×
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

Показаны записи 151-160 из 166.
25.08.2017
№217.015.b626

Поршневой компрессор с активным охлаждением

Изобретение относится к области компрессоростроения и может быть использовано при создании поршневых компрессоров, к которым предъявляются высокие требования по ресурсу работы, надежности и экономичности. Компрессор содержит газовый цилиндр 1 с основным поршнем 4, размещенным в цилиндре 1 с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614473
Дата охранного документа: 28.03.2017
25.08.2017
№217.015.b68a

Устройство крепления оболочек вращения и способ его изготовления

Изобретение относится к конструкции резинотехнических изделий и может быть использовано при изготовлении оболочек вращения, работающих под давлением в качестве элементов гидравлических и пневматических систем различного назначения. Техническим результатом является повышение надежности и срока...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614449
Дата охранного документа: 28.03.2017
25.08.2017
№217.015.b6c3

Транзисторный генератор

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в различных технологических процессах, идущих с использованием ультразвуковых колебаний. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы транзисторного генератора на широкодиапазонную и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614570
Дата охранного документа: 28.03.2017
25.08.2017
№217.015.be41

Спортивно-охотничий лук

Изобретение относится к метательному оружию и может быть использовано при создании недорогих и достаточно мощных луков и арбалетов для спортивных тренировок, состязаний и спортивной охоты. Лук содержит рукоять (1) с полочкой (2) для укладки стрелы (3) и натяженое устройство тетивы (4) в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002616772
Дата охранного документа: 18.04.2017
25.08.2017
№217.015.d04f

Способ получения металлического порошка механической обработкой цилиндрической заготовки

Изобретение относится к получению металлического порошка механической обработкой цилиндрической заготовки. Способ включает размещение заготовки соосно одной из абразивных головок, закрепленных в корпусе мелющего диска, приведение во вращение упомянутой заготовки и ее измельчение с получением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621204
Дата охранного документа: 01.06.2017
29.12.2017
№217.015.f65d

Устройство для сборки резинокордных оболочек

Изобретение относится к оборудованию шинной промышленности, в частности, для сборки резинокордных оболочек, в частности, для сборки резинокордных оболочек баллонного типа малого диаметра с клинчерными бортами. Техническим результатом заявляемого технического решения является создание устройства...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637339
Дата охранного документа: 04.12.2017
19.01.2018
№218.016.0649

Метательное устройство

Изобретение относится к области метательных устройств. Метательное устройство содержит рукоять 1 с полочкой 2 для стрелы 3 и тетиву 4. На концах рукояти 1 установлены жесткие рычаги 5 с роликами или блоками 6, через которые проходит тетива 4, а другие их концы соединены с рукоятью 1 через...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002631091
Дата охранного документа: 18.09.2017
20.01.2018
№218.016.1996

Пневматическая подвеска

Изобретение относится к пневматической подвеске легкового и грузового транспорта. Пневматическая подвеска содержит гибкую оболочку со сжатым газом, установленную на посадочных поверхностях поршня и крышки. В поршне и крышке под углом к горизонтальной плоскости выполнены отверстия под штифты, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002636203
Дата охранного документа: 21.11.2017
20.01.2018
№218.016.1d4e

Поршневая двухступенчатая машина с внутренней системой жидкостного охлаждения

Изобретение относится к энергетическим машинам и может быть использовано при создании высокоэкономичных автономно работающих двухступенчатых компрессоров и гибридных машин - насос-компрессоров с жидкостным охлаждением компрессорных полостей первой и второй ступени. Поршневая двухступенчатая...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640658
Дата охранного документа: 11.01.2018
20.01.2018
№218.016.1d80

Поршневой двухцилиндровый компрессор с жидкостным рубашечным охлаждением

Изобретение относится к области энергетических машин и касается поршневых машин и систем их охлаждения, и может быть использовано при создании поршневых компрессоров с повышенной экономичностью за счет организации автономной энергосберегающей системы охлаждения цилиндропоршневой группы....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640970
Дата охранного документа: 12.01.2018
Показаны записи 151-160 из 184.
25.08.2017
№217.015.b563

