Криогенная газовая машина

Криогенная газовая машина

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

КРИОГЕННАЯ ГАЗОВАЯ МАШИНА, содержащая расположенный в цилиндре поршень с газораспределительным узлом на торце, отличающаяся тем, что, с целью повышения термодинамической эффективности, машина дополнительно содержит сильфон, торцы которого жестко соединены с поршнем и цилиндром, и втулку с профилированными пазами, закреНлейную внутри сильфона с возможностью осевого перемещения при настройке, а газораспределительный узел выполнен в виде вращающегося золотника со штоком, снабженным поперечной штангой с роликами,расположенными в пазах втулки.

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3С50 Р 25 В /00 .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. У О фиг. /

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbiTHA (21), 3444635/23-06 (22) 10.03.82 (46) 15 09,83. Бюл. Я 34 (72) В.А.Коротченко и А.В,Мартыновский (53) 621.574(088,8) . (56) 1. Патент США и 3421331, кл. F 25 В 9/00, опублик. 1969.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке И 2881891/23-06, кл. F 25 В 9/00, 1979.

3,. Патент США М 3321926, кл. F 25 В 9/00, опублик. 1967. (54)(57) КРиогEHHAR гАзовАя мАшинд,. содержащая расположенный в цилиндре

„„SU„„1041828, A поршень с газораспределительнйм узлом . на торце, отличающаяся тем, что, с целью повышения термодинамической эффективности, машина дополнительно содержит сильфон, торцы которого жестко соединены с поршнем и цилиндром, и втулку с про" филированными пазами, закрепленную внутри сильфона с возможностью осевого перемещения при настройке, а газораспределительный узел выполнен в виде вращающегося золотника со штоком, снабженным поперечной атан" гой с роликами, расположенными °

nasax втулки.

1 1

Изобретение относится к криогенной технике, в частности к криогенным газовым машинам, и может быть использовано в качестве генератора холода в микрокриогенных системах.

Известна криогенная газовая ма.шина, содержащая цилиндр с размещенным в нем дифференциальным поршнем, клапанный механизм газораспределения с пневмоприводом и магистрали трубопроводов,связывающие клапанный механизм с рабочими полостями уст-. ройства (1 $

Недостатками этой машины являются низкая термодинамическая эффективность вследствие мертвых объемов, обусловленных наличием магистралей трубопроводов, конструктивная сложность из-эа наличия пневмопривода в механизме газораспределения, необходимость строгого согласования хода поршня и момента открытия и закрытия клапанов, обеспечивающих перемещение поршня относительно цилиндра, что обуславливает высокую трудоемкость изготовления и доводки устройства.

Известен микроохладитель свободнопоршневого типа, который содержит цилиндр с размещенным в нем поршнем» золотником с газораспределительными каналами и устройство,. обеспечивающее запуск. В такой машине отсутствуют газораспределительные магистрали, связывающие клапанное устройство с рабочими полостями, поскольку газораспределение осуществляется устройством, расположенным на поршне. Кро-. ме того, роль привода газораспреде" лительных клапанов выполняет поршень Г2Я.

Недостатками известного микроохладителя являются зависимость длины газораспределительных каналов. на золотнике от хода поршня, что снижа. ет термодинамическую эффективность микроохладителя с большим ходом поре. ня, отсутствие регулировки, обеспе- чивающей согласование хода поршня с газораспределителем, что обуславлива- ет большую трудоемкость изготовления и доводки микроохладителя, Кроме того, усложняет конструкцию устройство, обеспечивающее запуск микроохладителя.

