RU2703843C1 - Operating method of piston expander - Google Patents
Operating method of piston expander Download PDFInfo
- Publication number
- RU2703843C1 RU2703843C1 RU2018144337A RU2018144337A RU2703843C1 RU 2703843 C1 RU2703843 C1 RU 2703843C1 RU 2018144337 A RU2018144337 A RU 2018144337A RU 2018144337 A RU2018144337 A RU 2018144337A RU 2703843 C1 RU2703843 C1 RU 2703843C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- cylinder
- working fluid
- working medium
- expander
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Compressor (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а именно: к машинам объемного действия, в частности, поршневым детандер-компрессорным агрегатам, и может быть использовано в холодильной технике, например в воздушных холодильных установках, установках кондиционирования воздуха и т.д.The invention relates to the field of mechanical engineering, namely: to volumetric action machines, in particular to piston expander-compressor units, and can be used in refrigeration equipment, for example, in air refrigeration units, air conditioning units, etc.
Известны поршневые детандер-компрессорные агрегаты, включающие в себя поршневой компрессор, поршневой детандер, размещенные в одном корпусе, имеющие общую шатунно-поршневую группу с расположением цилиндра детандера над цилиндром компрессора и систему принудительного газораспределения для детандера [Расширительные машины. Под ред. К.И. Страховича - М. - Л.: Машиностроение, 1966. стр. 101-104].Known piston expander-compressor assemblies, including a piston compressor, a piston expander placed in one housing, having a common connecting rod and piston group with the location of the expander cylinder above the compressor cylinder and a forced gas distribution system for the expander [Expansion machines. Ed. K.I. Strakhovich - M. - L .: Engineering, 1966. p. 101-104].
Существенными недостатками таких детандер-компрессорных агрегатов являются сложность их конструкции, большая удельная металлоемкость, низкая эксплуатационная надежность, а также невысокая эффективность работы, обусловленная теплопритоками из-за близкого расположения цилиндров детандера и компрессора и принудительным механизмом газораспределения детандера.Significant disadvantages of such expander-compressor units are the complexity of their design, high specific metal consumption, low operational reliability, as well as low operating efficiency due to heat inflows due to the close arrangement of the expander and compressor cylinders and the forced gas distribution mechanism of the expander.
Известна другая конструкция детандер-компрессорного агрегата [2], в которой исключены теплопритоки со стороны горячего цилиндра компрессора к холодному цилиндру детандера благодаря разделению их промежуточной камерой. Однако сохранение принудительного механизма газораспределения детандера не исключает вышеперечисленных недостатков [Расширительные машины. Под ред. К.И. Страховича - М. - Л.: Машиностроение, 1966. стр. 101-104].Another design of the expander-compressor unit [2] is known, in which heat inflows from the side of the hot cylinder of the compressor to the cold cylinder of the expander are eliminated due to their separation by the intermediate chamber. However, the preservation of the forced expansion mechanism of the expander does not exclude the above disadvantages [Expansion machines. Ed. K.I. Strakhovich - M. - L .: Engineering, 1966. p. 101-104].
