ПОРШНЕВОЙ ДЕТАНДЕР

ПОРШНЕВОЙ ДЕТАНДЕР
Полезная модель относится к области машиностроения  машинам объемного действия, в частности, норшневым детандерам и может быть использована в холодильной технике, напри мер, в возддшных холодильных установках, установках кондиционирования воздуха.
Известны поршневые детандеры, имешщие цилиндр с движущимся в нем поршнем, систему нринудительного газораспределения, в которой открытие впускного и выпускного клапанов осуществляется от поршня детандера ( детандеры с внутренним приводом клапанов) СП, стр.128-130, 192-194, 21, стр.82-89. Регулирование момента закрытия впускного клапана в таких детандерах производится путем изменения усилия пружины регулировочным винтом, расположенным в крышке цилиндра детандера.
Недостатком детандеров с внутренним приводом клапанов является достаточно сложная система газораспределения и в связи с этим - высокая трудоемкость изготовления и невысокая эксплуатационная надежность. Кроме того, такие детандеры имешт увеличенный мертвый объем, что снижает эффективность рабочего процесса детандера.
Известны поршневые детандеры, имеющие цилиндр с поршнем и систему газораспределения - с впуском и выпуском газа через систему каналов в цилиндре и поршне (бесклапанные детандеры) i, стр. 128-130, 196-199, 21, стр.81-82.
Однако, такие детандеры имеют низкию эффективность особенно при работе на режимах, отличных от номинального.
Известен другой тип детандера, имеющий цилиндр с поршнем и систему газораспределения с нормально-открытым самодействующим впускным клапаном 31. В этом детандере устранены недостатки, обусловленные сложностью и трудоемкостью системы газораспределения.
Недостатком указанной конструкции детандера является снижение эффективности работы на режимах, отличных от номинального, в связи с тем, что высота подъема запорного элемента нормально-открытого клапана имеет фиксированное значение, расчитанное на закрытие клапана в определенный момент времени, определяемый требуемой температурой газа на выходе из детандера и холодопроизводительностью. В таком детандере оптимальный закон газораспределения, соответствующий более высокой эффективности работы детандера, выполняется при строго ограниченных параметрах газа на входе (давления и расхода).
Задачей настоящей полезной модели является устранение указанного недостатка, а именно, повышение эффективности работы детандера на режимах работы, отличных от номинального.
Оказанная задача решена за счет того, что в известном поршневом детандере, содержащем цилиндр с выпускными окнами, поршень, крышку цилиндра, в которой размещены нормально-открытый клапан с запорным элементом в виде подпружиненного кольца, ограничитель, впускной штуцер, ограничитель установлен с возможностью перемещения относительно впускного штицера и крышки цилиндра. Для обеспечения возможности такого перемещения в крышке цилиндра, впускном штуцере и ограничителе выполнена резьба.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез детандера с нормально-открытым клапаном и выпускными окнами, а на фиг.2 приведены индикаторные диаграммы рабочих процессов детандера при различных режимах работы.
Поршневой детандер содержит цилиндр 1, соосно которому размещен поршень 2, связанный с кривошипно-шатунным механизмом. Цилиндр 1 имеет выпускные окна 3, размещенные равномерно по окружности цилиндра, выполненные, например, в виде круглых отверстий. В крышке 4, состоящей из верхней и нижней частей, располагается нормально-открытый клапан с запорным элементом 5 в виде подпружиненного цилиндрической пружиной 6 кольца. Нижняя часть крышки 4 со специально обработанной поверхностью  служит седлом для запорного элемента 5. В седле выполнены отверстия 8 для прохода газа. В ограничитель 9 ввернут впускной штуцер 10. Для предотвращения смещения запорного элемента 5 в радиальном направлении, в нем выполнена цилиндрическая проточка li, в которую оперт верхний торец пружины 6, установленной в глухом отверстии 12 нижней части крышки 4.
Детандер работает следующим образом. Сжатый воздух через штуцер 9 поступает в цилиндр 1 через нормально-открытый клапан. Поршень 2 при этом находится в верхней мертвой точке
и выпдскные окна 3 перекрыты. При истечении воздиха в зазоре междц седлом 7 и запорным элементом 5 происходит нарастание перепада давлений над запорным элементом 5 и под ним (процесс наполнения 1-2 на фиг.2). Клапан, преодолевая упругие силы пружины 6, закрывается (точка 2 на фиг.2а) перекрывая истечение сжатого воздуха в цилиндр 1. Попавшая в цилиндр порция воздуха оказывает давление на поршень 2 и при его перемещении расширяется (процесс 2-3 на фиг.2) с понижением температуры и совершением внешней работы. При открытии поршнем 2 в нижней мертвой точке выпускных окон 3 расширившийся охлажденный воздух выталкивается (процессы 3-4 и 4-5 на фиг.2) в магистраль низкого давления и направляется потребителю. По мере приближения поршня к верхней мертвой точке, давление в цилиндре растет за счет сжатия остаточного воздуха (процесс 5-1 на фиг.2). При достижении величины давления в цилиндре равной давлению на входе в детандер, клапан впуска, под действием пружины 5 открывается, цикл повторяется. При изменении режима работы детандера, например, при понижении давления на входе в детандер, силы давления газа может оказаться недостаточно для закрытия клапана в нужный момент (примерно на половине хода поршня), в результате чего клапан закрывается с запаздыванием (точка 2 на фиг.26), что приводит к неполноте расширения воздуха и повышению температуры на выходе из детандера. При повышении давления на входе в детандер, сила давления газа оказывается больше расчетного значения, и клапан закрывается преждевременно (точка 2 на фиг.2в), что приводит к уменьшению расхода газа через детандер и снижениш холодопроизводительности. Регулирование режимов работы детандера осдществляется перемещением ограничителя относительно впускного штуцера и крышки цилиндра по резьбе, в результате чего достигается установление требуемой температуры и холодопроизводительности.
Предложенное техническое решение позволяет повысить эффективность работы детандера на режимах, отличных от номинального.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
1.Криогенные поршневые детандеры. Нод ред. A.M.Архарова. М., Машиностроение, 1974.
2.Бумагин Г.И. Поршневые детандеры. Омск. 1981,
3.Поршневой детандер. Патент N 2029911, МКИ F 25 В 1/02. Прилуцкий И.К., Антонов Н.М., Исаков В.П., Мовчан Е.П., Деньгин В.Г., Меркель Н.Д., Прилуцкий А.К.