close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

способ работы машины объемного вытеснения

код для вставки
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
(19)
RU
(11)
2 300 020
(13)
C1
(51) МПК
F04C 18/00
F04B 35/00
(2006.01)
(2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
(21), (22) За вка: 2005136742/06, 28.11.2005
(72) Автор(ы):
Люлько Владимир Николаевич (UA)
(24) Дата начала отсчета срока действи патента:
28.11.2005
(73) Патентообладатель(и):
Люлько Владимир Николаевич (UA)
(45) Опубликовано: 27.05.2007 Бюл. № 15
R U
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: WO 00/34661 A, 15.06.2000. SU 420803
А, 07.08.1974. SU 900053 A1, 23.01.1982. FR
2436876 A, 18.04.1980.
при поддержании посто нной удельной работы
изменени давлени в каждой рабочей полости и
на всех одинаковых по времени участках процесса
сжати или расширени путем изменени объемов
рабочих полостей в необходимой дл этого мере.
Уменьшаютс энегозатраты и повышаетс надежность работы. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
R U
2 3 0 0 0 2 0
(57) Реферат:
Изобретение относитс к машиностроению и
может примен тьс при создании машин
объемного
вытеснени (расширени ),
использующих процессы сжати и расширени рабочей среды. Сущность за вл емого способа
работы объемной машины состоит в том, что
сжатие или расширение рабочей среды провод т
Страница: 1
RU
C 1
C 1
(54) СПОСОБ РАБОТЫ МАШИНЫ ОБЪЕМНОГО ВЫТЕСНЕНИЯ
2 3 0 0 0 2 0
Адрес дл переписки:
40024, г.Сумы, ул. СКД, 20, кв.116, В.Н. Люлько
RUSSIAN FEDERATION
RU
(19)
(11)
2 300 020
(13)
C1
(51) Int. Cl.
F04C 18/00
F04B 35/00
(2006.01)
(2006.01)
FEDERAL SERVICE
FOR INTELLECTUAL PROPERTY,
PATENTS AND TRADEMARKS
(12)
ABSTRACT OF INVENTION
(21), (22) Application: 2005136742/06, 28.11.2005
(72) Inventor(s):
Ljul'ko Vladimir Nikolaevich (UA)
(24) Effective date for property rights: 28.11.2005
(73) Proprietor(s):
Ljul'ko Vladimir Nikolaevich (UA)
(45) Date of publication: 27.05.2007 Bull. 15
R U
Mail address:
40024, g.Sumy, ul. SKD, 20, kv.116, V.N. Ljul'ko
(54) METHOD OF OPERATION OF POSITION DISPLACEMENT MACHINE
R U
2 3 0 0 0 2 0
C 1
C 1
maintaining constant specific change of pressure
in each working space and at lass sections of
compression or expansion processes equal in time
by changing volumes of working spaces required
for this purpose.
EFFECT: reduced power consumption and
increased reliability in operation.
Страница: 2
EN
2 3 0 0 0 2 0
(57) Abstract:
FIELD: mechanical engineering.
SUBSTANCE: invention can be used in positive
displacement
(expansion)
machines
employing
processes of compression and expansion of working
media. According to proposed method, compression
or expansion of working medium is carried out at
RU 2 300 020 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Изобретение относитс к машиностроению и может примен тьс при создании машин
объемного вытеснени (расширени ), использующих процессы сжати и расширени рабочей среды, сюда принадлежат роторные машины, а также машины с качающимис рабочими органами дл сжимаемых текучих сред. К данной категории, в частности,
относ тс поршневые и винтовые компрессоры, двигатели, детандеры, спиральные и
ротационно-пластинчатые компрессоры.
Машины, работающие по принципу объемного вытеснени (расширени ),
предназначены дл преобразовани механической энергии рабочих органов во
внутреннюю энергию рабочей среды или наоборот, при этом кинетическа энерги среды
существенно не вли ет на этот процесс. Известные способы работы объемных машин
основаны на принципах изменени рабочего объема внутри корпуса машины движущимис рабочими органами, которые совершают возвратно-поступательные, вращательные или
колебательные движени . При этом образуютс замкнутые полости переменного объема, в
которых осуществл ютс процессы сжати или расширени рабочей среды.
