×
13.01.2017
217.015.8ef8

Результат интеллектуальной деятельности: ПОРШНЕВАЯ ГИБРИДНАЯ МАШИНА

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано при создании поршневых высокоэффективных машин для сжатия и перемещения газов и жидкостей. Машина содержит цилиндр 1 и размещенный в нем с радиальным зазором 2 поршень 3 с компрессорной 5 и насосной 6 полостями. На цилиндрической поверхности поршня имеется канавка 15, разделяющая его поверхность на две части 16 и 17. Боковые поверхности канавок расположены под острым углом к оси поршня 3 и цилиндра 1 в направлении к компрессорной полости 5. Объем канавки определяется выражением: где V - объем канавки, D - диаметр поршня, δ - радиальный зазор между поршнем и цилиндром, - средний перепад давления на поршне в процессе сжатия-нагнетания газа, L - длина цилиндрической части поршня, заключенная между нижним выступом канавки и нижним торцом поршня, µ - динамическая вязкость жидкости, τ - время, за которое поршень перемещается из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку и наоборот, - средняя скорость поршня, с которой он перемещается из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку и наоборот. Повышается КПД при сравнительно больших зазорах и надежность пуска. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области энергетики, гидравлических и пневматических устройств и систем и может быть использовано при создании поршневых высокоэффективных машин для сжатия и перемещения газов и жидкостей, особенно в тех случаях, когда давление нагнетания жидкости относительно невелико (4-6 бар), а давление газа его значительно превосходит (например, 10-12 бар).

Известна поршневая гибридная машина, содержащая цилиндр и размещенный в нем с радиальным зазором поршень с образованием компрессорной и насосной полости (см. RU 125635 U1, 10.03.2013).

Известна также поршневая гибридная машина, содержащая цилиндр и размещенный в нем с радиальным зазором поршень с образованием компрессорной и насосной полости, причем на цилиндрической поверхности поршня имеется как минимум одна канавка, выполненная в виде углубления в теле поршня и разделяющая его поверхность вдоль цилиндрической образующей на две части (RU 118371 U1, 20.07. 2012).

Недостатком известных конструкций является их низкая экономичность при сжатии газов до высокого давления газа в одной ступени в связи с большими утечками и невозможность обеспечения приемлемой экономичности при работе на сравнительно больших зазорах в цилиндропоршневой группе (порядка 30-50 мкм), что затрудняет ее изготовление. При использовании малых (порядка 10-15 мкм) зазоров из-за неравномерности прогрева по длине поршня и цилиндра в процессе пуска работа машины находится под постоянной угрозой заклинивания поршня в цилиндре. Все это вместе взятое снижает экономичность работы и надежность машины в период пуска.

Технической задачей изобретения является повышение экономичности поршневой гибридной машины и обеспечение ее надежного бесконтактного пуска.

Указанная задача решается тем, что в известной поршневой гибридной машине, содержащей цилиндр и размещенный в нем с радиальным зазором поршень с образованием компрессорной и насосной полости, причем на цилиндрической поверхности поршня имеется канавка, выполненная в виде углубления в теле поршня и разделяющая его поверхность вдоль цилиндрической образующей на две части, согласно изобретению, боковые поверхности канавки расположены под острым углом к оси поршня и цилиндра в направлении к компрессорной полости, причем объем канавки определяется выражением:

где V - объем канавки, D - диаметр поршня, δ - радиальный зазор между поршнем и цилиндром, - средний перепад давления на поршне в процессе сжатия-нагнетания газа, L - длина цилиндрической части поршня, заключенная между нижним выступом канавки и нижним торцом поршня, µ - динамическая вязкость жидкости, τ - время, за которое поршень перемещается из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку и наоборот, - средняя скорость поршня, с которой он перемещается из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку и наоборот.

Упомянутая канавка может быть соединена с насосной полостью каналом с дросселем и обратным самодействующим клапаном, направленным в сторону канавки, причем диаметр дросселя d определяется уравнением:

, где

где Q - объемный расход жидкости через радиальный зазор δ из насосной полости в канавку при ходе поршня из верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку, d - диаметр дросселя, ρ - плотность жидкости, α - коэффициент расхода жидкости через дроссель.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 упрощенно изображено продольное сечение цилиндропоршневой группы машины, а на фиг. 2 - фрагмент цилиндропоршневой пары в случае использования для подпитки канавки через дроссели и обратный клапан.

