×
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 31-40 из 166.
27.06.2014
№216.012.d808

Способ стыковки космических аппаратов

Изобретение относится к автоматической стыковке активных космических аппаратов (АКА) с некооперируемыми пассивными космическими аппаратами (ПКА). АКА включает в свой состав самонаводящийся космический микробуксир (КМБ) для доставки троса, выпускаемого с АКА, и оснащен стыковочным штырем....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521082
Дата охранного документа: 27.06.2014
20.07.2014
№216.012.ddae

Способ газификации жидкого ракетного топлива в баке ракеты и устройство для его реализации

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано для увода отделяющихся частей ступеней ракет космического назначения. Получают импульс путем выброса газифицированных жидких остатков невыработанных компонентов ракетного топлива (РТ), обеспечивают импульс за счет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522536
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.08.2014
№216.012.e924

Антифрикционный полимерный композиционный материал

Изобретение может быть использовано в материаловедении для изготовления деталей смазываемых и несмазываемых узлов трения машин и агрегатов. Антифрикционный полимерный композиционный материал включает политетрафторэтилен, дисульфид молибдена, ультрадисперсный порошок скрытокристаллического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525492
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.08.2014
№216.012.ea42

Способ пуска двигателя внутреннего сгорания при низких температурах и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области автомобилестроения и может быть использовано при пуске двигателей внутреннего сгорания при низкой температуре окружающей среды, характерной для районов Сибири и Крайнего Севера. Способ состоит в том, что перед пуском двигателя производят подогрев топлива в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525778
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.08.2014
№216.012.ec01

Газовый датчик

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам для регистрации и измерения содержания микропримесей оксида углерода. Датчик микропримесей оксида углерода содержит полупроводниковое основание и подложку. Полупроводниковое основание выполнено из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526225
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.08.2014
№216.012.ec02

Полупроводниковый газоанализатор

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано в экологии. Датчик согласно изобретению содержит полупроводниковое основание и подложку, причем основание выполнено из поликристаллической пленки теллурида кадмия, легированного сульфидом цинка, нанесенной на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526226
Дата охранного документа: 20.08.2014
27.08.2014
№216.012.ed35

Пневматическая пружина

Изобретение относится к машиностроению. Пневматическая пружина содержит тонкостенный цилиндр (1), размещенные в нем шток (2) с уплотнительным элементом штока (3) и поршень (4), образующий в рабочей полости цилиндра надпоршневую (6) и подпоршневую (7) полости. Тонкостенный цилиндр (1) имеет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526544
Дата охранного документа: 27.08.2014
27.08.2014
№216.012.eecd

Устройство для профилактики гнойно-септических осложнений

Изобретение относится к медицине, а именно к профилактике гнойно-септических воспалительных осложнений у родильниц из группы высокого инфекционного риска. Устройство содержит ультразвуковой генератор с командным устройством, пьезокерамический излучатель с контактными волноводами и систему для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526952
Дата охранного документа: 27.08.2014
10.09.2014
№216.012.f358

Полупроводниковый газовый датчик

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей аммиака. Изобретение может быть использовано в экологии. Датчик содержит полупроводниковое основание и подложку, причем основание выполнено...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528118
Дата охранного документа: 10.09.2014
10.09.2014
№216.012.f3ad

Поршневая расширительная машина

Поршневая расширительная машина предназначена для использования в энергомашиностроении в качестве пневматического или газового двигателя, например в горной, химической и нефтехимической промышленности. В корпусе машины размещены расширительные цилиндры с непрямоточными и прямоточными системами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528204
Дата охранного документа: 10.09.2014
Показаны записи 31-40 из 184.
27.06.2014
№216.012.d6d4

Роторный насос объемного действия

Изобретение относится к гидравлической технике и может использоваться для подачи жидкостей под давлением, преимущественно при питании гидроприводов различного назначения. Роторный насос объемного действия содержит всасывающее окно и нагнетательный клапан, рабочий цилиндр 2 с размещенным в нем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520774
Дата охранного документа: 27.06.2014
27.06.2014
№216.012.d808

Способ стыковки космических аппаратов

Изобретение относится к автоматической стыковке активных космических аппаратов (АКА) с некооперируемыми пассивными космическими аппаратами (ПКА). АКА включает в свой состав самонаводящийся космический микробуксир (КМБ) для доставки троса, выпускаемого с АКА, и оснащен стыковочным штырем....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521082
Дата охранного документа: 27.06.2014
20.07.2014
№216.012.ddae

Способ газификации жидкого ракетного топлива в баке ракеты и устройство для его реализации

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано для увода отделяющихся частей ступеней ракет космического назначения. Получают импульс путем выброса газифицированных жидких остатков невыработанных компонентов ракетного топлива (РТ), обеспечивают импульс за счет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522536
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.08.2014
№216.012.e924

Антифрикционный полимерный композиционный материал

Изобретение может быть использовано в материаловедении для изготовления деталей смазываемых и несмазываемых узлов трения машин и агрегатов. Антифрикционный полимерный композиционный материал включает политетрафторэтилен, дисульфид молибдена, ультрадисперсный порошок скрытокристаллического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525492
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.08.2014
№216.012.ea42

Способ пуска двигателя внутреннего сгорания при низких температурах и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области автомобилестроения и может быть использовано при пуске двигателей внутреннего сгорания при низкой температуре окружающей среды, характерной для районов Сибири и Крайнего Севера. Способ состоит в том, что перед пуском двигателя производят подогрев топлива в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525778
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.08.2014
№216.012.ec01

Газовый датчик

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам для регистрации и измерения содержания микропримесей оксида углерода. Датчик микропримесей оксида углерода содержит полупроводниковое основание и подложку. Полупроводниковое основание выполнено из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526225
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.08.2014
№216.012.ec02

Полупроводниковый газоанализатор

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано в экологии. Датчик согласно изобретению содержит полупроводниковое основание и подложку, причем основание выполнено из поликристаллической пленки теллурида кадмия, легированного сульфидом цинка, нанесенной на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526226
Дата охранного документа: 20.08.2014
27.08.2014
№216.012.ed35

Пневматическая пружина

Изобретение относится к машиностроению. Пневматическая пружина содержит тонкостенный цилиндр (1), размещенные в нем шток (2) с уплотнительным элементом штока (3) и поршень (4), образующий в рабочей полости цилиндра надпоршневую (6) и подпоршневую (7) полости. Тонкостенный цилиндр (1) имеет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526544
Дата охранного документа: 27.08.2014
27.08.2014
№216.012.eecd

Устройство для профилактики гнойно-септических осложнений

Изобретение относится к медицине, а именно к профилактике гнойно-септических воспалительных осложнений у родильниц из группы высокого инфекционного риска. Устройство содержит ультразвуковой генератор с командным устройством, пьезокерамический излучатель с контактными волноводами и систему для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526952
Дата охранного документа: 27.08.2014
10.09.2014
№216.012.f358

Полупроводниковый газовый датчик

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей аммиака. Изобретение может быть использовано в экологии. Датчик содержит полупроводниковое основание и подложку, причем основание выполнено...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528118
Дата охранного документа: 10.09.2014
+ добавить свой РИД