Рассмотрим существующие способы работы машин объемного вытеснени на примере
компрессора. Компрессор предназначен дл перемещени сжимаемой среды (газа) из
области низкого давлени в область высокого давлени . В компрессорах объемного
вытеснени это обеспечиваетс последовательными процессами всасывани дл обеспечени поступлени газа в рабочую полость, сжати за счет уменьшени объема
рабочего пространства, после того как рабоча полость становитс закрытой от области
всасывани , нагнетани , когда газ вытесн етс из рабочей полости в окно нагнетани .
В частности рассмотрим известный [1] цикл работы винтового компрессора, который
осуществл етс следующим образом. Газ через всасывающий патрубок поступает в
межвинтовые впадины, образованные на вращающихс роторах выход щими из
зацеплени винтовыми парами. При вращении впадины замыкаютс между винтовыми
поверхност ми и корпусом, зуб одного ротора входит во впадины другого, при этом
рабочие поверхности роторов очень близко подход т друг к другу, но не соприкасаютс .
Процесс сжати газа осуществл етс одновременно с перемещением линии наименьшего
сближени роторов по направлению к нагнетательному окну. Процесс нагнетани начинаетс тогда, когда канал между зубь ми соединитс с началом нагнетательного
отверсти и заканчиваетс выходом зубьев из зацеплени с вытеснением всего газа в
нагнетательный патрубок. Существенным недостатком такого технического решени вл етс то, что изменение объема полостей сжати зависит только от углов поворота
ведущего ротора, и не учитываютс термодинамические зависимости и газовые силы,
происход щие в этих полост х.
Аналогичный процесс имеет место при работе поршневого компрессора [2], у которого
поршень совершает внутри цилиндра возвратно-поступательное движение. При
увеличении объема рабоча полость сообщаетс с всасывающим трубопроводом или
непосредственно с атмосферой и производитс наполнение ее рабочей средой, при
уменьшении объема замкнута среда подвергаетс сжатию и вытесн етс в
нагнетательный трубопровод. Недостаток такого способа в том, что уменьшение объема
рабочей полости за счет движени поршн описываетс углом поворота коленчатого вала и
не зависит от стадии прохождени термодинамических процессов, которые этот же
поршень производит, а также от газовых сил, которые возникают вследствие этого.
По технической сущности к достигаемому результату наиболее близким прототипом
изобретени за совокупностью признаков вл етс "Способ изменени объема рабочих
камер объемных машин" [3], в котором решаетс техническа задача увеличени объемной
производительности при сжатии и расширении газа за счет переноса его между
несколькими подвижными стенками рабочих полостей с одновременным изменением
объема.
Таким образом, все существующие способы работы машин объемного вытеснени включают образование открытых полостей и наполнение их рабочей средой, замыкание
полостей с последующим изменением их объема за счет движени рабочих органов в виде
Страница: 3
DE
RU 2 300 020 C1
5
10
15
20
25
одной или больше подвижных стенок, ограничивающих полость, а также раскрытие
полостей и вытеснение из них рабочей среды.
Общий существенный недостаток всех таких решений про вл етс в виде
неравномерного характера преобразовани механической энергии движущихс рабочих
органов в энергию рабочей среды или наоборот. Не учитываютс термодинамические
зависимости на характер движени рабочих органов по изменению объема рабочей среды,
что приводит к возрастанию газодинамических потерь, пульсаци м давлени , вибраци м и
потере части энергии. Движение рабочих органов на всех режимах их работы определ етс только кинематической схемой механизма привода машины и, с точки зрени уменьшени энергозатрат, не существует взаимной св зи между пошаговым последовательным
выполнением действий рабочими органами и оптимально необходимым дл этого
изменением объема рабочих полостей за тот же промежуток времени.
Дл устранени вышеперечисленных недостатков в основе изобретени лежит
техническа задача уменьшени энергозатрат и повышени надежности работы машин
объемного вытеснени за счет уменьшени динамических нагрузок и пульсаций рабочей
среды путем перерасчета существующих зависимостей изменени объема рабочих
полостей от времени процессов сжати или расширени .
Дл достижени поставленной задачи предлагаетс способ, который, как и известный,
включает образование открытых полостей, наполнение их рабочей средой, замыкание
полостей с последующим изменением их объема за счет движени рабочих органов дл осуществлени процессов сжати или расширени с выполнением работы по изменению
давлени , раскрытие полостей и вытеснение из них рабочей среды.