Поршневая гибридная машина (фиг. 1) содержит цилиндр 1 и размещенный в нем с радиальным зазором 2 поршень 3 со штоком 4 с образованием компрессорной 5 и насосной 6 полости, соединенные с источником и потребителем сжатого газа и жидкости всасывающими клапанами 7 и 8, линиями всасывания 9 и 10, нагнетательными клапанами 11 и 12 и линиями нагнетания 13 и 14. На цилиндрической поверхности поршня имеется канавка 15, выполненная в виде углубления в теле поршня 3 и разделяющая его поверхность вдоль цилиндрической образующей на две части 16 и 17, причем боковые поверхности канавки расположены под острым углом А и В к оси поршня 3 и цилиндра 1 в направлении к компрессорной полости 5, а часть 17 поршня 3 имеет длину L.

Канавка 15, разделяющая поверхность поршня 3 вдоль его цилиндрической поверхности на две части, может быть соединена с насосной полостью 6 каналом 18 с дросселем 19 и обратным самодействующим клапаном 20, направленным в сторону канавки 15 (фиг. 2).

Машина работает следующим образом.

При возвратно-поступательном движении поршня 3 газ всасывается через линию всасывания 9 и открывшийся клапан 7 в полость 5 (поршень 3 идет вниз), затем сжимается в этой полости при закрытых клапанах 7 и 11 и нагнетается потребителю через открывшийся клапан 11. Одновременно при ходе поршня 3 вверх происходит всасывание жидкости из линии всасывания 10 через открывшийся клапан 8 в полость 6, а при ходе поршня 3 вниз жидкость сжимается в этой полости и подается потребителю через открывшийся клапан 12 и линию нагнетания 14.

При ходе поршня 3 вниз, когда в полости 6 происходит сжатие и нагнетание жидкости, она под перепадом давления между давлением нагнетания жидкости (процесс сжатия очень короткий в связи с малой сжимаемостью жидкости) и давлением всасывания газа в полости 5 проникает через зазор 2 в канавку 15 и постепенно заполняет ее полностью к моменту прихода поршня 3 в верхнюю мертвую точку. Следовательно, для гарантированного заполнения канавки 15 жидкостью должно выполняться условие: объемный расход жидкости через зазор 2 длиной L части 17 поверхности поршня должен быть равен объему V канавки 15.

Объемный расход жидкости Q через узкую щель с подвижной стенкой в сторону, противоположную движению стенки, на основании уравнения Навье-Стокса выражается зависимостью:

где В - ширина щели высотой δ, τ - время истечения, ν - скорость движения подвижной стенки, Δр - перепад давления на щели, l - длина щели, µ - динамическая вязкость жидкости. В данном случае ширина щели - это длина окружности поршня 3 с диаметром D, а l - длина L части 17 поршня 3.

Полагая давление в полости 5 во время всасывания газа близким к постоянному и считая близким к постоянному давление жидкости в полости 6 во время процесса сжатия-нагнетания, после несложных преобразований уравнение для определения объема V канавки 15 для ее гарантированно полного заполнения будет выглядеть следующим образом:

где - средний перепад давления на поршне в процессе сжатия-нагнетания газа, - средняя скорость поршня, с которой он перемещается из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку и наоборот.

При ходе поршня 3 вверх газ в полости 6 сжимается и на поршне 3 появляется перепад давления между полостями 5 (большее давление) и 6 (меньшее давление). Под действием этого перепада давления жидкость из канавки 15 истекает назад в зазор 2 части 17 поверхности поршня и далее - назад в полость 6. Оставшаяся «пустой» канавка 15 в силу своей формы начинает выполнять роль завихрителя потока газа (она имеет форму половины пневмодиода), препятствующего его течению из полости 5 в зазор 2. Таким образом, на ходе сжатия-нагнетания газа в полости 6, на пути утечек большую часть времени процесса находится гидрозатвор и повышенное сопротивление течению газа в виде канавки 15.

В том случае, когда давление нагнетания в полости 6 по условиям работы потребителя жидкости слишком мало для того, чтобы жидкость могла заполнить зазор δ на длине L и заполнить канавку 15 (например, потребителем является система смазки разбрызгиванием), заполнение канавки 15 производится дополнительно через канал 18, дроссель 19 и клапан 20 при ходе поршня 3 вниз (фиг. 2). В этом случае суммарный объем жидкости, поступившей в канавку 15, рассчитывается как сумма расходов через щель с зазором δ и дроссель диаметром d.

Объемный расход жидкости через дроссель 19 Qd производится по формуле, справедливой для течения жидкости через отверстие:

где d - диаметр дросселя, ρ - плотность жидкости, α - коэффициент расхода, принимается равным 0,6 для отверстий типа «простая диафрагма» и равным 0,7 для суживающихся отверстий с выходным отверстием диаметром d.

