Машина объемного действия

Изобретение относится к области энергомашиностроения и предназначено преимущественно для сжатия и перемещения газов.
Известны машины объемного действия роторного типа, содержащие рабочую камеру в виде кожуха, закрепленного на одном из двух соосных роторов, в которой выполнены органы газораспределения в виде окон газораспределения и размещены газовые полости, каждая из которых состоит из мертвого и полезного объемов (мертвый объем - это часть газовой полости, из которой газ никогда не вытесняется; полезный объем - это объем, изменившийся за время рабочего цикла от нуля до некоторой максимальной величины); в каждой газовой полости размещен с возможностью возвратно-поступательного перемещения замыкающий элемент в виде лопасти, закрепленной на другом роторе; при этом часть поверхностей рабочей камеры и замыкающего элемента, формирующих газовую полость, формируют в том числе и мертвый объем, а другая часть поверхностей, формирующих газовую полость, не участвует в формировании мертвого объема (Патент РФ №2010982 МКИ5 FOIC 1/00. Машина объемного действия. Опубл. 15.04.94. - Бюл. №7).
В таких машинах при уменьшении объема газовой полости от величины максимального полезного объема до величины, равной мертвому объему, увеличивается давление и температура газа, находящегося в ней. При этом перетечки газа через зазоры между поверхностями рабочей камеры и замыкающего элемента приводят к дополнительному подогреву газа, а ограниченная площадь поверхностей рабочей камеры и замыкающих элементов, формирующих газовые полости, не позволяет осуществить эффективное охлаждение сжимаемого газа.
Наиболее близкой к заявляемой является машина объемного действия, содержащая рабочую камеру в виде цилиндра с органами газораспределения в виде самодействующих клапанов всасывания и нагнетания и с газовой полостью, состоящей из мертвого и полезного (описанного) объемов, и размещенный в последней с возможностью возвратнопоступательного перемещения замыкающий элемент в виде поршня, при этом часть поверхностей рабочей камеры и замыкающего элемента формируют мертвый объем (в данном случае такими поверхностями являются плоские поверхности поршня и рабочей камеры, обращенные друг к другу, а также та часть цилиндрической поверхности рабочей камеры, которая не перекрывается поршнем при минимальной величине объема газовой полости) (Патент 617986 Швейцарии, МКИ4 F04B 39/00. Поршневой компрессор с воздушным охлаждением. Опубл. 30.08.80).
По сравнению с аналогом такая конструкция более герметичная и позволяет сжимать газ до более высоких давлений; при этом будет выше и температура газа. Надо учесть, что температура газа наиболее высокая когда, объем газовой полости равен мертвому объему или близок к нему. Недостатком прототипа является малая площадь поверхностей, формирующих мертвый объем, что не позволяет эффективно охлаждать рабочий газ.
Задача изобретения - улучшение охлаждения газа, находящегося в газовой полости.
Поставленная задача достигается тем, что в известной машине объемного действия, содержащей рабочую камеру с органами газораспределения и газовой полостью, состоящей из мертвого и полезного объёмов, и размещенный в последней с возможностью возвратно-поступательного перемещения замыкающий элемент, по крайней мере часть поверхностей рабочей камеры и замыкающего элемента, формирующих мертвый объём, выполнена оребренной.
В машине объёмного действия оребренная поверхность выполнена с высотой ребер h и расстоянием между одноименными точками соседних ребер 8, причем h/8  1.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1,2 схематично показана заявляемая машина с сребренной поверхностью рабочей камеры, формирующей мертвый объем; на фиг.З схематично показана заявляемая машина объёмного действия, в которой оребрены все поверхности, формирующие мёртвый объём.
Машина объемного действия содержит рабочую камеру 1 с органами газораспределения - клапанами всасывания 2 и нагнетания 3 и с газовой полостью 4, состоящей из мертвого объёма 5 и полезного объема 6; размещенный в рабочей камере 1 с возможностью возвратнопоступательного перемещения замыкающий элемент 7; поверхности 8,9,10,11 формируют газовую полость, причем мертвый объем 5 формируют только поверхности 8,9,10 (при положении замыкающего элемента 7 в крайней верхней точке, когда объем газовой полости 4 имеет минимальную величину, равную величине мертвого объема 5, как показано на фиг. 2). Условная граница между мертвым объемом 5 и полезным объемом 6 показана линией А.
