Поршневой пневмодвигатель

Классификация по МПК: F01B

Патентная информация
Патент на изобретение №: 
2330962
Дата публикации: 
Воскресенье, Август 10, 2008
Начало действия патента: 
Понедельник, Июнь 5, 2006

Изобретение относится к машинам объемного действия, в частности к поршневым пневмодвигателям. Поршневой пневмодвигатель содержит цилиндр с поршнем и выхлопными окнами, механизм газораспределения, трубопроводы подвода газа высокого и отвода газа низкого давления. Выхлопные окна выполнены в стенке цилиндра. Поршень соединен со штоком, связанным с крейцкопфом, соединенным с кривошипно-шатунным механизмом. Цилиндр с одной стороны снабжен глухой крышкой с отверстием для штока. На боковой поверхности цилиндра со стороны глухой крышки выполнены отверстия и сообщены с трубопроводом отвода газа низкого давления или с атмосферой. Механизм газораспределения включает, по меньшей мере, один, нормально открытый, впускной клапан и, по меньшей мере, один, нормально открытый, выпускной клапан для выпуска отработанного газа. Поршень выполнен полым, снабжен по периметру на боковых поверхностях системой отверстий, а по торцам самодействующими впускными клапанами. Со стороны глухой крышки впускные клапаны выполнены нормально закрытыми, а с противоположной стороны нормально открытыми. Техническим результатом является повышение эффективности работы поршневого двигателя и улучшение экологической обстановки, особенно в ограниченных по объему помещениях. 2 ил.


Изобретение относится к машиностроению, а именно к машинам объемного действия, в частности к поршневым пневмодвигателям, и может быть использовано, например, в горной промышленности для привода погрузочных машин, лебедок и др.

Известна конструкция поршневого пневмодвигателя П16-25 (Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления. Сб. статей, вып.10 / Под общ. ред. Е.В.Герца, М.: Машиностроение, 1984, 304 с.), имеющая цилиндр с выхлопными окнами и движущимся возвратно-поступательно в нем поршнем, систему принудительного газораспределения, когда полость цилиндра сообщается с магистралью высокого давления посредством золотника, жестко связанного с кривошипом. Золотник, вращаясь в неподвижной втулке с окнами, посредством каналов соединяет цилиндр с полостью подвода сжатого воздуха. Поршень в конце рабочего хода открывает выхлопные отверстия для выпуска отработанного воздуха в атмосферу.

Основными недостатками указанной конструкции являются: наличие сложной системы золотникового газораспределения, которая представляет собой дополнительный узел механического трения и повышенного потребления воздуха, что обуславливает низкий КПД, невысокую эксплуатационную надежность вследствие частого выхода из строя золотникового механизма газораспределения, загрязнение окружающей среды, особенно помещений с ограниченным объемом, отработанным воздухом, содержащим масло для смазки механизма движения и золотникового устройства.

Известна конструкция пневмодвигателя (Поршневой пневмодвигатель: Патент №2097576, М. кл. F01L 09/02, 25/00, F01В 25/02 / Антропов И.А., Ваняшов В.Д., Кабаков А.Н., Калекин B.C., Прилуцкий И.К.), имеющая цилиндр, в стенках которого выполнены выхлопные окна для выпуска расширившегося воздуха, поршень, механизм газораспределения, выполненный в виде нормально открытых впускных клапанов.

Недостатками указанного пневмодвигателя являются недостаточно высокая эффективность работы за счет небольшой длительности процессов выхлопа и выталкивания расширившегося воздуха, повышенных затрат энергии на обратное сжатие воздуха, не успевшего выйти через выхлопные окна в атмосферу, загрязнение окружающей среды, особенно помещений с ограниченным объемом, отработанным воздухом, содержащим масло для смазки механизма движения.

Известна конструкция поршневой машины - компрессора (Поршневой холодильный компрессор. А.С. №947465, М. кл. F04В 31/00, 39/00 / Болштянский А.П), в котором поршень выполнен полым, с торцевых поверхностей поршня установлены нормально закрытые впускные клапаны, а по периметру на боковых поверхностях поршня размещены отверстия для выпуска газа, поступившего во внутреннюю полость поршня из рабочих полостей повышенного давления и обеспечивающего газовый подвес поршня за счет поступления сжатого компрессором газа из полости поршня в зазор между поршнем и цилиндром.

