СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫМИ КЛАПАНАМИ УДАРОВ ПОРШНЕВЫХ ГРУПП О ТОРЦЫ ЦИЛИНДРОВ КОМПРЕССОРА И ЭНЕРГОМОДУЛЯ В КОМПРЕССОРЕ С ПРИВОДОМ ПОРШНЕЙ КОМПРЕССОРА СВОБОДНОПОРШНЕВЫМ ЭНЕРГОМОДУЛЕМ
METHOD OF PREVENTION BY GAS DISTRIBUTING VALVES OF PISTON GROUPS IMPACT AGAINST END FACES OF CYLINDERS OF COMPRESSOR AND POWER MODULE IN COMPRESSOR WITH DRIVE OF COMPRESSOR PISTONS BY FREE-PISTON POWER MODULE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области энергомашиностроения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Ближайший прототип заявленного изобретения - патент 2529267 «Способ амортизации ударных нагрузок газораспределительного клапана с электропневматическим приводом двигателя внутреннего сгорания». Реферат к патенту 2529267: «Изобретение относится к области газораспределения в двигателях внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение ресурса. Сущность изобретения заключается в том, что при открытии или закрытии клапана, в конце его движения, система управления отслеживает текущее положение и скорость клапана и подает команду на перевод золотника таким образом, чтобы воздух из пневмоаккумулятора начал поступать в противоположную полость привода поршня газораспределительного клапана. При этом скорость движения клапана уменьшается до величины, обеспечивающей безударный контакт. После этого система управления возвращает золотник переключения потока воздуха из пневмоаккумулятора в первоначально задаваемое открытое или закрытое положение».
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для предотвращения ударов поршневых групп о торцы цилиндров в любой свободнопоршневой машине необходим механизм, предотвращающий такие удары. Действие известных подобных механизмов основано на механических связях. Цель заявленного изобретения - достигнуть того же эффекта в свободнопоршневом компрессоре, исключив какие-либо механические связи.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Сущность заявленного изобретения поясняется на примере описания принципа действия свободнопоршневого компрессора с приводом поршней компрессора энергией газов из внешней камеры сгорания двухцилиндрового свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, в части касающейся заявленного изобретения. Компрессор действует следующим образом (см. чертеж). Система управления (на чертеже не показана) подает во внешнюю камеру сгорания (далее - камера сгорания 1) 1 топливо форсункой 2 и воспламеняет свечой зажигания 3. Продукты сгорания из камеры сгорания 1 по трубопроводу 4 через впускной клапан 5 поступают в правую (по чертежу) полость поршня 6 и через впускной клапан 7 в левую полость поршня 8, и под действием продуктов сгорания поршни начинают расходиться. Так как площадь правой поверхности поршня 6 больше площади его левой поверхности на разность площадей поперечного сечения штоков 9 и 10, то давление сжимаемого в левой полости поршня 6 воздуха будет больше, чем давление продуктов сгорания в его правой полости. Поэтому воздух из левой полости поршня 6 через обратный клапан 11 по трубопроводу 12 подается в камеру сгорания 1. Туда же форсункой 2 впрыскивается очередная доза топлива. Одновременно через обратный клапан 13 из атмосферы засасывается воздух в правую полость поршня 14, а из его левой полости через выпускной клапан 15 воздух (в дальнейшем отработавшие продукты сгорания) выбрасывается в атмосферу. По тем же причинам при движении поршня 8 сжимаемый в его правой полости воздух через обратный клапан 16 по трубопроводу 12 подается в камеру сгорания 1. Через обратный клапан 17 из атмосферы засасывается воздух в левую полость поршня 18, а из его правой полости через выпускной клапан 19 воздух (в дальнейшем отработавшие продукты сгорания) выбрасывается в атмосферу. После достижения поршнями точек крайнего расхождения система управления переводит впускные клапаны 5, 7, 20 21 и выпускные клапаны 15, 19, 22, 23 в противоположные положения. Теперь продукты сгорания и камеры сгорания 1 по трубопроводу 4 через впускной клапан 20 поступают в левую полость поршня 14 и через впускной клапан 21 в правую полость поршня 18, и поршни начинают сходиться. Через обратные клапаны 24 и 25 сжимаемый в правой полости поршня 14 и в левой полости поршня 18 воздух по трубопроводу 12 поступает во внешнюю камеру сгорания 1. Туда же форсункой 2 впрыскивается очередная доза топлива. Через обратные клапаны 26 и 27 из атмосферы засасывается воздух в левую полость поршня 6 и правую полость поршня 8. Из правой полости поршня 6 через выпускной клапана 22 и из левой полости поршня 8 через выпускной клапан 23 отработавшие продукты сгорания выбрасывается в атмосферу. Одновременно при расхождении поршней 6, 7, 14, 18, 28, 34 в полостях соединенных с ними поршней 28, 34 происходит сжатие газов - основная функция компрессора. Сжимаемый в левой полости поршня 28 газ через выпускной клапан 29 по трубопроводу 30 поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 33 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его правую полость. Соответственно сжимаемый в правой полости поршня 34 газ через выпускной клапан 35 по трубопроводу 30 поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 36 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его левую полость. По достижению поршнями крайних точек расхождения система управления переводит выпускные клапаны 29, 35, 37, 38 в противоположные положения. Теперь сжимаемый в правой полости поршня 28 газ через выпускной клапан 37 по трубопроводу 30 поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем в ресивер 32, а через обратный клапан 39 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его левую полость. Сжимаемый в левой полости поршня 34 газ через выпускной клапан 38 по трубопроводу 30 также поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем в ресивер 32, а через обратный клапан 40 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его правую полость. Сжатый в компрессоре газ из ресивера 32 по трубопроводу 41 подается потребителю.