Известна также криогенная газовая машина, содержащая расположенный в цилиндре поршень с газораспределительным узлом на торце. Перемещение поршня обеспечивается разностью дав041828 2 лений в рабочих полостях. При достижении поршнем одной иэ мертвых точек происходит переключение поршнем кла" панов, при этом холодная рабочая полость поочередно соббщается с магистралью нагнетания (поршень движется при этом от нижней мертвой точки) либо с магистралью выхлопа (поршень движется от верхней мертвой точки) $j )„

10 Недостатком. данной машины является низкая термодинамическая эффек.тивность устройства, обусловленная

° большим удельным расходом газа вслед. ствие принципиальной невозможности

15 осуществления термодинамического цикла с отсечкой впуска и выпуска газа (открытие, закрытие клапанов возможно только в конце хода llOplLIMR) в определенный момент времени откры20 ты оба клапана, при этом происходит прямая перетечка газа);большим удель. ным расходом газа из-за наличия полостей, в которых осуществляется осевое перемещение клапанов при их пере" ключении (увеличенный мертвый объем, обусловленный функционированием газораспределительных клапанов); перетечками газа в уплотнениях, Важным условием правильной работы устройства является согласование величины хода поршня и момента открытия, закрытия клапанов. При рассогласовании поршень может не доходить до крышки цилиндра, что сопряжено с увели- . чением мертвого объема устройства и

35 снижением его термодинамической эффективности.

Согласование расчетным путем малоэффективно, поскольку на динамику поршня влияют многие факторы (газодинамические силы, силы трения в уплотнениях, инерционные силы и .другие),, которые в процессе эксплуатации устройства изменяются в ши. роких пределах (силы трения в уплот45 нениях по мере износа колец, газодинамические силы при изменении параметров рабочего газа, увеличении перетечек через. уплотнения по мере

50 износа уплотнительных колец).

Недостатком устройства также является низкая надежность устройства, обусловленная ударной работой рабочих органов газораспределительного устройства в момент переключения, 55 Кроме того, при наличии рассогласования .хода поршня и момента открытиязакрытия клапанов поршень может стучать в крышки цилиндра, что вызываЭ 1041828 4 ет вибрацию, снижая надежность и распределительный узел 3 выполнен в эксплуатационные характеристики уст- виде вращающегося золотника со штоком ройства. 7, снабженным поперечной штангой,8 данное устройство характеризу- . с роликами 9, расположенными в пазах ется также отсутствием регулировоч- 6 втулки 5 ° ного устройства, обеспечивающего Цилиндр 1 содержит отверстие для согласование хода поршня и газорас- впуска газа 10 и выпуска газа 11, а пределения, что сопряжено с высокой поршень 2 - встроенный регенератор трудоемкостью изготовления и довод- 12, по сторонам которого расположены ки криогенного охладителя. Высокая 10 холодная рабочая полость 13, теплая трудоемкость обусловлена необходи- .рабочая полость 14 и демпферная помостью выполнения строгого термоди- лость 15. Полость 14 посредством . намического расчета цикла; изготов-,. отверстия 11 связана с линией выхлоления высокоточных элементов конститу па. На .торце поршня 2 со стороны ции (поршня, цилиндра,. деталей газо- 1 теплой рабочей полости 14 выполнено распределительного устройства и его отверстие 16 впуска газа в холодную привода), а также необходимостью рабочую полость 1 3 и отверстия 17 и. экспериментальных работ по доводке 18 выхлопа газа из холодной рабочей газораспределительного устройства. полости 13 и установлен диск 19 с

Целью изобретения является повы" 20 газораспределительными каналами 20 шение термодинамической эффективнос- и 21. Для обеспечения воэможности ти, надежности и уменьшения трудоем- свободного поворота диска установлен кости изготовительных и доводочных упорный подшипник 22 ° Перемещение работ. втулки при настройке обеспечивается

Поставленная цель достигается 5 с помощью регулировочного элемента тем, что машина, содержащая распо- 23. Машина может содержать тормоз 24 ложенщ и в цилиндре поршень с газо- механического, пневматического или распределительным узлом на торце, электромагнитного принципа действия. дополнительно содержит сильфон, тор-. Машина работает следующим образом. цы которого жестко соединены с порш- В исходномсостоянии положение порш