Недостатками указанной конструкции машины являются увеличенный расход газа для обеспечения работы газового подвеса поршня, низкий КПД компрессора.

Наиболее близким к заявленному является поршневой двигатель, работающий на газообразной среде, содержащий цилиндр с поршнем и выхлопными окнами, выполненными в стенке цилиндра, механизм газораспределения, трубопроводы подвода газа высокого и отвода газа низкого давления, при этом поршень соединен со штоком, связанным с крейцкопфом, соединенным с кривошипно-шатунным механизмом, цилиндр с одной стороны снабжен глухой крышкой с отверстием для штока, а на боковой поверхности цилиндра со стороны глухой крышки выполнены отверстия и сообщены с трубопроводом отвода газа низкого давления (см. патент US 338378 А, 1886).

Недостатками указанного двигателя являются недостаточно высокая эффективность работы, загрязнение окружающей среды вредными компонентами, содержащимися в отработанном газе.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, повышение эффективности работы поршневого двигателя, улучшение экологической обстановки, особенно в ограниченных по объему помещениях.

Указанная задача может быть достигнута за счет того, что в известном двигателе, содержащем цилиндр с поршнем и выхлопными окнами, выполненными в стенке цилиндра, механизм газораспределения, трубопроводы подвода газа высокого и отвода газа низкого давления, при этом поршень соединен со штоком, связанным с крейцкопфом, соединенным с кривошипно-шатунным механизмом, цилиндр с одной стороны снабжен глухой крышкой с отверстием для штока, а на боковой поверхности цилиндра со стороны глухой крышки выполнены отверстия и сообщены с трубопроводом отвода газа низкого давления или с атмосферой, согласно заявленному изобретению, механизм газораспределения включает, по меньшей мере, один, нормально открытый, впускной клапан и, по меньшей мере, один, нормально открытый, выпускной клапан для выпуска отработанного газа, при этом поршень выполнен полым, снабжен по периметру на боковых поверхностях системой отверстий, а по торцам - самодействующими впускными клапанами, причем со стороны глухой крышки впускные клапаны выполнены нормально закрытыми, а с противоположной стороны - нормально открытыми.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 и 2 приведены продольные разрезы поршневого пневмодвигателя.

Пневмодвигатель включает в себя цилиндр 1 с выхлопными окнами 2, полый поршень 3, крышку цилиндра 4 с нормально открытыми впускным 5 и выпускным 6 клапанами, крышку клапанов 7, трубопроводы подвода 8 сжатого и отвода 9, 10 отработанного газа в магистраль низкого давления или в атмосферу, глухую крышку 11, шток 12, уплотнение штока 13, дополнительные отверстия 14. Шток 12 машины связан с крейцкопфом 15, размещенным в направляющих 16, соединенным шатуном 17 с коленчатым валом (кривошипом) 18. Полый поршень 3 содержит нормально открытые самодействующие впускные клапаны 19, закрытые самодействующие впускные клапаны 20, систему отверстий 21 для выпуска газа в зазор между поршнем и цилиндром, коллектор 22, соединенный трубопроводом 23 с трубопроводом отвода 10 отработанного газа в магистраль низкого давления или атмосферу.

Пневмодвигатель работает следующим образом. При подаче газа повышенного давления через трубопровод 8 происходит наполнение цилиндра 1 газом через нормально открытый впускной клапан 5. Поршень 3 при этом находится в верхней мертвой точке и выхлопные окна 2 перекрыты. Газ своим давлением перемещает поршень 3 в направлении нижней мертвой точки, выпускной клапан 6 при этом закрыт. При перемещении поршня со свежей порцией газа давление в цилиндре уменьшается, на части хода поршня впускной клапан 5 закрывается, происходит расширение газа с совершением внешней работы. При приближении поршня 3 к нижней мертвой точке открываются выхлопные окна 2 и выпускной клапан 6, происходит процесс выпуска отработанного газа в магистраль низкого давления или в атмосферу. Газ, оставшийся в объеме, образованном поршнем 3, штоком 12 и глухой крышкой 11, сжимается при перемещении поршня 3 к нижней мертвой точке. За счет энергии маховика и сжатого газа со стороны глухой крышки 11 поршень 3 движется обратно, перекрывает выхлопные окна 2, производит сжатие газа, оставшегося в цилиндре со стороны крышки 4. При достижении равенства давлений в цилиндре 1 и магистрали повышенного давления впускной клапан 5 открывается, поршень продолжает движение к верхней мертвой точке, и затем цикл повторяется.