В отличие от известного, в за вл емом способе в каждой отдельно вз той замкнутой
полости процесс сжати или расширени рабочей среды провод т при поддержании
посто нной удельной работы изменени давлени по времени выполнени этого процесса,
при этом движение рабочих органов, геометри рабочих полостей и услови теплообмена
обеспечивают последовательные величины объемов Vi каждой замкнутой полости по
времени процесса сжати или расширени в соответствии с приведенной формулой:
30
35
40
45
50
где
V1 - начальный объем замкнутой рабочей полости;
? - степень повышени давлени в рабочей полости;
0??i?1 - безразмерный параметр, определ ющий по времени завершенность процесса
сжати или расширени , численное значение которого вычисл етс как отношение
времени прошедшего с момента образовани замкнутой полости ко всему времени
существовани замкнутой полости;
n - показатель политропы.
Таким образом, предложенный способ характеризуетс следующими отличительными
признаками:
в каждой отдельно вз той замкнутой полости процесс сжати или расширени рабочей
среды провод т при поддержании посто нной удельной работы изменени давлени по
времени выполнени этого процесса. Выполнение этого признака обеспечиваетс последовательными величинами объемов Vi каждой замкнутой полости по времени
процесса сжати или расширени в соответствии с вышеприведенной математической
формулой и осуществл етс посредством совокупности остальных признаков, а именно
движени рабочих органов, геометрии рабочих полостей и условий теплообмена;
движение рабочих органов обеспечивает последовательные величины объемов Vi
каждой замкнутой полости в соответствии с приведенной формулой. Последовательные
положени рабочих органов в виде одной или больше подвижных стенок, ограничивающих
рабочую полость, определ ют текущий объем этой полости во времени процесса сжати Страница: 4
RU 2 300 020 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
или расширени . Скорости движени на разных участках сжати или расширени , а также
траектории, по которым движутс рабочие органы, рассчитываютс таким образом, чтобы
обеспечить изменение объема каждой замкнутой полости в соответствии с приведенной
формулой;
геометри рабочих полостей обеспечивает последовательные величины объемов Vi
каждой замкнутой полости в соответствии с приведенной формулой. Геометрическа форма и размер подвижных и неподвижных стенок, ограничивающих рабочую полость,
рассчитываетс таким образом, чтобы в сочетании с движением рабочих органов
обеспечивать изменение объема каждой закрытой рабочей полости в соответствии с
приведенной формулой;
услови теплообмена обеспечивают последовательные величины объемов Vi каждой
замкнутой полости в соответствии с приведенной формулой. Услови теплообмена
характеризуют режим подвода и отвода тепла от стенок рабочих полостей, оказывают
вли ние на параметры рабочей среды, на точность расчетов и вл ютс дополнительным
признаком. В формуле теплообмен представлен средним значением показател политропы, который может отличатьс на разных временных участках процесса сжати или
расширени , в зависимости от способа охлаждени , технического его осуществлени и
конструктивных особенностей машины. Дл точности расчетов значение показател политропы может задаватьс вместе с исходными данными дл конкретного диапазона
давлений и температур или по времени изменени объема, например, равномерно
измен ющимс от значени n1 до n2 по формуле n=n1+?i?(n2+n1), где
n1 - показатель политропы в начале процесса сжати или расширени ;
n2 - показатель политропы в конце процесса сжати или расширени ;
0??I?1 - безразмерный параметр, определ ющий по времени завершенность процесса
сжати или расширени , численное значение которого вычисл етс как отношение
времени прошедшего с момента образовани замкнутой полости ко всему времени
существовани замкнутой полости;
величина объема замкнутой рабочей полости в любой момент времени процесса сжати и/или расширени находитс в диапазоне допустимых отклонений 3% в любую сторону от
его расчетного значени . Величина объема замкнутой рабочей полости в процессе сжати или расширени совпадает с расчетными значени ми формулы п.1. или отличаетс от нее
с погрешностью не более чем 3%.
Отличительные признаки неразрывно св заны с техническим результатом и имеют
положительные качества, которые отсутствуют в прототипе и в других известных
решени х. Эти качества про вл ютс в том, что при выполнении рабочими органами
последовательности движений с изменением объема замкнутых полостей обеспечиваетс более равномерное, по сравнению с существующими техническими решени ми,
преобразование механической энергии рабочих органов машины во внутреннюю энергию
рабочей среды или наоборот. Вследствие этого уменьшаютс пульсации давлени в
полост х сжати и потери части энергии, подведенной к газу, уменьшаютс инерционные
силы и св занные с ними сопротивлени , понижаетс уровень вибрации и шума.
