мощности, в то время как собственно повышение давления в термическом нагнетателе осуществляется вследствие подвода тепла. Электромеханический привод при малой передаваемой мощности имеет относительно большие габариты и низкую эффективность.

:-Эти недостатки частично устранены в пневматическом приводе термического нагнстатсля, содержащем корпус, разделенный вытеснителем на теплую и холодную зоны, и цилиндр с поршнем, жестко соедин иным с вытеснителем (3)., .1авление в цилиндре привода в процессе работы практически не меняется и равно примерно среднему индикаторному давлению

;; термическом нагнетателе, в то время как н >б.ьсме нагнетателя давление меняется от минимального до максимального значения.

1аким образом, на поршень привода действ:,еп сила от перепада давления, направленная в ту или инук> сторону по ходу вытеснителя в зависимости от фазы движения и необходимая для перемещения вытеснителя.

В конце каждого хода вытеснителя давление н цилиндре привода и в нагнетателе выравнивается вследствие специально организуемспо перепуска газа между ними. При этом реверс движения вы геснителя обеспечиваеп ся аккумулятором механической энергии (н частности, пружинами).

Недостаток пневматического привода с<гстоит в том, что для его работы отбирается часть газа, сжатого в термическом нагнетателе, т.е. снижается производительность, а следовательно, и эффективность термического нагнетателя (в совокупности с приводом).

Цель изобретения — повышение экономичности термического нагнетателя.

Поставленная цель достигается тем, что в приводе, содержащем корпус, разделенный вытеснителем на теплую и холодную зоны, и u,èëèíäð с поршнем, жестко соединенным с вытеснителем, в корпусе между теп лой и холодной зонами выполнена замкнутая полосгь, соединенная с подпоршневым пространством цилиндра и заполненная веществом с температурой конденсации, лежащей в интервале температур тепловой и холодной зон.

На фиг. 1 изображена конструктивная сxt. ìà термического нагнетателя с дан10

15.

45 ным приводом вытеснителя; на фиг. 2 диаграмма изменения давления P в зависимости от объема подпоршневого пространства.

Привод нагнетателя содержит корпус 1, разделенный вытеснителем 2 на теплую 3 и холодную 4 зоны, и цилиндр 5 с поршнем 6, жестко соединенными с вытеснителем 2. В корпусе 1 между теплой 3 и холодной 4 зонами выполнена замкнутая полость 7 соединенная с подпоршневым пространством 8 цилиндра 5 и заполненная веществом с температурой конденсации, лежащей в интервале температур теплой 3 и холодной 4 зон. Вытеснитель 2 содержит регенератор 9. Полость 7" соединена с пространством 8 посредством гидропривода 10 с регулирующим вентилем 11.

Рабочий объем нагнетзтеля заполнен компримируемым газом.

В качестве вещества с температурой конденсации, лежащей в интервале температур теплой 3 и холодной 4 зон, могут быть использованы легкокипящие жидкости, например спирт, ацетон, а также вода и органические вещества.

В процессе компримирования газа вытеснитель 2 совершает возвратно-поступательное движение. В результате периодического нагрева газа в теплой 3 и холодной 4 зонах, а также теплообмена в регенераторе 9, в объеме термического нагнетателя происходят процессы повышения давления, нагнетания, понижения давления и всасывания, как это показано на фиг. 2 сплошной линией. Процессу возвратно-поступательного движения вытеснителя 2 сопутствует эффект теплопереноса. Он заключается в том, что при нахождении вытеснителя в верхнем край нем положении его стенки аккумулируют тепло относительго высокого потенциала, а при перемещении вытеснителя вниз отдают это тепло в холодной зоне (при низком потенциале) . Как показывают расчеты, вследствие теплопереноса вытеснителем температу ра стенки корпуса нагнетателя между теплой и холодной зонами меняется с амплитудой 9 — 10 градусов относительно среднего значения. Этот «паразитный» леренос используется для привода вытеснителя.

Предположим, что вытеснитель 2 находится в верхнем крайнем положении, которому отвечает максимальный объем цилиндра 5. В этот момент напротив полости 7 находится относительно холодная часть вытеснителя 2, поэтому основная часть пара в полости сконденсирована. В результате давление P в полости 7 относительно низкое, характеризуемое точкой а на фиг. 2.