30 нем и цилиндром, и втулку с профи- ня в цилиндре определяется силой лированными пазами, закрепленную упругости сильфона 4. При подаче внутри сильфона с возможностью осе- давления газа через отверстие 1О. вого перемещения при настройке, а поршень 2 выводится .е нижнюю мерт- . . газораспределительный узел выполнен вую точку НМТ (объем полости 13 ми-. в виде вращающегося золотника со . З5 нимален). Ролики 9 в процессе движештоком, снабженным поперечной штангой сия поршня 2 взаимодействуют с профис роликами, расположенными в пазах лированными отверстиями 6 втулки 5, втулки. поворачивают диск 19 в положение

На фиг. 1 показана предлагаемая.. (фиг. 3), когда открыто отверстие машина, продольныи разрез; на фиг,2- . 16 и закрыто отверстие 18, Таким об40 разрез А-А на фиг. 1 (положение . . разом происходит самозапуск устройраспределительных каналов в момент. ства. 4ерез отверстие 16 газ постувыхлопа газа из холодной рабочей пает в полость 13. По мере увеличения полости); на фиг. 3 - то же, в момент давления в полости 13 силы давления впуска газа в холодную рабочую по- газа на поршень 2 в .этой полости лость; на фиг. 4 - разрез Б-Б на превосходят силу давления газа на фйг. l; на фиг. 5 - форма профили- . поршень 2 со стороны полостей 14 и рованного отверстия, развернутая на 15, и поршень 2 начинает движение к плоскость ° верхней мертвой Точке (ВМТ) при отКриогенная газовая машина содер- ®0: крытом отверстии 16 происходит процесс жит расположенный в цилиндре 1 пор- наполнения. В точке S фиг. 5 ровень 2 с газораспределительным узлом лик 9 взаимодействует с наклонным

3 на торце, а также сильфон 4, тор- участком профилированного отверстия цы которого жестко соединены с пора- . втулки 5 и начинает проворачивать нем 2 и цилиндром 1, и втулку 5 с про ->> диск !9, а в точке в закрывает отфилированными пазами 6, закрепленную верстие 16. На участке s i закрыты внутри сильфона 4 с воэможностью осе- оба отверстия 16 и 17 - происходит вого перемещения при настройке. Газо- отсечка выпуска газа. В точке ъ ка10 нал., 21 достигает отверстия 18, начи нается процесс выпуска. В точке 8 . отверстие IS полностью открыто, диск

19 становится в положение, изображен ное на фиг. 2. По мере снижения давления газа в полости 13 сила давления газа со стороны полостей 14 и 15 уравновешивает силу давления газа на поршень 2 со стороны полости 13 и силу .инерции поршня. Поршень 2 достигает ВМТ и останавливается, На профилированном отверстии 6 этот момент соответствует положению .ролика

9 в точке е. Давление газа в полости 13 снижаетсл до уровня давления газа в лмнми выхлопа, поршень 2 начммает движение к НМТ при открытом отверстии 18 - процесс выталкивания. В точке а роли 9 вотупает во взаимодействие с наклонным участком профмлированного отверстия 6 и проворачивает диск 19, закрывая в точке и отверстие 18, На участке и к за,крыты оба отверстия 16 и 18 - отсечка впуска газа. В точке к канал 20 достигает отверстил 16, начинается

Ьроцесс впуска. В точке w отверстие

16 полностью открыто. По мере увеличения давленил в полости 13 силы давления газа на поршень 2 со стороны полости 13 уравновешивают силу давления газа на поршень 2 со стороны @олостем 14, l5 и силу инерции параня 2. Поршень 2 достигает HMT

{ролик 9 точке a) и останавливаетсл; После этого цикл повторяется.

В процессе возвратно-поступательного двмжемил поршень также взаимодействует с тормозом 24. На фиг. 1 это взаимодействие условно показано стрелкой. При определенном соотношении газодинамических сил, вызыва" ющих перемещение поршня, и силы тренил в уплотнении гюршня, газораспределительном устройстве и его приводе устройство работает с высокой термодинамической эффективностью без тормоза, при этом конструкция охладителл существенно проще.