Тогда объемный расход жидкости, который должен пройти через дроссель 19, определяется как

Qd=V-Q

где V - объем канавки, a Q - объемный расход через щель зазора 2.

После подстановки в это уравнение значений V и Q и решения его относительно d получается уравнение для определения диаметра дросселя:

где

Таким образом, в течение всего цикла работы машины в зазоре 2 между поршнем 3 и цилиндром 1 находится жидкость, которая создает эффективное уплотнение зазора 2, что позволяет увеличить этот зазор между поршнем 3 и стенками цилиндра 1 при сохранении высокой уплотняющей способности цилиндропоршневой пары.

В связи с этим большая температурная неравномерность, имеющая место при пуске машины, не приводит к критическому уменьшению зазора 2 и возникновению угрозы заклинивания поршня 3 в цилиндре 1.

Кроме того, постоянно циркулирующая в зазоре 2 жидкость хорошо охлаждает стенки полости 6, непосредственно окружающие сжимаемый газ, что приводит к повышению КПД газовой полости за счет отвода теплоты от газа в процессе сжатия, приближая этот процесс к изотермическому.

Указанные обстоятельства приводят к повышению экономичности поршневой гибридной машины и обеспечению ее надежного бесконтактного пуска.

В связи с изложенным следует признать, что поставленная техническая задача полностью выполнена.


ПОРШНЕВАЯ ГИБРИДНАЯ МАШИНА
ПОРШНЕВАЯ ГИБРИДНАЯ МАШИНА
ПОРШНЕВАЯ ГИБРИДНАЯ МАШИНА
ПОРШНЕВАЯ ГИБРИДНАЯ МАШИНА
ПОРШНЕВАЯ ГИБРИДНАЯ МАШИНА
ПОРШНЕВАЯ ГИБРИДНАЯ МАШИНА
ПОРШНЕВАЯ ГИБРИДНАЯ МАШИНА
ПОРШНЕВАЯ ГИБРИДНАЯ МАШИНА
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 51-60 of 166 items.
10.12.2014
№216.013.0f7b

Пневматическая пружина

Изобретение относится к машиностроениию. Пневматическая пружина содержит резервуар (1), размещенные в нем шток (4) с поршнем (6) и уплотнительный элемент (5) штока. Поршень образует в резервуаре надпоршневую (8) и подпоршневую (9) полости. Поршень имеет на боковой поверхности набор кольцевых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535380
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.01.2015
№216.013.1a68

Универсальная прямозубая машина объемного действия

Изобретение относится к области насосо- и компрессоростроения и может быть использовано при создании машин объемного действия, использующихся для подачи жидкости под напором и газа под давлением. Прямозубая машина объемного действия содержит корпус, всасывающее окно и нагнетательный клапан 17,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538188
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1b1f

Способ работы насос-компрессора и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области насосо- и компрессоростроения и может быть использовано при создании машин для сжатия и подачи одновременно или попеременно жидкостей и газов. Способ состоит в том, что подпоршневую насосную полость П-образного поршня, содержащую газовый демпфер в виде газового...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538371
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1b22

Электротермический микродвигатель

Изобретение относится к космической технике, а именно к электротермическим микродвигателям, входящим в состав двигательных установок микротяги, устанавливаемых на малые космические аппараты для решения задач орбитального маневрирования. Система подачи газифицированного топлива выполнена в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538374
Дата охранного документа: 10.01.2015
20.02.2015
№216.013.2810

Мембранный регулятор расхода для газо- или гидростатической опоры

Изобретение относится к газо- и гидростатическим опорам повышенной жесткости. Регулятор состоит из корпуса (1) и крышки (2), между которыми защемлена упругая мембрана (3), которая совместно с корпусом (1) образует подмембранную полость (4) и с крышкой (2) - надмембранную полость (5). В крышке 2...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541713
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.02.2015
№216.013.2a41

Способ получения кремния

Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ. В тигель при температуре не менее 2000°C заливают расплав диоксида кремния и герметизируют его для создания условий поддержания в газовой фазе над расплавом избыточного давления не менее 2,0 МПа. После подачи внутрь...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542274
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.02.2015
№216.013.2a71

Магнитоэлектрическая машина

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам с постоянными магнитами. Технический результат состоит в повышении к.п.д. Магнитоэлектрическая машина содержит статор, выполненный по крайней мере из двух «П»-образных шихтованных магнитопроводов, образующих внутреннюю...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542322
Дата охранного документа: 20.02.2015
27.02.2015
№216.013.2c4d