Происходит перераспределение давлени в ступени, а также величин газовых сил и
моментов, которые действуют на подшипники и увеличиваютс совместно с возрастанием
перепада давлений. В итоге в некоторых случа х можно избежать нежелательного
перехода на многоступенчатое сжатие из-за недостаточной несущей способности
подшипников и жесткости роторов, повысить степень повышени давлени в ступени.
Перечисленные выше отличительные признаки вл ютс достаточными дл решени поставленной задачи, а именно уменьшени энергозатрат и повышени надежности
работы машин объемного вытеснени за счет уменьшени динамических нагрузок и
пульсаций рабочей среды путем перерасчета существующих зависимостей изменени объема рабочих полостей от времени процессов сжати и/или расширени .
Сущность изобретени по сн етс чертежами.
На фиг.1 - показана индикаторна диаграмма.
Страница: 5
RU 2 300 020 C1
5
На фиг.2 - пример процентной зависимости изменени объема рабочей полости, а также
давлени и удельной работы от времени процесса сжати .
Сущность за вл емого способа работы объемной машины состоит в том, что сжатие или
расширение рабочей среды провод т при поддержании посто нной удельной работы
изменени давлени в каждой рабочей полости и на всех одинаковых по времени участках
процесса сжати или расширени путем изменени объемов рабочих полостей в
необходимой дл этого мере. Эта мера определ етс вышеприведенной в п.1 формулой.
Поддержание посто нной удельной работы l на всех одинаковых по времени t участках
.
процесса сжати или расширени можно также описать в виде формулы
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Графически это выразитс равенством площадей, описываемых за одинаковое врем на
индикаторной диаграмме, представленной на фиг.1, где p1, V1 - давление и объем
замкнутой рабочей полости в начале процесса сжати , p2, V2 - в его конце, и
наоборот, р2, V2, р1, V1 - соответственно в начале и в конце процесса расширени .
Техническое осуществление за вленного способа.
Применительно к компрессору дл сжати воздуха при стандартных начальных услови х
с внутренней степенью повышени давлени ?=5, показателем политропы, равном
показателю адиабаты n=k=1.4, задавались начальным объемом одной замкнутой рабочей
полости V1 и набором значений параметра ?i от 0 до 1 с шагом 0.001. После этого по
формуле п.1 выполн ли расчет последовательных величин объемов Vi рабочей полости
по времени процесса сжати , которые определ ют необходимые изменени объема
рабочих полостей и кинематику движени рабочих органов в каждый момент времени
процесса сжати на всем промежутке времени существовани замкнутой полости.
Характеристика работы машины объемного вытеснени по за вленному методу дл данного компрессора приведена на фиг.2 в виде процентной зависимости изменени объема V рабочей полости, давлени р и удельной работы l от времени процесса сжати .
При этом текущее врем процесса сжати t также представлено в виде процентной
зависимости в виде значений параметра ?i, который выражен в процентной форме.
Процентные зависимости изменени V, р, l вычислены от отношени изменени этих
величин с момента образовани замкнутой полости к общему их изменению за врем существовани этой замкнутой полости. Согласно изобретению удельна работа l
измен етс по линейному закону. Формы кривых V, р завис т от показател политропы и
степени повышени давлени , на них не вли ют параметры газа на всасывании и
первоначальный объем V1. Задава различные варианты движени рабочих органов и
разнообразные геометрические формы рабочих полостей, способ осуществл ли дл р да
конструктивных решений в виде устройств дл сжати или расширени и при разных
режимах их работы.
Устройствами дл осуществлени сжати по за вленному способу могут быть винтовые
компрессоры, где рабочие винты:
выполнены с переменным осевым шагом;
имеют переменные наружные диаметры и представл ют собой коническую винтовую
пару;
имеют переменные внутренние диаметры;
имеют несколько различных участков с посто нными/переменными диаметрами по
длине и/или с посто нным/переменным шагом;
расположены на скрещивающихс валах;
имеют измен емую геометрию профилей зубьев по длине винта.
За вленный способ можно применить в поршневых компрессорах с поршн ми,
движущимис возвратно-поступательно в рабочих цилиндрах при помощи шатунов, когда:
шатун имеет переменную длину и выполнен в виде гидропоршн , управление которым
обеспечиваетс при помощи датчиков давлени или температуры, размещенных в
полост х сжати ;
рабочие шатуны привод тс в движение с помощью кривошипно-шатунного механизма,
Страница: 6
RU 2 300 020 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
расположенного на эксцентрично вращающихс валах или с помощью специально
рассчитанного кулисного механизма;
рабочие шатуны привод тс в движение с помощью нескольких сервоприводов;
примен етс кулачковый механизм;
дополнительный шатун и поршень установлен в рабочей полости, чтобы обеспечить
необходимое уменьшение объема согласно за вл емому способу.
