ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области машиностроения - машинам объемного действия, в частности поршневым расширительным машинам, и может быть использована как в качестве пневмодвигателя, например, в горнодобывающей и нефтехимической промышленности для силового привода машин и механизмов, так и в качестве детандера для получения низких температур в холодильной технике.
Известны конструкции поршневых расширительных машин поршневого пневмодвигателя (Патент RU 2097576 F01L 9/02, 25/00, F01B 25/02 опубликованный 27.11.1997) и поршневого детандера (Патент RU 11312, F25B 1/02 опубликованный 16.09.1999) с прямоточной схемой движения газа в цилиндре, в стенках которого имеются выхлопные окна для выхода расширившегося воздуха. В этих конструкциях в системе газораспределения применяется самодействующий нормально открытый впускной клапан.
Недостатками таких расширительных машин являются малые индикаторная работа и холодопроизводительность, обусловленные недостаточным наполнением цилиндра газом высокого давления.
Устройство поршневого двигателя (Патент RU 183893 F02G 3/02, F02G 5/02, F02B 33/16 Опубл. 08.10.2018) является наиболее близким к предлагаемой в заявке по технической сущности и принято за прототип.
Техническим результатом заявленной полезной модели является получение более высоких значений индикаторной работы в поршневом двигателе и холодопроизводительности в детандере за счет увеличения наполнения цилиндра газом высокого давления.
Технический результат достигается тем, что трубопроводы высокого и низкого давления соединены с устройством наддува газа, содержащим на одном валу компрессорное и расширительное лопаточные колеса, причем трубопровод высокого давления подведен ко входу в компрессорное лопаточное колесо, а на выходе из колеса к крышке цилиндра, трубопровод низкого давления соединен с выхлопным коллектором и входом в расширительное лопаточное колесо.
Предложенная полезная модель поясняется чертежами, где на фигуре 1 показан продольный разрез цилиндра поршневого двигателя с прямоточной системой газораспределения, в которую входят впускной нормально открытый клапан, устройство наддува газа и выпускные отверстия в конце хода поршня; на фигуре 2 показан вид и разрез впускного нормально открытого клапан, например, с подпружиненным пластинчатым в форме диска запорным элементом.
Предлагаемый поршневой двигатель содержит: цилиндр 1, поршень 2, связанный с кривошипно-шатунным механизмом. В стенке цилиндра 1 в нижней части выполнены выпускные отверстия 3, объединенные выхлопным коллектором 4. В крышке 5 цилиндра 1 размещен впускной нормально открытый клапан 6. Трубопровод высокого давления 7 сообщен через компрессорное лопаточное колесо 8 с крышкой 4. Трубопровод низкого давления 9 от выхлопного коллектора 4 подведен к расширительному лопаточному колесу 10. Впускной нормально открытый клапан 6, например, включает в себя седло 11, с присоединенными к нему Z-образными скобами 12, выполняющими функцию ограничителя перемещения пластинчатого запорного элемента 13 с пружиной сжатия 14. В седле 11 по периметру пластинчатого запорного элемента 13 выполнены сквозные отверстия 15 для прохода газа высокого давления в цилиндр 1.
При подаче газа по трубопроводу высокого давления 7 в крышку 4 и затем в цилиндр 1 через впускной нормально открытый клапан 6, поршень 2 движется от верхней к нижней мертвой точки. С увеличением скорости перемещения поршня, при увеличении разности давлений, действующей на пластинчатый запорный элемент 13, растет газовая сила, которая преодолевая упругие силы пружины сжатия 14, перемещает пластинчатый запорный элемент к седлу 11 и закрывает сквозные отверстия 15, прекращая поступление газа высокого давления в цилиндр 1. Поступивший в цилиндр газ высокого давления действует на поршень 2, перемешает его и расширяется с совершением полезной работы. При открытии поршнем 2 выпускных отверстий 3 расширившийся газ низкого давления поступает в выхлопной коллектор, из которого затем по трубопроводу низкого давления 9 подводится к расширительному лопаточному колесу 10, обеспечивая вращение компрессорного лопаточного колеса 8, и тем самым подачу газа высокого давления в крышку 4 по трубопроводу высокого давления 7.
При обратном движении поршня к верхней мертвой точке давление в цилиндре 1 после закрытия поршнем выпускных отверстий 3 увеличивается за счет уменьшения объема и сжатия оставшегося в цилиндре газа низкого давления и при достижении равенства давлений газа в цилиндре 1 и крышке 5 впускной клапан 6 открывается за счет упругости пружины 14 к приходу поршня в верхнюю мертвую точку, затем цикл повторяется.
Использование в системе газораспределения поршневого двигателя нормально открытого впускного клапана и устройства газового наддува способствует увеличению полезной индикаторной работы поршневого двигателя, в детандере - холодопроизводительности.
Нормально открытые самодействующие впускные клапаны в крышке цилиндра могут быть выполнены в виде запорного элемента, подвешенного на пружине растяжения (Патент RU 2097576 F01L 9/2, 25/00, F01B 25/02 опубликованный 27.11.1997), подпружиненного кольца с ограничителем (Патент RU 11312 F25B 1/02, 16.09.1999), в виде упругих элементов, параллельных потоку газа, и ограничителей, консольно закрепленных в пакет (Патент RU 38852 F04B 39/10, 53/10 10.07.2004).