Парогазовый поршневой двигатель

Классификация по МПК: F01B

Патентная информация
Патент на изобретение №: 
2330160
Дата публикации: 
Воскресенье, Июль 27, 2008
Начало действия патента: 
Четверг, Декабрь 7, 2006

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в силовых установках для производства электроэнергии на подвижных и стационарных электростанциях небольшой мощности. Парогазовый поршневой двигатель содержит источник питания, силовой цилиндр, поршень со штоком, установленные в цилиндре с образованием штоковой и поршневой полостей, ресивер высокого давления, распределительное устройство, выполненное в виде двухпозиционного дифференциального золотника, ресивер низкого давления и вспомогательный дифференциальный цилиндр. Ресивер высокого давления сообщается со штоковой полостью через отверстие в силовом цилиндре, закрываемое торцем поршня при расположении последнего в исходном положении. Управляющая полость дифференциального золотника через пусковой клапан и регулируемый дроссель подключена к штоковой полости силового цилиндра. Поршневая полость вспомогательного дифференциального цилиндра постоянно сообщена с ресивером низкого давления. Двухпозиционный золотник выполнен четырехлинейным. Вход его соединен с источником питания, первый выход - с поршневой полостью силового цилиндра, второй выход - с ресивером низкого давления, а канал сброса подключен к штоковой полости вспомогательного цилиндра. Техническим результатом является увеличение КПД. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.


Изобретение относится к области машиностроения (малой энергетике) и может быть использовано в силовых установках для производства электроэнергии на подвижных и стационарных электростанциях небольшой мощности.

Известен поршневой двигатель возвратно-поступательного действия, содержащий корпус, поршень со штоком, установленные с образованием поршневой и штоковой полостей, соединенных между собой каналом, в котором установлен дроссель, при этом штоковая полость постоянно соединена с источником питания (см. а.с. №1245773). Простота конструкции, малый вес, надежность в работе выгодно отличают данный двигатель от известных, однако небольшая мощность и низкий КПД ограничивают применение его в промышленности.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является поршневой двигатель ударного механизма (а.с. №850370), на базе которого создан предлагаемый парогазовый поршневой двигатель. Он содержит источник питания, силовой цилиндр, поршень со штоком, установленные с образованием поршневой и штоковой полостей, ресивер, сообщающийся со штоковой полостью через отверстие в цилиндре, закрываемое торцом поршня при расположении последнего в исходном положении, распределительное устройство, выполненное в виде двухпозиционного золотника, управляющая полость которого через пусковой клапан и регулируемый дроссель подключена к штоковой полости силового цилиндра. Известный двигатель обеспечивает непрерывное возвратно-поступательное движение поршня, причем холостой ход его совершается с минимальным расходом энергоносителя без сброса его в атмосферу из штоковой полости и ресивера. Этим он выгодно отличается от известных в технике поршневых двигателей подобного типа. Недостатком является недостаточно высокий КПД использования энергоносителя, так как последний, не совершая полезной работы, из поршневой полости уходит в атмосферу.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является увеличение КПД поршневого двигателя.

Технический результат достигается тем, что поршневой двигатель, содержащий источник питания, силовой цилиндр, поршень со штоком, установленные в цилиндре с образованием штоковой и поршневой полостей, ресивер высокого давления, сообщающийся со штоковой полостью через отверстие в цилиндре, закрываемое торцом поршня при расположении последнего в исходном положении, распределительное устройство, выполненное в виде двухпозиционного золотника, управляющая полость которого через пусковой клапан и регулируемый дроссель подключена к штоковой полости силового цилиндра, в соответствии с изобретением снабжен ресивером низкого давления и вспомогательным дифференциальным цилиндром, поршневая полость которого постоянно сообщена с ресивером низкого давления, а двухпозиционный золотник выполнен четырехлинейным, причем вход его соединен с источником питания, первый выход - с поршневой полостью силового цилиндра, второй выход - с ресивером низкого давления, а канал сброса подключен к штоковой полости вспомогательного цилиндра.

Кроме того, ресивер высокого давления в предлагаемом двигателе может быть снабжен несколькими каналами, соединенными с отверстиями в боковой стенке гильзы цилиндра, перекрываемыми поршнем в момент возвращения последнего в исходное положение.

Кроме этого, вспомогательный цилиндр также может быть снабжен каналами, соединяющими штоковую полость цилиндра с ресивером низкого давления в момент прихода поршня в крайнее правое положение.

Изобретение поясняется чертежом, на котором схематично изображен парогазовый поршневой двигатель.

Двигатель содержит источник питания 1, силовой цилиндр 2, поршень 3 со штоком, разделяющие цилиндр на поршневую 4 и штоковую 5 полости, ресивер 6 высокого давления, который сообщается со штоковой полостью 5 через отверстие 7, двухпозиционный дифференциальный золотник 8, управляющая полость которого через пусковой клапан 9 и регулируемый дроссель 10 подключена к штоковой полости 5 силового цилиндра 2, в боковой стенке гильзы которого выполнено несколько отверстий 11, постоянно соединенных с ресивером 6 при помощи каналов 12. Кроме того, предлагаемый двигатель снабжен вспомогательным цилиндром 13, разделенным поршнем 14 на штоковую 15 и поршневую 16 полости, причем последняя постоянно сообщена с ресивером 17 низкого давления, а штоковая полость 15 подключена к каналу сброса 18 четырехлинейного двухпозиционного золотника 8, вход которого соединен с источником питания 1, один из выходов - с поршневой полостью 4 силового цилиндра 2, другой выход - с ресивером 17 низкого давления. Кроме этого, вспомогательный цилиндр 13 снабжен каналами 20 и отверстиями 19, при помощи которых ресивер 17 низкого давления может соединяться со штоковой полостью 15 в момент прихода поршня 14 в правое положение.

