ВСТРЕЧНО ПОРШНЕВОЙ ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ ДЕТАНДЕР-КОМПРЕССОР

Полезная модель относится к холодильной промышленности, а именно к моделям компрессоров объемного действия и поршневым расширительным машинам.
Из существующего уровня данной техники известны: поршневой оппозитный двухцилиндровый бескривошипный бесклапанный детандер с вращающимися поршнями Патент Российской Федерации на Полезную модель RU 170618 U1 (от 26.07.2016 г.) МПК F01B 3/08, F01B 9/06 (Фиг. 1.) (1) и поршневая машина Патент Российской Федерации на Изобретение RU 2336419 С1 (от 05.02.2007 г.) МПК F01B 3/08 (Фиг. 1.) (2), которые приняты за прототипы. В прототипах, как и в заявленном устройстве, расширение и выталкивание газа происходит в цилиндро-поршневой группе. В прототипе (1), в отличие от представленного решения отсутствуют поршни второй ступени компрессора. В прототипе (2), в отличии от представленного решения присутствует неподвижный полый вал и золотниковое устройство. Недостатком прототипа (1) являются ограниченная сфера применения в холодильной промышленности. Недостатком прототипа (2), является малая надежность, вследствие того, что присутствует золотниковое устройство, при износе подверженное выходу из строя, препятствующее получению технического результата, который обеспечивается полезной моделью.
Задачей, на решение которой, направлено заявляемое решение является возможность расширить арсенал технических средств, область применения, а также уменьшения массы, габаритов и металлоемкости, повышение надежности конструируемых детандер-компрессоров.
Для решения поставленной задачи (достижения указанного выше технического результата) была применена конструкция в виде цилиндров (4, 5), поршней (10, 11, 12, 13), вала (14), отличающаяся тем, что включает в себя четыре поршня (10, 11, 12, 13) с синусоидальной бесконечной канавкой (39, 46), по периметру юбки, П-образным профилем юбки, два из которых (10, 11) с возможностью установки пальцев (20, 21) и П-образным профилем днища поршней, с расположенными в них окнами (48, 49, 50, 51, 52, 53) помещенных в цилиндры (4, 5), соединенных между собой валом (14), с помощью поршневых пальцев (20, 21) и шлицов (60, 61), на котором установлен ротор (15), закрытых нижней (8, 9) и верхней (6, 7) головками цилиндров. В синусоидальные бесконечные канавки (39, 46), по периметру юбок поршней, могут устанавливаться пальцы (62, 63), задающие вращательное и встречно-поступательное движение поршней (10, 11, 12, 13) вдоль оси цилиндров (4, 5). Поршни (10, 11) с П-образной юбкой, могут соединяться с днищем поршней (12, 13) и нижними головками (8, 9) цилиндров, при этом образовывая рабочие камеры первой и второй ступеней компрессора. Впускные (49), выпускные (48) окна в П-образных днищах поршней (10, 11) и всасывающие (53, 50), нагнетательные (51, 52) окна в П-образных юбках поршней (10, 11, 12, 13), за счет вращательно-поступательного движения, могут соединяться с впускными (24, 25), выпускными (26, 27) каналами детандера и всасывающими (28, 29, 32, 33), нагнетательными (30, 31, 34, 35) каналами первой и второй ступеней компрессора. Вал (14) может иметь шлицы (60, 61) с трапецеидальным профилем для соединения с поршнями (12, 13) и продольные канавки (41, 42) с возможностью установки пальцев (22, 23). Цилиндры (4, 5) детандер-компрессора могут иметь верхние (6, 7) и нижние (8, 9) головки цилиндров.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является уменьшение габаритных размеров детандер-компрессора за счет оригинальной конструкции юбок поршней (10, 11, 12, 13) и расположенных в них синусоидальными бесконечными канавками (39, 46) по периметру юбок, повышения надежности за счет отсутствия всасывающих и нагнетательных клапанов.
Конструктивные особенности поясняются чертежами:
На фиг. 1 изображен детандер-компрессор в разрезе, состоящий из рамы 1, станин 2 и 3, в которых располагаются впускные 24, 25 и выпускные 26, 27 каналы детандера, всасывающие 28, 29 и нагнетательные 30, 31 каналы первой ступени компрессора, всасывающие 32, 33 и нагнетательные 34, 35 каналы второй ступени компрессора, цилиндров 4 и 5, верхних 6, 7 и нижних 8, 9 головок цилиндров, вала 14, ротора 15, статора 16, поршней 10, 11 и 12, 13, промежуточных теплообменников (холодильников) 18, 19, поршневых пальцев 20, 21, клеммной коробки 17.
На фиг. 2 изображен поршень 10, состоящий П-образных днища 36 и юбки 37, в днище 36 поршня расположены пазы 38 для установки компрессионных колец, синусоидальной бесконечной канавки 39, отверстия 40 для установки поршневого пальца.
На фиг. 3 изображен вал 14, в котором располагаются продольные отверстия 41, 42 для установки пальцев 22, 23, соединяющие вал 14 и ротор 15, отверстия 43, 44 для установки поршневых пальцев 20, 21, шлицы 60, 61.
На фиг. 4 изображен поршень 12, состоящий П-образного днища 45, сквозного шлицевого отверстия с трапецеидальным профилем 47, для передачи вращательного движения от вала 14.
На фиг. 5 изображена развертка поршня 10, в котором располагаются: синусоидальная бесконечная канавка 39, впускное 49 и выпускное 48 окна детандера, всасывающее 50 и нагнетательное 51 окна первой ступени компрессора.
На фиг. 6 изображена развертка поршня 12, в котором располагаются: синусоидальная бесконечная канавка 46, всасывающее 53 и нагнетательное 52 окна второй ступени компрессора.
На фиг. 7 изображена развертка цилиндра 4, в котором располагаются впускные 54 и выпускные 55 окна детандера, всасывающие 57 и нагнетательные 56 окна первой ступени компрессора, всасывающие 58 и нагнетательные 59 окна второй ступени компрессора.
Раскрытие и осуществление полезной модели:
Первым существенным признаком, достаточным для достижения указанного выше технического результата, являются поршни с П-образной юбкой, с расположенными в них всасывающими и нагнетательными окнами, синусоидальная бесконечная канавка по периметру юбки поршней, нижние головки цилиндров, всасывающие и нагнетательные каналы цилиндров, вал со шлицами, ротор.
Вторым существенным признаком является вращательное и встречно-поступательное движение поршней.
Устройство работает следующим образом. При поступлении электрического тока в обмотку статора, ротор задает стартовое движение валу с поршнями, в результате чего, за счет впускных и выпускных окон в П-образном днище поршней, которые периодически попеременно соединяются с впускными и выпускными каналами детандерной части, происходит наполнение и расширение газа в рабочих камерах, так же за счет всасывающих и нагнетательных окон в П-образной юбке поршней, которые периодически попеременно соединяются со всасывающими и нагнетательными каналами компрессорной части, происходит всасывание, сжатие и нагнетание газа в рабочих камерах первой и второй ступеней. Газ после первой ступени сжатия поступает на всасывание второй ступени через промежуточный теплообменник (холодильник). При выходе на режим, подача электрического тока в обмотку статора прекращается. За один оборот вала, поршни совершают два полных вращательно-поступательных движения, обеспечивающих два наполнения, расширения, выталкивания в рабочих камерах детандерной части и два полных всасывания, сжатия, нагнетания в рабочих камерах первой и второй ступеней компрессорной части.