Известен способ работы и поршневой детандер-компрессорный агрегат, включающий в себя поршневой компрессор, поршневой детандер, размещенные в одном корпусе, с присоединенными к коленчатому валу шатунно-поршневыми группами, в котором стенки цилиндра поршневого детандера содержат выпускные окна, соединенные общим коллектором, а впускной клапан выполнен нормально открытым и снабжен закрепленным на пружине запорным элементом. (патент РФ №2134850, заявка №. МПК: F25B 9/00, F25B9/06 - прототип),A known method of operation and a piston expander-compressor unit, including a piston compressor, a piston expander, placed in one housing, with connecting rod-piston groups attached to the crankshaft, in which the cylinder walls of the piston expander contain exhaust windows connected by a common manifold, and the inlet the valve is made normally open and is equipped with a locking element fixed to the spring. (RF patent No. 2134850, application No.. IPC:
Указанный поршневой детандер-компрессорный агрегат работает следующим образом. В компрессоре происходит сжатие всасываемого из атмосферы воздуха, при этом растет его температура и давление. Сжатый воздух поступает в холодильник, где происходит его охлаждение на входе в детандер. При подаче охлажденного сжатого воздуха через штуцер происходит впуск части его в цилиндр через нормально открытый впускной клапан. Поршень при этом находится в верхней мертвой точке и выпускные окна перекрыты. При истечении воздуха в зазоре между седлом и запорным элементом происходит нарастание перепада давлений над запорным элементом и под ним. Клапан, преодолевая упругие силы пружины, закрывается, перекрыв истечение сжатого воздуха в цилиндр. Попавшая в цилиндр часть воздуха давит на поршень и при его перемещении расширяется с понижением температуры и совершением внешней работы. При открытии поршнем в нижней мертвой точке выпускных окон расширяющийся охлажденный воздух выталкивается в общий коллектор и направляется к потребителю. При достижении поршнем верхней мертвой точки давление в цилиндре растет за счет сжатия остаточного воздуха. При достижении давления в цилиндре выше начального давления на воде в детандер клапан за счет упругости пружины открывается, цикл повторяется.The specified piston expander-compressor unit operates as follows. The compressor compresses the air drawn in from the atmosphere, while its temperature and pressure increase. Compressed air enters the refrigerator, where it is cooled at the inlet to the expander. When chilled compressed air is supplied through the nozzle, a part of it enters the cylinder through a normally open intake valve. The piston is at the top dead center and the outlet windows are closed. With the expiration of air in the gap between the seat and the shut-off element, an increase in the pressure drop above and below the shut-off element occurs. The valve, overcoming the elastic forces of the spring, closes, blocking the flow of compressed air into the cylinder. The part of the air that has got into the cylinder presses on the piston and when it moves it expands with decreasing temperature and completing external work. When the piston opens at the bottom dead center of the outlet windows, the expanding cooled air is pushed into the common collector and sent to the consumer. When the piston reaches top dead center, the pressure in the cylinder increases due to compression of the residual air. When the pressure in the cylinder is higher than the initial water pressure in the expander, the valve opens due to the spring elasticity, the cycle repeats.
Основным недостатком является то, что часть рабочего тела остается в цилиндре после рабочего хода, сжимается при обратном ходе поршня и разогревается при сжатии, после чего смешивается с холодным рабочим телом, поступившим через впускной канал, и повышает его температуру за счет конвективного теплообмена, что снижает эффективность работы детандера.The main disadvantage is that part of the working fluid remains in the cylinder after the stroke, is compressed during the reverse stroke of the piston and warmed up under compression, after which it is mixed with the cold working fluid received through the inlet channel and increases its temperature due to convective heat transfer, which reduces the efficiency of the expander.
Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и повышение эффективности работы поршневого детандера за счет удаления использованного рабочего тела из цилиндра при обратном ходе поршня.The objective of the present invention is to remedy these disadvantages and increase the efficiency of the piston expander by removing the used working fluid from the cylinder during the reverse stroke.
