АГРЕГАТ ОБЪЕМНОГО ВЫТЕСНЕНИЯ
VOLUMETRIC DISPLACEMENT UNIT

Изобретение относится к устройствам объемного вытеснения - компрессорам, двигателям внутреннего сгорания (далее ДВС) и другим агрегатам.
Известны компрессоры и двигатели объемного вытеснения, например компрессоры сверхвысокого давления. (Компрессорные машины. Каталог, ч.1. - М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1980. - 134 с.)
Недостаток их состоит в небольшой степени повышения давления одной ступенью, утечках газа и др.
Известен агрегат объемного вытеснения, содержащий полости по крайней мере двух емкостей, каждая из которых разделена подвижным элементом, одна полость этих емкостей сообщена с одним входным-выходным каналом реверсивной гидромашины гидравлического привода подвижных элементов (US 4750869 A, 14.01.1988), который целесообразно принять за прототип.
Недостатками этого устройства являются большие габариты и материалоемкость, многоступенчатость, утечки газа.
Задачей, поставленной в настоящем изобретении, является уменьшение габаритов, материалоемкости, числа ступеней, утечек газа.
Указанная задача и технический результат достигаются за счет того, что в агрегате объемного вытеснения, содержащем полости по крайней мере двух емкостей, каждая из которых разделена подвижным элементом, одна полость этих емкостей сообщена с одним входным-выходным каналом реверсивной гидромашины гидравлического привода подвижных элементов, вал реверсивной гидромашины и палец-регулятор ее рабочего объема связаны кинематически с валом одного и того же двигателя через механизм, имеющий редуктор, чей ведущий вал посредством муфт соединен с валом двигателя и с валом реверсивной гидромашины, а другой вал этого редуктора посредством кривошипа и шатуна соединен с пальцем-регулятором рабочего объема реверсивной гидромашины с возможностью сообщать ему гармонические колебания, циклически плавно регулировать рабочий объем реверсивной гидромашины и соответственно изменять поток жидкости по направлению и скорости между полостями емкостей агрегата объемного вытеснения.
Благодаря таким признакам газ без утечек сжимают меньшим числом ступеней до сверхвысоких давлений большим усилием на поршне при меньших материалоемкости и габаритах.
На фиг.1 изображен агрегат - компрессор поршневой, на фиг.2 изображен агрегат - компрессор диафрагмовый, на фиг.3 изображен агрегат - компрессор оппозитно-поршневой; вариант - агрегат типа ДВС.
Условные обозначения на фиг.1, 2 и 3:
1 - емкость, например цилиндр (далее цилиндр),
2 - подвижный элемент, например пустотелый поршень-поплавок с резиновой накладкой на своем верхнем торце, разделяющий цилиндр 1 на две полости (далее поршень),
3 - полость цилиндра 1, заполненная газом (далее полость),
4 - полость цилиндра 1, заполненная жидкостью (далее полость),
5 - негорючая и взрывобезопасная рабочая жидкость,
6 - трубопровод, сообщающий полости 4 с гидроаппаратами агрегата (далее канал),
7 - реверсивная гидромашина регулируемого рабочего объема (далее насос),
8 - палец (далее палец-регулятор),
9 - двигатель привода агрегата, например ДВС (далее ДВС),
10 - механизм циклически плавного регулирования рабочего объема насоса 7 (далее механизм),
11 - червячный редуктор (далее редуктор),
12 - червяк на ведущем валу, соединяющем посредством муфт вал ДВС 9 с насосом 7 (далее ведущий вал),
13 - червячное колесо, сидящее на своем шлицевом валу (далее колесо),
14 - кривошип, сидящий на шлицах вала колеса 13 (далее кривошип),
15 - шатун, связывающий кинематически кривошип 14 с пальцем-регулятором насоса 7 (далее шатун),
16 - клапан обратный пневматический (далее пневмоклапан),
17 - клапан предохранительный (далее клапан),
18 - клапан обратный гидравлический (далее клапан),
19 - охладитель рабочей жидкости (далее радиатор),
20 - фильтр жидкости 5 в сборе, включая фильтрующий элемент и предохранительный клапан (далее фильтр),
21 - емкость полостей, например в виде пары стальных чашек с коническими стенками и фланцами, соединенными болтами (далее камера),