Линией Б отмечено крайнее нижнее положение замыкающего элемента 7; полезный объем 6, описываемый замыкающим элементом 7, расположен между линиями А и Б (фиг. 1). Поверхность 8 выполнена оребренной так, что высота ребер 12 равна h, а расстояние между одноименными точками соседних ребер 12, например, между вершинами, равно 8, причём выполняется соотношение h/8  1.
Один из вариантов заявляемой машины объёмного действия предполагает, что сребренными выполнены поверхности 8,9,10 (фиг. 3).
Машина объёмного действия (Фиг. 1,2) работает следующим образом. При движении замыкающего элемента 7 от линии А к линии Б объем газовой полости 4 увеличивается, клапан всасывания 2 открывается и
газовая полость 4 через клапан 2 наполняется газом при термодинамических параметрах, близких к Рве (давление всасывания) и Твс (температура всасывания). При достижении максимальной величины газовой полости 4, равной сумме величин мертвого объема 5 и полезного объема 6 (фиг.1), замыкающий элемент 7 меняет направление своего движения, клапан 2 закрывается, а объем газовой полости 4 начинает уменьшаться. При этом находящийся в ней газ сжимается, что сопровождается изменением его термодинамических параметров состояния - давления Р и температуры Т. При достижении давлением газа величины Рн (давление нагнетания) клапан нагнетания 3 открывается и при дальнейшем уменьшении объема газовой полости 4 газ из нее выталкивается через клапан 3. При достижении объемом газовой полости 4 минимальной величины, равной величине мертвого объема 5, что соответствует положению замыкающего элемента 7 на линии А, клапан 3 закрывается. В дальнейшем цикл повторяется.
Каждый раз при уменьшении объема газовой полости 4 растет давление газа Р и его температуры Т, которая остается высокой и при выталкивании газа через клапан 3. Причем в конце процесса сжатия и при выталкивании газа, когда объем газовой полости 4 приближается к мертвому объему 5, температура газа выше температуры поверхностей 8,9,10,11. Но поверхность 11 при малой величине объема газовой полости 4 перекрывается замыкающим элементом 7 и не контактирует с горячим газом, находящимся в ней, поэтому не может отводить от него тепло. Поверхность 9 принадлежит подвижному элементу 7, который трудно охладить и поэтому трудно обеспечить достаточно низкую температуру этой поверхности. А сребренная поверхность 8 принадлежит рабочей камере 1, которую может хорошо охладить окружающая среда (например, воздух или вода). Величина поверхности 10 как правило, пренебрежимо мало по сравнению с величиной поверхности 8 и ее доля в охлаждении газа очень мало.
Известно, что количество тепла, отводимого от горячего газа к стенке рабочей камеры 1, прямо пропорционально площади этой стенки ( см. например Пластинин П. И. Теория и расчет поршневых компрессоров. - М. :1987). Очевидно, что сребренная поверхность 8 позволяет, по сравнению с прототипом, существенно увеличить ее площадь, контактирующую с горячим газом, и, следовательно, увеличить количество тепла, отводимое от сжимаемого и нагнетаемого газа. При этом будет снижаться температура сжимаемого газа Т и температура конца нагнетания Тн. Такое снижение температуры газа, в свою очередь, снижает теплонапряженность деталей и узлов машины объемного действия, повышает экономичность ее рабочего процесса и улучшает условия работы теплообменной аппаратуры, в которую поступает газ через клапан 3 (Фотин Б.С. и др. Поршневые компрессоры /Фотин Б.С., Пирумов И. Б., Прилуцкий И. К., Пластинин П. И. - Л., 1987).
Расчеты, проведенные с помощью математической модели рабочего процесса предлагаемой машины объемного действия показали, что эффект от улучшения охлаждения газа в полости 4 при оребрении поверхности 8 становится практически значимым при h/5 «1. При изменении геометрии ребер 12 в сторону увеличения отношения h/8 этот эффект усиливается.
Таким образом, предлагаемая машина объемного действия позволяет, по сравнению с ранее известными, улучшить охлаждение газа, находящегося в газовой полости. Формула изобретения.
1.Машина объемного действия, содержащая рабочую камеру с органами газораспределения и газовой полостью, состоящей из мертвого и полезного объемов, и размещенный в последней с возможностью возвратно-поступательного перемещения замыкающий элемент, отличающаяся тем, что, по крайней мере часть поверхностей рабочей камеры и замыкающего элемента, формирующих мертвый объем, выполнена сребрённой.
2.Машина объемного действия по п.1, отличающаяся тем, что сребрённая поверхность выполнена с высотой ребер h и расстоянием между одноименными точками соседних ребер 6, причем h/8  1.
Ј/Д f / У