Указанная задача решается за счет того, что в предложенном способе работы поршневого детандера, заключающемся в подаче рабочего тела через впускные каналы в цилиндр, в котором установлен поршень, связанный с кривошипно-шатунным механизмом, последующем расширении рабочего тела с одновременным падением его температуры и перемещением поршня, и отводе рабочего тела из цилиндра через выпускные каналы, согласно изобретению, основную часть объема рабочего тела отводят из цилиндра через выпускные окна, которые располагают выше нижней мертвой точки поршня, причем полости окон объединяют общим коллектором, а оставшуюся часть рабочего тела сжимают при обратном ходе поршня и направляют через выпускные каналы, полость которых связывают с полостью упомянутого коллектора выпускных окон через перепускной клапан, при этом упомянутый клапан закрывают при подаче рабочего тела в цилиндр и открывают при сжатии его оставшейся части.This problem is solved due to the fact that in the proposed method of operation of the piston expander, which consists in feeding the working fluid through inlet channels to a cylinder in which a piston is connected, connected with a crank mechanism, subsequent expansion of the working fluid with a simultaneous drop in its temperature and the piston moving , and the removal of the working fluid from the cylinder through the exhaust channels, according to the invention, the main part of the volume of the working fluid is removed from the cylinder through the exhaust windows, which are located above the lower dead points of the piston, and the cavity of the windows is combined by a common manifold, and the remaining part of the working fluid is compressed during the reverse stroke of the piston and sent through the exhaust channels, the cavity of which is connected to the cavity of the said exhaust manifold collector through the bypass valve, while the said valve is closed when the working fluid is fed into the cylinder and open while compressing its remaining part.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображена конструктивная схема детандера, в начальный период времени цикла, на фиг. 2 изображена конструктивная схема детандера, в середине рабочего хода, на фиг. 3 изображена конструктивная схема детандера, в конечный период времени цикла.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a structural diagram of an expander in the initial period of time of the cycle, in FIG. 2 shows a structural diagram of an expander in the middle of the stroke, in FIG. 3 shows a structural diagram of an expander, in a finite period of time cycle.
Предложенный способ может быть реализовав при помощи детандера, имеющего следующую конструкцию.The proposed method can be implemented using an expander having the following design.
Поршневой детандер содержит корпус 1 с цилиндром 2, в котором установлен поршень 3, связанный с кривошипно-шатунным механизмом 4. В торцевой части цилиндра расположены впускные 5 и выпускные 6 каналы для рабочего тела. В стенках цилиндра 2 выполнены выпускные окна 7. Выпускные окна 7 расположены выше уровня нижней мертвой точки поршня 3 и объединены общим коллектором 8. Полость указанного коллектора 8 связана с полостью выпускного канала 6 при помощи перепускного клапана 9. Для отвода рабочего тела из коллектора 8 служит канал 10.The piston expander comprises a
Предложенный способ может быть реализован следующим образом.The proposed method can be implemented as follows.
Рабочее тело под давлением через впускной канал 5 подают в цилиндр 2 и воздействуют на поршень 3, связанный с кривошипно-шатунным механизмом 4. После впуска рабочего тела в цилиндр 2, впускной 5 канал перекрывают. Выпускной канал 6 и перепускной клапаны 9 в это время закрыты.The working fluid under pressure through the
Под действием давления рабочего тела, поршень 3 перемещается от впускного 5 канала к нижней мертвой точке с увеличением объема цилиндра, при этом увеличение объема рабочего тела сопровождается понижением его температуры. При достижении поршнем 3 нижней мертвой точки выпускные окна 7 открываются, и основная часть рабочего тела поступает в общий коллектор 8. Поршень 3 начинает движение вверх и сжимает оставшуюся часть рабочего тела в цилиндре 2, с одновременным ее нагреванием. В это время открывают выпускной канал 6 и перепускной клапаны 9, и оставшуюся часть рабочего тела направляют через их полости в полость канала 10, где она перемешивается с основной частью и поступает для дальнейшего использования. После достижения поршнем верхней мертвой точки, выпускной канал 6 и перепускной клапаны 9 закрывают, а впускной канал 5 открывают для подачи новой порции рабочего тела в цилиндр 2. Далее цикл повторяется.Under the influence of the pressure of the working fluid, the
