ПОРШНЕВАЯ РАСШИРИТЕЛЬНАЯ МАШИНА
PISTON EXPANSION MACHINE

Изобретение относится к машиностроению, а именно к машинам объемного действия, в частности к поршневым расширительным машинам, и может быть использовано как в качестве детандера, например, в холодильной технике, в качестве пневмодвигателя в горной промышленности для привода погрузочных машин, лебедок и др., автомобильного двигателя или в качестве газового двигателя в химической и газовой промышленности.
Известна конструкция поршневой расширительной машины, имеющая цилиндр, в стенках которого выполнены выхлопные окна для выпуска расширившегося воздуха, поршень, механизм газораспределения, выполненный в виде нормально открытых впускных клапанов с запорным элементом в виде подпружиненного кольца (RU 13060 U1, 20.03.2000).
Недостатком указанной расширительной машины является невысокая эффективность работы, связанная с большой инерционностью запорных элементов, низкая частота вращения вала.
Известна конструкция поршневой расширительной машины, содержащая цилиндр с поршнем и выхлопными окнами, впускной штуцер, крышку цилиндра, самодействующий нормально открытый впускной клапан с запорным упругим пластинчатым элементом, консольно закрепленным между ограничителем подъема и клапанной доской, содержащий регулировочный и направляющий подпружиненный винты, установленные в нижней части крышки цилиндра (RU 2183288 C2, 10.06.2002).
Недостатком указанной конструкции расширительной машины является снижение эффективности работы при изменении давления сжатого газа на входе, поддержание которого на достаточном уровне обеспечивается регулированием высоты подъема запорного элемента путем перемещения ограничителя подъема относительно клапанной доски, для чего требуется остановка и частичная разборка машины со снятием крышки цилиндра.
Задачей настоящего изобретения является устранение указанного недостатка, повышение эффективности работы поршневой расширительной машины при переменных давлениях сжатого газа на входе.
Указанная задача может быть достигнута за счет того, что в известной расширительной машине, содержащей цилиндр с поршнем и выхлопными окнами, впускной штуцер, крышку цилиндра, самодействующий нормально открытый впускной клапан с запорным элементом, подпружиненный ограничитель подъема, закрепленный между ограничителем подъема и клапанной доской в нижней части крышки цилиндра направляющими винтами, верхняя часть крышки цилиндра снабжена штангой-толкателем, обеспечивающим перемещение ограничителя подъема запорного элемента впускного клапана относительно клапанной доски.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен продольный разрез поршневой расширительной машины с запорным элементом, выполненным в виде подпружиненной кольцевой пластины, на фиг.2 - продольный разрез поршневой расширительной машины с запорным элементом, выполненным в виде упругой пластины.
Поршневая расширительная машина содержит цилиндр 1, внутри которого размещен поршень 2, связанный с кривошипно-шатунным механизмом (не показан). Цилиндр 1 имеет выхлопные окна 3, размещенные равномерно по окружности цилиндра, выполненные, например, в виде круглых отверстий. В нижней части крышки 4 располагается нормально открытый впускной клапан с запорным элементом в виде подпружиненного кольца 5 (фиг.1) или упругой пластины 6 (фиг.2), ограничитель подъема 7, седло 8 с отверстиями 9 для прохода газа. Для обеспечения возможности регулирования впускной клапан содержит направляющие винты 10, ввернутые по резьбе в седло 8, и пружины 11, установленные в отверстиях 12. Ограничитель подъема 7 упирается в штангу-толкатель 13, способную перемещаться относительно, например, сальника 14, размещенного в верхней части крышки 4.
Поршневая расширительная машина работает следующим образом. Сжатый газ поступает в цилиндр 1 через нормально открытый впускной клапан. Поршень 2 при этом находится в верхней мертвой точки, и выхлопные окна 3 перекрыты. При истечении газа в зазоре между седлом 8 и запорным элементом, выполненным в виде подпружиненного кольца 5 или упругой пластины 6, по мере перемещения поршня 2 происходит нарастание перепада давлений над запорным элементом и под ним. Запорный элемент 5 или 6, преодолевая упругие силы пружины или силы, возникающие в нем, закрывается, перекрывая истечение сжатого газа в цилиндр 1 через отверстия 9 в седле 8. Попавшая в цилиндр порция сжатого газа оказывает давление на поршень и при его перемещении расширяется с понижением температуры и совершением работы. При открытии поршнем 2 в нижней мертвой точке выпускных окон 3 расширившийся и охлажденный газ выталкивается в магистраль низкого давления и направляется потребителю.
Отработанный газ, оставшийся в полости цилиндра, при обратном ходе поршня к верхней мертвой точке выталкивается вначале через открытые 4 выхлопные окна, а затем, после их закрытия, сжимается. При достижении величины давления сжатого газа в цилиндре, равной давлению на входе в поршневую расширительную машину, запорный элемент 5 или 6 под действием упругих сил открывается, цикл повторяется.
Механизм регулирования высоты подъема работает следующим образом. Пружины 11 удерживают в приподнятом состоянии ограничитель подъема 7, упираясь в отверстиях 12 седла 8. При перемещении штанги-толкателя 13, например, в сальнике 14, размещенном в верхней части крышки 4, изменяется расстояние между ограничителем подъема 7 и седлом 8.
Присоединение к коленчатому валу (кривошипу) нескольких цилиндров с цилиндро-поршневыми группами позволит обеспечить равномерное вращение коленчатого вала, необходимое для привода рабочих органов исполнительных механизмов.
Перемещение штанги относительно крышки цилиндра может быть обеспечено, например, посредством пары трения с сальником, винтовой пары либо другим устройством.
Нормально открытые самодействующие впускные клапаны в крышке цилиндра могут быть выполнены в виде запорного элемента, подвешенного на пружине растяжения (см. RU №2097576 C1, 27.11.1997), подпружиненного кольца с ограничителем (см. RU №11312 U1, 31.12.1998), в виде упругих элементов, параллельных потоку газа, и ограничителей, консольно закрепленных в пакет (см. RU №38852 U1, 03.03.2004).
Предложенное техническое решение позволяет регулировать внешние параметры и эффективность работы расширительной машины при изменении давления сжатого газа на входе.