Способ предотвращения газораспределительными клапанами ударов поршневых групп о торцы цилиндров компрессора и энергомодуля в компрессоре с приводом поршней компрессора свободнопоршневым энергомодулем состоит в следующем. Поршневая группа левого цилиндра включает поршни 6, 14, 28, а правая - поршни 8, 18, 34. При расхождении поршневых групп система управления на основании отслеживаемых мгновенных скоростей поршневых групп в каждом цилиндре определяет моменты времени закрытия выпускных клапанов 15, 19, при закрытии которых после прибытии поршневых групп в крайние точки движения их скорости окажутся равны нулю. При приближении поршневых групп к крайним точкам движения система управления в соответствии с алгоритмом закрывает выпускные клапаны 15 и 19. В результате выпуск отработавших продуктов сгорания из рабочих полостей поршней 14 и 18 прекращается. Давление оставшихся в полостях поршней 14 и 18 продуктов сгорания увеличивается, что приводит к их торможению и остановке в определенных алгоритмом конечных точках движения, что исключает удар поршневых групп о торцы цилиндров. В момент, близкий к остановке поршневых групп, система управления организует впускными 5, 7, 20, 21 и выпускными клапанами 15, 19, 22, 23, газообмен поступающих из внешней камеры сгорания 1 продуктов сгорания, обеспечивающий движение поршневых групп в противоположные крайние точки движения.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ предотвращения газораспределительными клапанами ударов поршневых групп о торцы цилиндров компрессора и энергомодуля в компрессоре с приводом поршней компрессора свободнопоршневым энергомодулем, включающего систему управления, два цилиндра с впускными и выпускными клапанами и внешнюю камеру сгорания, отличающийся тем, что поступление из внешней камеры сгорания через впускные клапаны в один из цилиндров, в каждом из которых оппозитно движутся поршневые группы в составе поршня компрессора и двух поршней энергомодуля с рабочими и компрессорными полостями, в рабочую полость одного поршня энергомодуля продуктов сгорания приводит в движение поршневую группу с выбросом в атмосферу отработавших продуктов сгорания из рабочей полости другого поршня энергомодуля, при этом система управления на основании отслеживаемой мгновенной скорости поршневой группы в каждом цилиндре закрывает выпускные клапаны, причем после прибытия поршневой группы в крайнюю точку движения скорость поршневой группы окажется равна нулю, и при приближении поршневой группы к крайней точке движения система управления закрывает выпускной клапан, в результате чего выпуск отработавших продуктов сгорания из рабочей полости поршня прекращается, и давление оставшихся в силовой полости поршня продуктов сгорания увеличивается, что приводит к торможению и остановке поршневой группы в конечной точке движения, что исключает удар поршневой группы о торец цилиндра, и в момент, близкий к остановке поршневой группы, система управления организует впускными и выпускными клапанами газообмен поступающих из внешней камеры сгорания продуктов сгорания, обеспечивающий движение поршневой группы в противоположную крайнюю точку движения.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Затраты на НИОКР и производство заявленного изобретения не могут значительно отличаться от таковых при проектировании и отработки классических компрессоров.
ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
Фигура 1. Принципиальная схема свободнопоршневого с оппозитным движением поршней компрессора с приводом энергией газов из внешней камеры сгорания. 1 - внешняя камера сгорания; 2 - форсунка; 3 - свеча зажигания; 4, 12, 30, 41 - трубопровод; 5, 7, 20, 21 - впускной клапан; 15, 19, 22, 23, 29, 35, 37, 38 - выпускной клапан; 6, 8, 14, 18, 28, 34 - поршень; 9, 10 - шток; 11, 13, 16, 17, 24, 25, 26, 27, 33, 36, 39 40 - обратный клапан; 31 - радиатор; 32 - ресивер.