Предложенное техническое решение позволяет повысить эффективность и эксплуатационную надежность детандера, упростить конструкцию, снизить удельную металлоемкость агрегата за счет увеличения его производительности, связанной с изменением температуры рабочего тела.The proposed technical solution allows to increase the efficiency and operational reliability of the expander, to simplify the design, to reduce the specific metal consumption of the unit due to an increase in its productivity associated with a change in the temperature of the working fluid.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018144337A RU2703843C1 (en) | 2019-02-18 | 2019-02-18 | Operating method of piston expander |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018144337A RU2703843C1 (en) | 2019-02-18 | 2019-02-18 | Operating method of piston expander |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2703843C1 true RU2703843C1 (en) | 2019-10-22 |
Family
ID=68318360
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018144337A RU2703843C1 (en) | 2019-02-18 | 2019-02-18 | Operating method of piston expander |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2703843C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113884341A (en) * | 2021-10-09 | 2022-01-04 | 苏州西热节能环保技术有限公司 | A multifunctional absorption device for SCR denitrification ammonia escape sampling test |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU421860A1 (en) * | 1972-05-06 | 1974-03-30 | Е. М. Медведев, Б. Н. Муринец Маркевич, В. Н. Замошников , | PISTON REFRIGERATING GAS MACHINE |
US5638684A (en) * | 1995-01-16 | 1997-06-17 | Bayer Aktiengesellschaft | Stirling engine with injection of heat transfer medium |
RU2134850C1 (en) * | 1998-01-29 | 1999-08-20 | Омский государственный технический университет | Piston expander-compressor set |
RU2209380C2 (en) * | 2001-07-18 | 2003-07-27 | Петров Сергей Иванович | Cold producing method |
-
2019
- 2019-02-18 RU RU2018144337A patent/RU2703843C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU421860A1 (en) * | 1972-05-06 | 1974-03-30 | Е. М. Медведев, Б. Н. Муринец Маркевич, В. Н. Замошников , | PISTON REFRIGERATING GAS MACHINE |
US5638684A (en) * | 1995-01-16 | 1997-06-17 | Bayer Aktiengesellschaft | Stirling engine with injection of heat transfer medium |
RU2134850C1 (en) * | 1998-01-29 | 1999-08-20 | Омский государственный технический университет | Piston expander-compressor set |
RU2209380C2 (en) * | 2001-07-18 | 2003-07-27 | Петров Сергей Иванович | Cold producing method |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113884341A (en) * | 2021-10-09 | 2022-01-04 | 苏州西热节能环保技术有限公司 | A multifunctional absorption device for SCR denitrification ammonia escape sampling test |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2434149C2 (en) | Waste heat recovery system and method for split-cycle engine | |
CN101852505B (en) | Apparatus for use as a heat pump, as well as a refrigerator and a heat machine including the apparatus | |
KR101422439B1 (en) | Gas balanced cryogenic expansion engine | |
JP2008534897A5 (en) | ||
RU2703843C1 (en) | Operating method of piston expander | |
CN100575703C (en) | A double-acting free-piston expansion-compressor unit | |
CN2490332Y (en) | Suction-exhaust mechanism of cylinder for compressor | |
RU2134850C1 (en) | Piston expander-compressor set | |
RU2206791C2 (en) | Piston-type expansion machine | |
CN102338057A (en) | Refrigerating and compressing expansion machine | |
RU2644424C1 (en) | Hybrid machine with trunk piston | |
SU1780557A3 (en) | Method for converting gas inner energy to heat in compression- expanding machine with free liquid piston | |
RU2581292C1 (en) | Compressor plant for gas compression | |
CN210051018U (en) | Double-stage compressor refrigerating system sharing intercooler | |
RU23669U1 (en) | EXPANDING COMPRESSOR UNIT | |
CN1991155A (en) | Hot-air engine device and its manufacturing method | |
SU322573A1 (en) | METHOD OF WORK OF GAS REFRIGERATING INSTALLATION | |
RU2151302C1 (en) | Piston gas expanding machine | |
SU950944A1 (en) | Thermocompressor | |
RU2477375C2 (en) | Method of piston engine cycling and piston engine | |
SU1337550A2 (en) | Thermocompressor | |
CN222025936U (en) | Piston compressor capable of realizing secondary air suction | |
RU191806U1 (en) | High pressure piston compressor | |
CN110529357B (en) | Novel refrigeration compressor | |
CN201935468U (en) | Carbon dioxide refrigerating system for compression expander |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210219 |