ПОРШНЕВОЙ ДЕТАНДЕР
PISTON DETANDER

Изобретение относится к поршневым расширительным машинам и может быть использовано в холодильной и криогенной технике.
Известен свободнопоршневой детандер - компрессор, содержащий корпус детандер - компрессора, в котором размещены детандерный и компрессорный поршни и синхронизирующий механизм, при этом поршень детандера помещен в сквозном центральном отверстии поршня компрессора, а синхронизирующий механизм выполнен а виде установленных в корпусе симметрично его оси двух шестерен, взаимодействующих с рейками. (см. патент SU 231561 А1) Известная конструкция обладает рядом существенных недостатков:
- она может быть применена только в установках холодильной техники;
- необходимость применения для преобразования мощности, создаваемой детандером, высокообъемной компрессорной ступени:
- ненадежная механическая система синхронизации.
Известна конструкция свободнопоршневого детандер - компрессора, содержащего корпус, в средней части которого размещен детандерный цилиндр, а с торцов цилиндра компрессорные цилиндры с поршневыми блоками и устройство синхронизации движения поршневых блоков, которое выполнено в виде размещенных на корпусе силовых и сигнальных соленоидов, устройства сравнения и блоков управления, электрически связанных между собой. (см. патент SU 1305506 А1). Несмотря на то что в данной конструкции исключен механический синхронизатор движения поршневых блоков, ее отличает сложность как самого детандер - компрессора и электромагнитной системы управления.
Известен поршневой детандер, содержащий детандерную и компрессорную тормозную ступень, которые соединены с помощью кривошипно-шатунного механизма, выполненного в виде шарнирно-сочлененных под углом 120°-160° шатунов, один из которых соединенный с поршнем детандера, выполнен прицепным (см. патент SU 623066 А1). В данной конструкции хотя и удается добиться уменьшения веса, однако применение для синхронизации работы поршней обеих ступеней кривошипно-шатунного механизма значительно усложняют конструкцию, а так же снижают надежность ее работы.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является, поршневой детандер, содержащий цилиндр, поршень со штоком и органы газораспределения. (см. А.М. Архаров и И.К. Гуткевич «Машины низкотемпературной техники» Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана 2011 стр. 120-122, рис. 3.40).
Несмотря на то, поршневой детандер обладает возможностью регулирования его производительности за счет изменения числа оборотов электродвигателя, работающего в генераторном режиме, он отличается как сложностью, а также ненадежностью в работе, большим весом и габаритами.
Цель изобретения - упрощение конструкции поршневого детандера.
Поставленная задача достигается тем, что в поршневом детандере, содержащим цилиндр, поршень со штоком и органы газораспределения, на цилиндре установлен линейный электрогенератор, магнитный поршень которого соединен со штоком поршня, при этом в цилиндре установлено уплотнение штока поршня и выполнены каналы, сообщающие полость под магнитным поршнем линейного электрогенератора с атмосферой. Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся совокупными признаками идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, следовательно, оно соответствует критерию новизна. Конструктивная схема поршневого детандера показана чертеже. Поршневой детандер содержит цилиндр 1, в котором выполнены органы газораспределения, выполненные в виде впускных окон 2, выпускных окон 3 и окна 4 отвода утечек рабочего газа. В цилиндре 1 установлен поршень 5 со штоком 6 и в поршне 5 выполнен впускной канал 7. На цилиндре 1 установлен линейный электрогенератор 8, магнитный поршень 9 которого соединен со штоком 6 поршня 5, при этом в цилиндре 1 установлено уплотнение 10 штока 6 поршня 5 и выполнены каналы 11, сообщающие полость 12 под магнитным поршнем 9 линейного электрогенератора 8 с атмосферой. Электронная система управления поршневым детандером на чертеже не показана.
Работа поршневого детандера происходит следующим образом. Возвратно-поступательное движение поршня 5 со штоком 6 осуществляется с помощью линейного электрогенератора 8, магнитный поршень 9 которого соединен со штоком 6, при этом необходимый закон перемещения поршня 5 создается и изменяется электронной системой управления, которая в силу обратимости линейного электрогенератор 8 обеспечивает его работу, как в генераторном, так и в двигательном режиме. В момент нахождения поршня 5 в нижней мертвой точке (НМТ) сжатый рабочий газ через впускные окна 2 и впускной канал 7, выполненный в поршне 5, поступает в цилиндр 1, где вначале происходит заполнение, а затем после перекрытия поршнем 5 впускных окон 2 - расширение рабочего газа в цилиндре 1, которое заканчивается после передвижения поршня 5 в верхнюю мертвую точку (ВМТ), при этом в процессе передвижения поршня 5 от НМТ в ВМТ в линейном электрогенераторе 8 осуществляется преобразование энергии наполнения и расширения рабочего газа в цилиндре 1 в электрическую энергию. В ВМТ поршень 5 открывает выпускные окна 3 и происходит выпуск рабочего газа из цилиндра 1. Для движения поршня 5 от ВМТ в НМТ линейный электрогенератор 8 переходит в режим работы линейного электродвигателя, так как при движении поршня 5 происходит сжатие рабочего газа, оставшегося в цилиндре 1. Когда поршень 5 возвратится в НМТ рабочий цикл поршневого детандера повторяется. Утечки рабочего газа через поршневое уплотнение выводятся в окно 4. Для того, чтобы исключить сжатие воздуха в полости 12 при движении поршня 5 от ВМТ в НМТ, в цилиндре 1 выполнены каналы 11, сообщающие полость 12 под магнитным поршнем 9 линейного электрогенератора 8 с атмосферой. Так как в качестве рабочей среды для работы детандера могут использоваться различные криогенные газы, то для их герметизации в цилиндре 1 установлено уплотнение 10 штока 6.
Как видно из описания устройства и работы, предлагаемое техническое решение позволяет упростить конструкцию поршневого детандера. Сравнение существенных признаков предлагаемого и уже известных решений дает основание считать, что предлагаемое техническое решение отвечает критериям «изобретательский уровень» и «промышленная ПРИМЕНЯЕМОСТЬ».