Способ работы поршневой вертикальной гибридной машины объемного действия и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области энергетических машин объемного действия и может быть использовано при создании гибридов типа «поршневой насос-компрессор». Поршневая машина содержит цилиндр 1, разделенный поршнем 2 на газовую 3 и жидкостную 4 камеры. Они соединены с источником и потребителем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614317
Дата охранного документа: 24.03.2017
25.08.2017
№217.015.b626

Поршневой компрессор с активным охлаждением

Изобретение относится к области компрессоростроения и может быть использовано при создании поршневых компрессоров, к которым предъявляются высокие требования по ресурсу работы, надежности и экономичности. Компрессор содержит газовый цилиндр 1 с основным поршнем 4, размещенным в цилиндре 1 с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614473
Дата охранного документа: 28.03.2017
25.08.2017
№217.015.b6c3

Транзисторный генератор

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в различных технологических процессах, идущих с использованием ультразвуковых колебаний. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы транзисторного генератора на широкодиапазонную и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614570
Дата охранного документа: 28.03.2017
25.08.2017
№217.015.be41

Спортивно-охотничий лук

Изобретение относится к метательному оружию и может быть использовано при создании недорогих и достаточно мощных луков и арбалетов для спортивных тренировок, состязаний и спортивной охоты. Лук содержит рукоять (1) с полочкой (2) для укладки стрелы (3) и натяженое устройство тетивы (4) в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002616772
Дата охранного документа: 18.04.2017
25.08.2017
№217.015.d04f

Способ получения металлического порошка механической обработкой цилиндрической заготовки

Изобретение относится к получению металлического порошка механической обработкой цилиндрической заготовки. Способ включает размещение заготовки соосно одной из абразивных головок, закрепленных в корпусе мелющего диска, приведение во вращение упомянутой заготовки и ее измельчение с получением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621204
Дата охранного документа: 01.06.2017
29.12.2017
№217.015.f65d

Устройство для сборки резинокордных оболочек

Изобретение относится к оборудованию шинной промышленности, в частности, для сборки резинокордных оболочек, в частности, для сборки резинокордных оболочек баллонного типа малого диаметра с клинчерными бортами. Техническим результатом заявляемого технического решения является создание устройства...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637339
Дата охранного документа: 04.12.2017
19.01.2018
№218.016.0649

Метательное устройство

Изобретение относится к области метательных устройств. Метательное устройство содержит рукоять 1 с полочкой 2 для стрелы 3 и тетиву 4. На концах рукояти 1 установлены жесткие рычаги 5 с роликами или блоками 6, через которые проходит тетива 4, а другие их концы соединены с рукоятью 1 через...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002631091
Дата охранного документа: 18.09.2017
20.01.2018
№218.016.1996

Пневматическая подвеска

Изобретение относится к пневматической подвеске легкового и грузового транспорта. Пневматическая подвеска содержит гибкую оболочку со сжатым газом, установленную на посадочных поверхностях поршня и крышки. В поршне и крышке под углом к горизонтальной плоскости выполнены отверстия под штифты, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002636203
Дата охранного документа: 21.11.2017
20.01.2018
№218.016.1d4e

Поршневая двухступенчатая машина с внутренней системой жидкостного охлаждения

Изобретение относится к энергетическим машинам и может быть использовано при создании высокоэкономичных автономно работающих двухступенчатых компрессоров и гибридных машин - насос-компрессоров с жидкостным охлаждением компрессорных полостей первой и второй ступени. Поршневая двухступенчатая...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640658
Дата охранного документа: 11.01.2018
20.01.2018
№218.016.1d80

Поршневой двухцилиндровый компрессор с жидкостным рубашечным охлаждением

Изобретение относится к области энергетических машин и касается поршневых машин и систем их охлаждения, и может быть использовано при создании поршневых компрессоров с повышенной экономичностью за счет организации автономной энергосберегающей системы охлаждения цилиндропоршневой группы....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640970
Дата охранного документа: 12.01.2018
+ добавить свой РИД