МАШИНА ОБЪЕМНОГО ДЕЙСТВИЯ
MACHINE OF POSITIVE DISPLACEMENT ACTION

Изобретение относится к области насосо- и компрессоростроения и может быть использовано при создании поршневых машин объемного действия, предназначенных для сжатия и подаче потребителю одновременно или попеременно жидкостей и газов.
Известна машина объемного действия, содержащая цилиндр и дифференциальный поршень со штоком, причем нижняя часть цилиндра заполнена жидкостью, а верхняя - газом (см., например, АС СССР №1078126 по заявке 3513877/25-06, кл. F04В 39/06, опубл. 07.03.84, Бюл. №9).
Известна также машина объемного действия, содержащая картер, цилиндр с размещенным в нем дифференциальным поршнем, соединенным с крейцкопфом, имеющим направляющую часть, и разделяющим цилиндр на верхнюю компрессорную и нижнюю насосную полости, которые соединены с источником и потребителем соответственно газа и жидкости с помощью обратных самодействующих газовых и жидкостных клапанов (см. патент РФ №118371, МКИ F04В 19/06 от 20.07.2012).
Недостатком известных конструкций являются большие габариты (растянутость) вдоль оси поршня, что вызывает вибрацию цилиндропоршневой группы в поперечном относительно оси поршня направлении, которая способствует повышению износа и снижению работоспособности конструкции, а также сложности с размещением машины в отсеках мобильных установок, например, в моторном отсеке автомобиля.
Задачей изобретения является повышение работоспособности машины объемного действия и снижение ее габаритов.
Указанная задача решается тем, что продольные сечения поршня и направляющей крейцкопфа выполнены П-образными с образованием внутренней и наружной цилиндрических поверхностей, причем внутренняя поверхность поршня выполнена в виде ответной части наружной направляющей поверхности крейцкопфа.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 изображено продольное сечение цилиндропоршневой группы предлагаемого устройства, а на фиг.2 - то же самое, но с дополнительным устройством для активного охлаждения цилиндра с целью повышения экономичности работы компрессорной полости.
Машина объемного действия (фиг.1) состоит из цилиндра 1 с дифференциальным П-образным в продольном сечении поршнем 2, который делит цилиндр 1 на две полости - 3 (насосную) и 4 (компрессорную). Внутренняя часть поршня 2 сопряжена с минимальным зазором с наружной поверхностью П-образной в продольном сечении направляющей части крейцкопфа 5, который имеет внутреннюю направляющую часть, вдоль которой скользит сам крейцкопф 6, шарнирно соединенный с шатуном 7 кривошипно-шатунного привода машины, и соединенный с поршнем 2 через шток 8. Поршень 2 имеет в верхней части поршневое уплотнение 9, а направляющая крейцкопфа 5 - уплотнение 10, предотвращающее попадание рабочей жидкости из насосной полости 3 в картер кривошипно-шатунного привода (на рисунках не показан). Канал 11 соединяет внутреннюю полость 12 поршня 2 с линией всасывания. Самодействующие обратные газовые клапаны 13 и 14 служат для организации работы компрессорной полости 4, а такие же жидкостные клапаны 15 и 16 - для организации работы насосной полости 3. Кольцевая жидкостная полость 17 соединена с насосной полостью 3 и через нагнетательный жидкостный клапан 15 - с потребителем жидкости.
Машина объемного действия работает следующим образом (фиг.1).
При возвратно-поступательном перемещении крейцкопфа 6, приводимого в движение шатуном 7 от кривошипно-шатунного механизма, происходит изменение объемов компрессорной полости 4 и насосной полости 3, в результате чего газ всасывается в полость 4, сжимается там и нагнетается потребителю газа, а жидкость всасывается в полость 3, сжимается в ней и подается потребителю жидкости.
При этом в машине практически отсутствуют утечки сжатого газа, т.к. даже если он прорвется через кольцевое уплотнение 9, он в течение сравнительно кратковременного времени процесса сжатия и нагнетания не может успеть вытеснить жидкость из узкого протяженного зазора между наружной поверхностью поршня 5 и внутренней поверхностью цилиндра 1, и жидкость, находящуюся в чрезвычайно малом и протяженном зазоре между внутренней поверхностью поршня 2 и наружной поверхностью направляющей 5 крейцкопфа 6.
В то же время жидкость, имеющая динамическую вязкость на порядки большую, чем газ, не может в процессе сжатия и нагнетания преодолеть кольцевое уплотнение 9, а незначительные утечки через гладкую узкую длинную щель между наружной поверхности направляющей 5 крейцкопфа 6 и внутренней поверхностью поршня 2 эвакуируются из подпоршневого пространства через канал 11 в линию всасывания, предотвращая попадание рабочей жидкости в картер машины.
Конструкция, изображенная на фиг.2 работает аналогично вышеописанной. Отличие от последней состоит в том, что рабочая жидкость, имеющая низкую температуру, нагнетается потребителю через полость 17, окружающую цилиндр 1, что приводит к снижению температуры последнего, увеличению количества теплоты, отводимой от газа в процессе сжатия, и, таким образом, повышению КПД машины.
Таким образом, предложенная конструкция машины объемного действия при высокой герметичности рабочих полостей, обеспеченной, прежде всего, большой протяженность уплотняющих щелей вдоль оси цилиндра, имеет габариты цилиндропоршневой группы вдоль оси цилиндра как минимум на длину поршня меньшие, чем у известной конструкции, что повышает ее устойчивость, снижает амплитуду вынужденных колебаний цилиндропоршневой группы, что, в свою очередь, повышает работоспособность конструкции.