Бесконтактное сопряжение за счет газового подвеса обеспечивается истечением газа из объема полого поршня в зазор между поршнем и цилиндром через отверстия 21 на боковой поверхности поршня. При приближении поршня 3 к нижней мертвой точке и начале движения в обратном направлении происходит наполнение внутреннего объема поршня газом через открытые разностью давлений газа самодействующие клапаны 20 на поршне со стороны глухой крышки, а в процессе обратного сжатия через нормально открытые самодействующие клапаны 19, которые затем при движении к верхней мертвой точке, повышении давления в процессе обратного сжатия и наполнении внутреннего объема поршня газом закрываются.

Наличие дополнительных отверстий 14, сообщающихся непосредственно с атмосферой или соединенных с магистралью низкого давления (фиг.2) посредством коллектора 22 и трубопровода 23, при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней способствует увеличению времени процесса выпуска отработанного газа в магистраль низкого давления или в атмосферу.

Присоединение к коленчатому валу (кривошипу) нескольких поршневых цилиндров с полыми поршнями, штоками, шатунами, крейцкопфами, обеспечивающих вращение коленчатого вала совместно с маховиком, позволит равномерно получать механическую энергию для привода рабочих органов исполнительных механизмов.

Нормально открытые самодействующие впускные клапаны в крышке цилиндра и полом поршне, а также нормально открытые самодействующие выпускные клапаны в крышке цилиндра могут быть выполнены в виде подпружиненных запорных элементов, снабженных штоками, консольно закрепленных упругих лепестков, полосовых пластин или пластин, подпружиненных пластинчатыми пружинами (см. RU №2206791 С2, 08.09.2001; RU №2183288 С2, 15.05.2000), в виде упругих элементов, параллельных потоку газа, и ограничителей, консольно закрепленных в пакет, стянутых у основания винтами (см. RU №38852 U1, 03.03.2004). Нормально открытый самодействующий впускной клапан может быть выполнен в виде запорного элемента, подвешенного на пружине растяжения (см. RU №2097576 С1, 27.11.1997), подпружиненного кольца с ограничителем (см. RU №11312 U1, 31.12.1998), подпружиненных полосовых пластин (см. RU №2151302 С1, 13.04.98).

Предложенное техническое решение позволяет повысить эффективность работы пневмодвигателя, улучшить экологическую обстановку, особенно в помещениях с ограниченными объемами.

Формула изобретения

Поршневой пневмодвигатель, содержащий цилиндр с поршнем и выхлопными окнами, выполненными в стенке цилиндра, механизм газораспределения, трубопроводы подвода газа высокого и отвода газа низкого давления, при этом поршень соединен со штоком, связанным с крейцкопфом, соединенным с кривошипно-шатунным механизмом, цилиндр с одной стороны снабжен глухой крышкой с отверстием для штока, а на боковой поверхности цилиндра со стороны глухой крышки выполнены отверстия и сообщены с трубопроводом отвода газа низкого давления или с атмосферой, отличающийся тем, что механизм газораспределения включает, по меньшей мере, один, нормально открытый, впускной клапан и, по меньшей мере, один, нормально открытый, выпускной клапан для выпуска отработанного газа, при этом поршень выполнен полым, снабжен по периметру на боковых поверхностях системой отверстий, а по торцам самодействующими впускными клапанами, причем со стороны глухой крышки впускные клапаны выполнены нормально закрытыми, а с противоположной стороны нормально открытыми.