Размер В .(фиг. 5) равен ходу пораня. Размер - профильного отверстия выполнен несколько больше хода поршня. Контролируя уровень виббра-. ции на цилиндре и холодопроиэводительность устройства посредством регулировочного элемента 23, втулка

g устанавливается в положение, когда ,термодинамическая эффекгивность уст" ,ройства максимальна (мертвый объем

41828 4

I0

15 втулки 5 регулировочным устройством

25 23, можно изменять холодопроиэводиекта.

35 в НМТ минимален), а уровень вибрации не превышает допустимые эксплуатационные нормы (отсутствуют удары поршня в крышку цилиндра), Хаким образом данное техническое решение позволяет произвести эксперименталь ное согласование динамики движения поршня с циклограммой гаэораспределения для получения максимальной термодинамической эффективности устройства и уровня вибрации, не превышающего эксплуатационных требований, и снижает трудоемкость изготовительных и.доводочных работ. Изменяя профиль отверстия во втулке 5 (размер, положение точек д и н и наклон участков Ед,Фл) „ можно получить различные циклограммы гаэораспределения, оптимизировать газораспределение для достижения минимального удельного расхода газа.

Изменял объем мертвого пространства в НМТ, регулируя положение тельность устройства с целью регулировки температуры охлаждаемого объ

Применение изобретения позволя- . ет повысить термодинамическую эффективность за счет выполнения .части поршня в виде сильфона, при этом исключается перетечка газа через уплотнение и исключаются потери на трение, а также уменьшается удельный расход газа, поскольку в устройстве нет мертвого объема в 8МТ хода поршня.

Благодаря выполнению газораспределительных клапанов в виде. штока с диском, содержащим газораспределительные каналы, взаимодействующие с отверстием в торце поршня, уменьшается мертвый объем полостей газораспределительных клапанов.

Выполнение приводов гаэораспределительных клапанов в виде штока с диском, на свободном конце которого установлена штанга с роликами, взаимодействующими с профилированными отверстиями втулки (при этом исключается перетечка газа через клапаны в момент открытия и закрытия, поскольку нет момента во времени, когда открыты оба клапана), позволяет организовать термодинамический цикл с отсечкой впуска и выпуска газа, 1041828

Составитель 6;Килимник

Техред Т.,фанта Корректор А.Зимокосов

Редактор M.Ïeòðîâà

13аказ 7104/39 Тираж 530 Подписное °

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

ФЮ

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород,;ул. Проектная, 4

Установка втулки подвижно в цилиндре и снабжение ее регулировочным элементом позволяет регулировкой исключить мертвый объем в НМТ хода . поршня. 5

Предлагаемое изобретение позволяет повысить надежность за счет выпол- нения газораспределительных клапанов в виде штока с диском, содержащим газораспределительные каналы, взаимо действующие с отверстиями в торце поршня, что исключает ударное взаимодействие,рабочих органов при открытии, закрытии клапанов.

Установка втулки подвижно в ци- 15 линдре и снабжение ее .регулировочным элементом позволяет регулировкой исключить соударения поршня с крышкой цилиндра, регулировать уровень вибрации в условиях эксплуатации. 20

Путем изменения мертвого объема в холодной рабочей полости за счет перестановки втулки в ;цилиндре можно регулировать холодопроизводи . тельность устройства, Предлагаемое изобретение позволя ет снизить трудоемкость изготовительных и доводочных работ за счет выполнения части поршня в виде силвфона, торцы которого жестко соединены с поршнем и цилиндром, уста" новки втулки с профилированными отверстиями подвижно в цилиндре и снабжения ее регулировочным элементом.

При этом снижается трудоемкость на изготовление деталей цилиндра, поршня, газораспределительных клапа" нов и их привода,и доаодочных работ, обеспечивающих согласование кода поршня и циклограммы газораспределения.