Парогазовый поршневой двигатель работает следующим образом.

В исходном положении золотник пускового клапана 9 находится в верхнем положении, соединяя при этом управляющую полость двухпозиционного золотника 8 с источником питания 1, благодаря чему поршневая полость 4 силового цилиндра 2 соединена с источником питания 1, а штоковая полость 15 вспомогательного цилиндра 13 соединена с ресивером 17 низкого давления. По этой причине оба поршня 3 и 14 силового и вспомогательного цилиндров 2 и 13 находятся в крайнем левом положении.

Давление в штоковой полости 5 силового цилиндра 2 равно давлению ресивера низкого давления 17, так как она постоянно с ним связана через микродроссель 21.

С переводом золотника в пусковом клапане 9 в нижнее положение управляющая полость золотника 8 соединяется через регулируемый дроссель 10 со штоковой полостью 5 силового цилиндра 2, в результате чего давление под левым торцом золотника 8 падает, и он, перемещаясь в крайнее левое положение, соединяет поршневую полость 4 силового цилиндра 2 со штоковой полостью 15 вспомогательного цилиндра 13. Под действием высокого давления сжатого газа (пара), находящегося в поршневой полости 4 силового цилиндра 2, поршень 14 начинает двигаться в правое положение, совершая рабочий ход, после завершения которого штоковая (рабочая) полость 15, а значит, и поршневая полость 4 силового цилиндра 2, соединяются через отверстия 19 и каналы 20 с ресивером 17 низкого давления. Когда давление в поршневой полости 4 снизится до давления, близкого к давлению в ресивере 17, и нарушится неравенство сил, действующих на поршень 3 со стороны ресивера 6 и поршневой полости 4, поршень 3 (с учетом нагрузки и давления сжатого газа (пара) в ресивере 17) совершает рабочий ход, при этом сжатый газ (пар) из ресивера 6 и штоковой полости 5, поступая через регулируемый дроссель 10 в управляющую полость золотника 8, перемещает его в крайнее правое положение, в результате чего поршневая полость 4 силового цилиндра 2 соединяется с источником питания 1, а штоковая полость 15 вспомогательного цилиндра 13 - с ресивером 17 низкого давления. Из-за разности площадей, находящихся под давлением сжатого газа (пара), оба поршня, одновременно двигаясь влево, совершают холостой ход. С приходом поршня 3 в первоначальное положение последний торцом и боковой поверхностью перекрывает отверстия 7 и 11, соединяющие ресивер 6 со штоковой полостью 5. Давление в ней падает и становится равным давлению газа (пара) в ресивере 17, вследствие чего золотник 8 вновь перемещается в крайнее левое положение, соединяя поршневую полость 4 силового цилиндра со штоковой полостью 15 вспомогательного цилиндра 13, обеспечивая тем самым непрерывное автоматическое возвратно-поступательное движение обоих поршней с необходимой частотой, определяемой настройкой дросселя 10.

Особенности конструкции, работы и применения предлагаемого парогазового поршневого двигателя заключаются в следующем.

Двигатель состоит из двух ресиверов (высокого и низкого давления) и двух силовых цилиндров (основного и вспомогательного), связанных между собой распределительным устройством, выполненным в виде двухпозиционного золотника, управляющая полость которого через пусковой клапан и регулируемый дроссель подключена к штоковой полости основного цилиндра.

Переключение золотника с одной позиции на другую осуществляется автоматически за счет падения (повышения) давления в штоковой полости основного цилиндра, благодаря чему оба цилиндра, действуя в паре, вступают в автоматический режим работы поршней с необходимой частотой, определяемой настройкой регулируемого дросселя. Связь обоих цилиндров с рабочим валом, на котором установлены маховик и электрогенератор, осуществляется при помощи обгонных устройств (условно не показаны).

Сначала работает вспомогательный цилиндр, совершая рабочий ход, после завершения которого автоматически вступает в работу основной цилиндр, поршень которого делает рабочий ход, с окончанием которого оба поршня из-за разности площадей, находящихся под давлением сжатого пара (газа), одновременно двигаясь в первоначальное положение, совершают холостой ход с минимальным расходом энергоносителя, поступающего от источника питания и ресивера высокого давления.

Наличие ресивера высокого давления улучшает технические характеристики предлагаемого двигателя. Чем больше ресивер и чем больше суммарный условный проход отверстий, соединяющих ресивер со штоковой полостью основного цилиндра во время совершения им рабочего хода, тем выше КПД и мощность предлагаемого парогазового двигателя. Однако главной причиной значительного увеличения КПД является присутствие в двигателе дополнительного цилиндра, полезная работа которого осуществляется за счет энергии пара (газа), находящегося в поршневой полости основного силового цилиндра. С наибольшим эффектом предлагаемый двигатель может быть использован в промышленных установках утилизации энергии магистрального газа, когда функции ресивера высокого давления выполняет магистральный газопровод с давлением газа в нем 50-60 кг/см, а ресивер низкого давления - потребитель, которому необходимо давление газа 5-7 кг/см. Более подробно этот случай описан в статье "Дармовые киловатты и кое-что впридачу" (журнал "Изобретатель и рационализатор", 1998, №6, стр.7).