22 - подвижный элемент, например гибкая диафрагма из непроницаемого материала, имеющая в натянутом состоянии форму поверхности чашки камеры 21 и разделяющая камеру 21 на две полости (далее диафрагма),
23 - полость камеры 21, заполненная газом (далее полость),
24 - полость камеры 21, заполненная жидкостью (далее полость),
25 - блок-корпус цилиндров (далее блок-корпус),
26 - пневматический цилиндр (далее пневмоцилиндр),
27 - поршень пневматического цилиндра (далее поршень),
28 - гидравлический цилиндр (далее гидроцилиндр),
29 - поршень гидравлического цилиндра (далее поршень),
30 - шток, соединяющий поршень 27 с поршнем 29 (далее шток),
31 - дренажная полость блок-корпуса 25 (далее полость),
32 - комплект предохранительных и регулирующих гидроаппаратов объемного гидропривода насосом 7 двух гидроцилиндров 28, сообщенных каналами 6 (далее комплект гидроаппаратов),
33 - бак с маслом, например с маслом ВМГЗ ТУ 38-101479-74 (далее бак),
34 - насос подпитки, например шестереночный насос (далее насос),
35 - фильтр масла ВГМЗ ТУ 38-101479-79 (далее фильтр),
36 - гидрораспределитель с гидравлическим управлением (далее распределитель),
37 - редукционный клапан (далее клапан),
38 - электромотор.
Компрессор поршневой (фиг.1) содержит вертикальный цилиндр 1 с поршнем 2, который разделяет емкость цилиндра на две полости: полость 3 с газом и полость 4 с жидкостью 5. Полость с жидкостью этого цилиндра сообщена каналом 6 с входным-выходным каналом насоса 7. Полость с жидкостью второго такого же вертикального цилиндра также сообщена каналом с другим входным-выходным каналом того же насоса 7, имеющим палец-регулятор 8 наклона качающего блока цилиндров и, следовательно, рабочего объема насоса. Палец-регулятор и вал насоса связаны кинематически с ДВС 9 через механизм 10 циклически плавного регулирования рабочего объема насоса. Механизм 10 содержит редуктор 11 с червяком на ведущем валу 12, колесом 13 и кривошип 14 с шатуном 15. Шатун 15 соединен шарнирно с кривошипом и пальцем-регулятором, а ведущий вал с червяком соединяет посредством муфт вал ДВС с насосом и является ведущим валом для вала насоса. Крышка цилиндра имеет впускной и выпускной пневмоклапаны 16, причем впускной пневмоклапан сообщен с ресивером, в котором давление газа поддерживают на уровне от 0,17…0,25 МПа и более.
Гидравлическая система этого компрессора предохранена клапанами 17, а через клапаны 18 сообщена с радиатором 19, фильтром 20 и заполнена жидкостью 5 так, что около половины объема цилиндров 1 заполнено газом над поршнями 2.
Компрессор диафрагмовый (фиг.2) содержит камеру 21 с диафрагмой 22, которая разделяет емкость камеры на две полости: полость 23 с газом и полость 24 с жидкостью 5. Полость с жидкостью этой камеры сообщена каналом 6 с входным-выходным каналом насоса 7. Полость с жидкостью второй такой же камеры сообщена каналом с другим входным-выходным каналом насоса 7. Верхняя коническая чашка камеры имеет впускной и выпускной пневмоклапаны 16, причем впускной пневмоклапан сообщен с ресивером, в котором давление газа поддерживают на уровне от 0,17…0,25 МПа и более. Диафрагма 22 делит емкость камеры на две полости 23 и 24.
Компрессор оппозитно-поршневой (фиг.3) содержит блок-корпус 25, в котором пневмоцилиндр 26, содержащий два поршня 27, соединен с двумя гидроцилиндрами 28, каждый из которых содержит поршень 29. Поршень пневмоцилиндра соединен штоком 30 с поршнем гидроцилиндра. Каждый шток проходит сквозь дренажную полость 31, расположенную между пневмоцилиндром и гидроцилиндрами. Полость 31 сообщена дренажным каналом с емкостью для сбора утечек жидкости. На фиг.3 дренажный канал и емкость для сбора утечек жидкости изображены пунктиром. Полости гидроцилиндров каналами 6 сообщены с входными-выходными каналами насоса 7, которые сообщены также между собой комплектом гидроаппаратов 32. Гидроцилиндры, насос и комплект гидроаппаратов заполнены маслом ВГМЗ ТУ 38-101479. Комплект гидроаппаратов 32 содержит бак 33, насос подпитки 34, фильтр 35, распределитель 36, клапаны 37, 17, 18 и радиатор 19. Насос 7, гидоцилиндры 28 и комплект гидроаппаратов 32 сообщены каналами 6.