Устройством дл осуществлени данного способа может быть:
поршневой компрессор с поршн ми, движущимис возвратно-поступательно в рабочих
цилиндрах с помощью линейного двигател на соленоидной катушке, где скорость
движени поршн определ етс на основе расчетов необходимого объема полостей
сжати по формуле п.1, а также дополнительным снижением энергозатрат при сжатии
рабочей среды путем регулировании движени линейного двигател посредством датчиков
давлени или температуры, размещенных в полост х сжати ;
пр мозубый роторный компрессор, у которого форма рабочих роторов обеспечивает
необходимую последовательность величин объемов рабочих полостей во времени
процесса сжати , которые рассчитываютс по формуле п.1;
спиральный компрессор, у которого форма спиралей обеспечивает во врем процесса
сжати необходимую последовательность величин объемов рабочих полостей, которые
рассчитываютс по формуле п.1;
ротационно-пластинчатый компрессор, у которого форма стенок рабочих полостей
отлична от цилиндрической и определ етс необходимыми последовательност ми
величин объема рабочих полостей по времени процесса сжати , которые рассчитываютс по формуле п.1;
любое другое конструктивное решение машины объемного вытеснени , в котором
форма и кинематика рабочих органов вместе с формой стенок рабочих полостей
обеспечивают во врем процесса сжати или расширени необходимые
последовательности величин объемов каждой рабочей полости, что рассчитываютс по
формуле п.1 дл обеспечени работы машины по за вленному способу.
Способ может примен тьс как средство повышени эффективности работы машины
объемного вытеснени при изменении режимов ее работы, а также дл осуществлени регулировани этой эффективности посредством датчиков давлени или температуры,
размещенных в рабочих полост х.
За вленное техническое решение по сравнению с прототипом и другими известными
техническими решени ми обладает значительными преимуществами дл уменьшени энергозатрат при работе машин объемного вытеснени , позвол ет уменьшить
инерционные силы и св занные с ними сопротивлени , снизить уровень вибрации,
динамические нагрузки на подшипники, что положительно скажетс на долговечности
машины, а также уменьшит уровень шума.
Источники информации
1. Андреев П.Д. Винтовые компрессорные машины. Л., Судпромгиз, 1961, с.13-17.
2. Френкель М.И. Поршневые компрессоры. Л., Машиностроение, 1969, с.5.
3. WO 00/34661, PCT/RU99 00466, Способ изменени объема рабочих камер объемных
машин, МПК F04C 18/46, F01C 1/100, 1/16 - прототип.
Формула изобретени 1. Способ работы машины объемного вытеснени , включающий образование открытых
полостей, наполнение их рабочей средой, замыкание полостей с последующим
изменением их объема за счет движени рабочих органов дл осуществлени процессов
сжати или расширени с выполнением работы по изменению давлени , раскрытие
полостей и вытеснение из них рабочей среды, отличающийс тем, что в каждой отдельно
вз той замкнутой полости процесс сжати или расширени рабочей среды провод т при
поддержании посто нной удельной работы изменени давлени по времени выполнени этого процесса, при этом движение рабочих органов, геометри рабочих полостей и
Страница: 7
CL
RU 2 300 020 C1
услови теплообмена обеспечивают последовательные величины объемов Vi каждой
замкнутой полости по времени процесса сжати или расширени в соответствии с
приведенной формулой:
5
10
15
где Vi - начальный объем замкнутой рабочей полости;
? - степень повышени давлени в рабочей полости;
0??i?1 - безразмерный параметр, определ ющий по времени завершенность процесса
сжати или расширени , численное значение которого вычисл етс как отношение
времени, прошедшего с момента образовани замкнутой полости, ко всему времени
существовани замкнутой полости;
n - показатель политропы.
2. Способ по п.1, отличающийс тем, что величина объема замкнутой рабочей полости в
любой момент времени процесса сжати и/или расширени находитс в диапазоне
допустимых отклонений 3% в любую сторону от его расчетного значени .
20
25
30
35
40
45
50
Страница: 8
RU 2 300 020 C1
Страница: 9
DR
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
123 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа