[go: up one dir, main page]

RU2703843C1 - Operating method of piston expander - Google Patents

Operating method of piston expander Download PDF

Info

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
Application number
RU2018144337A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Александрович Казьмин
Алексей Владимирович Иванов
Анатолий Анатольевич Хвостов
Борис Александрович Грищенко
Олег Леонидович Ерин
Андрей Юрьевич Щепелев
Original Assignee
Игорь Александрович Казьмин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Игорь Александрович Казьмин filed Critical Игорь Александрович Казьмин
Priority to RU2018144337A priority Critical patent/RU2703843C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2703843C1 publication Critical patent/RU2703843C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression 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

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: invention relates to machine building, namely to three-dimensional machines, in particular, to piston expander-compressor units, and can be used in refrigeration engineering. Method of piston expander operation consists in supply of working medium through inlet channels to cylinder, in which piston connected to crank-and-rod mechanism is installed, further expansion of working medium with simultaneous drop of its temperature, displacement of piston and removal of working medium from cylinder through outlet channels. Main part of the working medium volume is discharged from the cylinder through the outlet openings located above the lower dead point of the piston, wherein the cavities of the openings are united by a common collector. Remaining part of working medium is compressed at back stroke of piston and directed through outlet channels, which cavity is connected to cavity of said collector of outlet openings through bypass valve, at that said valve is closed when working medium is supplied into cylinder and its remaining part is opened.
EFFECT: disclosed is the piston expander operation method.
1 cl, 3 dwg

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: F25B 9/00, F25B9 / 06 - prototype),

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 housing 1 with a cylinder 2, in which a piston 3 is mounted, connected with a crank mechanism 4. Inlet 5 and outlet 6 channels for the working fluid are located in the end part of the cylinder. Outlet windows 7 are made in the walls of the cylinder 2. Outlet windows 7 are located above the level of the bottom dead center of the piston 3 and are connected by a common collector 8. The cavity of the specified manifold 8 is connected to the cavity of the exhaust channel 6 by the bypass valve 9. To remove the working fluid from the manifold 8, channel 10.

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 inlet channel 5 is fed into the cylinder 2 and act on the piston 3 associated with the crank mechanism 4. After the inlet of the working fluid into the cylinder 2, the inlet 5 channel is closed. The exhaust channel 6 and the bypass valves 9 are closed at this time.

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 piston 3 moves from the inlet channel 5 to the bottom dead center with an increase in the volume of the cylinder, while an increase in the volume of the working fluid is accompanied by a decrease in its temperature. When the piston 3 reaches the bottom dead center, the outlet windows 7 open, and the main part of the working fluid enters the common manifold 8. The piston 3 starts to move upward and compresses the remaining part of the working fluid in the cylinder 2, while heating it. At this time, the outlet channel 6 and the bypass valve 9 are opened, and the remaining part of the working fluid is directed through their cavities into the cavity of the channel 10, where it is mixed with the main part and supplied for further use. After the piston reaches the top dead center, the exhaust channel 6 and the bypass valve 9 are closed, and the inlet channel 5 is opened to supply a new portion of the working fluid to the cylinder 2. Then the cycle repeats.

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)

Способ работы поршневого детандера, заключающийся 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, перемещением поршня и отводе рабочего тела из цилиндра через выпускные каналы, отличающийся тем, что 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.The 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, the subsequent expansion of the working fluid with a simultaneous drop in its temperature, movement of the piston and removal of the working fluid from the cylinder through the exhaust channels, characterized in that the main part of the volume of the working fluid is withdrawn from the cylinder through the outlet windows, which are located above the bottom dead center of the piston, and the cavity of the windows are combined by a common collector m, and the remaining part of the working fluid is compressed during the reverse stroke of the piston and directed through the exhaust channels, the cavity of which is connected with 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 opened when the remaining part is compressed.
RU2018144337A 2019-02-18 2019-02-18 Operating method of piston expander RU2703843C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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