Снаряд с газовым подвесом

Изобретение относится к области огнестрельного гладкоствольного оружия, в частности к снарядам с газовым подвесом. Снаряд с газовым подвесом содержит гладкую цилиндрическую часть, в которой выполнена полость питания, соединенная с наружной цилиндрической поверхностью через питающие устройства....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542809
Дата охранного документа: 27.02.2015
27.02.2015
№216.013.2c5e

Пневматический упругий элемент

Пневматический упругий элемент содержит установленный между подрессоренной и неподрессоренной массами основной упругий элемент (1), который состоит из резинокордной оболочки (2), заключенной в первый цилиндрический стакан (3), имеющий отверстие на торце стакана. Основной упругий элемент...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542826
Дата охранного документа: 27.02.2015
27.02.2015
№216.013.2d42

Магнитоэлектрическая машина

Изобретение относится к электромашиностроению. Магнитоэлектрическая машина содержит статор и корпус, образованный двумя дисками и съемными секциями, с установленными в нем частями машины. Ротор магнитоэлектрической машины образован двумя дисками, соединенными между собой втулкой, связанной с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002543054
Дата охранного документа: 27.02.2015
Showing 51-60 of 184 items.
10.12.2014
№216.013.0e15

Наноэмульсия с биологически активными веществами

Изобретение относится к фармацевтической и косметологической промышленности, в частности к наноэмульсиям типа вода в масле для трансдермального применения с биологически активными соединениями. Наноэмульсия типа вода в масле содержит 35-80% гидрофобной фазы, 1-15% гидрофильной фазы,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535022
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0f7b

Пневматическая пружина

Изобретение относится к машиностроениию. Пневматическая пружина содержит резервуар (1), размещенные в нем шток (4) с поршнем (6) и уплотнительный элемент (5) штока. Поршень образует в резервуаре надпоршневую (8) и подпоршневую (9) полости. Поршень имеет на боковой поверхности набор кольцевых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535380
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.01.2015
№216.013.1a68

Универсальная прямозубая машина объемного действия

Изобретение относится к области насосо- и компрессоростроения и может быть использовано при создании машин объемного действия, использующихся для подачи жидкости под напором и газа под давлением. Прямозубая машина объемного действия содержит корпус, всасывающее окно и нагнетательный клапан 17,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538188
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1b1f

Способ работы насос-компрессора и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области насосо- и компрессоростроения и может быть использовано при создании машин для сжатия и подачи одновременно или попеременно жидкостей и газов. Способ состоит в том, что подпоршневую насосную полость П-образного поршня, содержащую газовый демпфер в виде газового...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538371
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1b22

Электротермический микродвигатель

Изобретение относится к космической технике, а именно к электротермическим микродвигателям, входящим в состав двигательных установок микротяги, устанавливаемых на малые космические аппараты для решения задач орбитального маневрирования. Система подачи газифицированного топлива выполнена в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538374
Дата охранного документа: 10.01.2015
20.02.2015
№216.013.2810

Мембранный регулятор расхода для газо- или гидростатической опоры

Изобретение относится к газо- и гидростатическим опорам повышенной жесткости. Регулятор состоит из корпуса (1) и крышки (2), между которыми защемлена упругая мембрана (3), которая совместно с корпусом (1) образует подмембранную полость (4) и с крышкой (2) - надмембранную полость (5). В крышке 2...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541713
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.02.2015
№216.013.2a41

Способ получения кремния

Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ. В тигель при температуре не менее 2000°C заливают расплав диоксида кремния и герметизируют его для создания условий поддержания в газовой фазе над расплавом избыточного давления не менее 2,0 МПа. После подачи внутрь...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542274
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.02.2015
№216.013.2a71

Магнитоэлектрическая машина

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам с постоянными магнитами. Технический результат состоит в повышении к.п.д. Магнитоэлектрическая машина содержит статор, выполненный по крайней мере из двух «П»-образных шихтованных магнитопроводов, образующих внутреннюю...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542322
Дата охранного документа: 20.02.2015
27.02.2015
№216.013.2c4d

Снаряд с газовым подвесом

Изобретение относится к области огнестрельного гладкоствольного оружия, в частности к снарядам с газовым подвесом. Снаряд с газовым подвесом содержит гладкую цилиндрическую часть, в которой выполнена полость питания, соединенная с наружной цилиндрической поверхностью через питающие устройства....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542809
Дата охранного документа: 27.02.2015
27.02.2015
№216.013.2c5e

Пневматический упругий элемент

Пневматический упругий элемент содержит установленный между подрессоренной и неподрессоренной массами основной упругий элемент (1), который состоит из резинокордной оболочки (2), заключенной в первый цилиндрический стакан (3), имеющий отверстие на торце стакана. Основной упругий элемент...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542826
Дата охранного документа: 27.02.2015
+ добавить свой РИД