В начале движения вытеснителя 2 вниз объем цилиндра 5 уменьшается, что должно вести к росту давления в полости 7. Однако поскольку в это время напротив полости 7 находится наиболее холодная часть вы1028968 теснителя, продолжает идти интенсивная конденсация пара, что ведет к снижению давления, т.е. на характер изменения давления в полости действуют два противоположных фактора. Именно продолжающаяся конденсация пара приводит к тому, что дей- ствительный процесс изменения лежит ниже условной прямой линии (штрихпунктирная прямая на фиг. 2), характеризующей работу пневмопружины.

При дальнейшем движении вытеснителя к полости 7 подходит более теплая часть вытеснителя. Отвод тепла из полости ? уменьшается, а дейЧтвие первого фактора (уменьшается объем цилиндра 5) сохраняется. В результате кривая а — б на фиг. 2 изгибается в сторону уменьшения разницы 15 углов наклона касательной к кривой n — б и штрихпунктирной линии пневмопружины.

Когда вытеснитель 2 занимает примерно среднее положение, напротив полости 7 оказываются участки вытеснителя 2, имеюшие температуру, близкую к температуре в полости 7.В этот момент практически отсутствует теплообмен, поэтому вблизи точки в полость 7 работает как пневмопружина и, следовательно, угол наклона кривой в точке в равен углу наклона штрихпунктир- 25 ной лини.

При дальнейшем движении вытеснителя 2 вниз к полости 7 подходят частки вытеснителя 2, имеющие более высокую температуру, начинается подвод тепла от вытеснителя 2 к полости 7. В результате давление в полости 7 начинает расти более интенсивно, кривая процесса поднимается круче вверх к точке г. При этом чем ниже опускается вытеснитель 2, тем более горячие участки вытеснителя приходят в термический контакт с полостью 7, т е. более интенсивно подводится тепло и резче растет давление. Наиболее интенсивно давление увеличивается при подходе вытеснителя к нижнему крайнему положен(точка д на фиг. 2).

При подходе вытеснителя 2 к нижнему крайнему положению наступает момент, когда давление в подпоршневом пространстве 8 цилиндра 5 сравнивается с давлением в полостях корпуса 1. С этого момента вытеснитель продолжает движение вниз по инерции, а давление в подпоршневом пространстве 8 цилиндра 5 становится больше давления в

4 полостях корпуса 1. Создается результирующая сила, приложенная к поршню и направленная вверх, вследствие чего наступает реверс движения вытеснителя.

В начале движения вытеснителя 2 вверх продолжается значительный подвод тепла к полости 7, что вызывает рост давления. Однако объем цилиндра 5 начинает увеличи-. ваться, что ведет к снижению давления. Противоположное действие двух факторов замед ляет темп роста давления (кривая д — ж), причем чем дальше отходит вытеснитель от крайнего нижнего положения, тем меньше подводится тепла к полости и сильнее сказывается фактор увеличения объема цилиндра 5: давление начинает снижаться. При среднем положении вытеснителя подвод тепла прекращается. В это время полость 7 работает как пневмопружина: угол наклона кривой в точке з равен углу наклона штрихпунктирной линии.

При дальнейшем движении вытеснителя начинается отвод тепла из полости 7 к более холодной стенке вытеснителя 2, поэтому темп уменьшения давления возрастает (кривая з — к). Темп снижения давления становится максимальным при подходе к полости 7 наиболее холодной нижней части вытеснителя 2, т.е. при подходе вытеснителя 2 к верхнему крайнему положению (точка а).

После реверса движения вытеснителя все процессы вновь повторяются.

Таким образом, в результате осуществления отвода тепла в основном при низком далении и большом объеме полости 7, а подвода тепла при более высоком давлении и малом объеме полости 7 приводит к тому, что дной полуфазе (а — б — в — г — д) давление в полости 7 ниже соответствующего давления при работе пневмопружины, а на другой полуфазе (д — ж — з — и — а) — выше, т.е. образуется цикл, площадь которого пропорциональна получаемой работе. Направление процессов в цикле — по часовой стрелке, т.е. полученный цикл — теплосиловой.

Работа этого цикла используется для привода вытеснителя термического нагнетателя.

Положительный эффект от использования данного привода заключается в том, что

его работа обеспечивается не затратой дополнительной энергии, а путем утилизации тепла, переносимого вытеснителем.

1028968

Ф//2. 2

Составитель Ю. Килимник

Редактор Л. Авраменко Техред И. Верес Корректор Г. Огар

Заказ 4938/36 Тираж 530 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по дела м изобретений и открытий ! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4