Палец-регулятор 8 и вал насоса 7 связаны кинематически с электромотором 38 через механизм 10 циклически плавного регулирования рабочего объема насоса. Механизм 10 содержит редуктор 11 с червяком на ведущем валу 12 и колесом 13, а также кривошип 14 с шатуном 15. Шатун 15 соединен шарнирно с кривошипом и пальцем- регулятором 8, а вал насоса 7 соединен с валом электромотора 38 муфтами через ведущий вал 12, который является ведущим валом для вала насоса 7.
Вариант устройства - агрегат типа ДВС, например оппозитный двухтактный ДВС, имеет в стенках цилиндра 26 не пневмоклапаны 16, а окна для прямоточной продувки. Насос 7 и электромотор 38 имеют возможность работать также и в обратимом режиме, то есть как гидромотор 7 и электрогенератор 38. Для хода ДВС вне рабочего такта агрегат имеет маховик на валу 12. Кроме этого ДВС имеет и другие необходимые штатные системы двигателя: подачи топлива, газораспределения, охлаждения, смазки, запуска, контроля и другие.
Вариант устройства - агрегат объемного вытеснения, в котором кинематическую связь кривошипа 14 с пальцем-регулятором 8 выполняют механизмом с выстоем, в позиции наибольшего рабочего объема насоса 7.
Работает агрегат-компрессор поршневой следующим образом.
Пусть ДВС 9 через ведущий вал 12 вращают вал насоса 7, червяк на ведущем валу 12, колесо 13, кривошип 14, а шатуном 15 пальцу-регулятору 8 и наклонному блоку цилиндров насоса 7 сообщают гармонические колебания. Этим рабочий объем насоса и поток жидкости 5 между цилиндрами 1 гармонически плавно изменяют по направлению и скорости так, что в крайней верхней (и нижней) позиции скорость поршня 2 равна нулю. Если же он несколько раньше упрется в верхний торец цилиндра, то сработает клапан 17, а резиновая накладка на поршне амортизирует встречу.
Пусть воздух в цилиндр 1 поступает через впускной клапан 16 от ресивера, наполняемого центробежным компрессором под давлением 0,2 МПа. Выход воздуха возможен только через выпускной пневмоклапан 16. Утечки не возможны.
Работа диафрагмового компрессора не отличается от поршневого, но для высокого сжатия он существенно компактнее поршневого и проще.
Работа оппозитно-поршневого компрессора, учитывая изложенное выше, понятна из фиг.3. Он несколько сложнее, но благодаря насосу подпитки 34 предварительное сжатие газа для его работы не требуется, благодаря чему его используют и в первой ступени.
Работа ДВС, как агрегата объемного вытеснения, отличается от работы оппозитно-поршневого компрессора еще и обратимой работой насоса 7 в режиме насос-мотора и электромотора 38 в режиме электрогенератора. Работа агрегата как теплового двигателя не отличается от работы известных оппозитных двигателей, но большое поршневое усилие и большой ход поршня в длинном цилиндре позволяют многократно увеличить литраж, степень сжатия и сжигать тяжелые сорта жидкого топлива, а также размолотый в порошок уголь.
Итак, описанными выше агрегатами объемного вытеснения газ без утечек сжимают меньшим числом ступеней до сверхвысоких давлений большим усилием на поршне при меньших материалоемкости и габаритах, чем в известных. Возможно применение такого агрегата в ДВС сверхбольшого литража для работы на обычных моторных и тяжелых сортах жидкого топлива, на размолотом в порошок угле (работа на угле - главный пункт договора промышленников с Р. Дизелем на создание такого ДВС). Возможно также применение в различных устройствах с гармоническим движением рабочих элементов, например в прессах.