Свободнопоршневая машина

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<, 948297 (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 190281 (21) 3247130/25-06 (230680) (PCT/ГК 80/00097 (23) Приоритет — (32) 25.06. 79 (51) М. Кл.

F 02 В 71/00

F 01 В.11/00

Государственный комнтет

СССР но Мелам нзобретеннй н открытнй (31) 7916295 (33) Франция

Опубликовано 30,,07.82. Бюллетень № 28

Дата опубликования описания 30.07. 82 (53) УДК 6 21. 4 32 . .9(088.8) (72) Автор.: изобретения

Иностранец

Анри Бенаройа (Франция) (71) заявитель (54) СВОБОДНОПОРШНЕВАЯ МАШИНА

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания.

Известны свободнопоршневые машины (СПИ), содержащие станину с кожухом, одну внутреннюю цилиндро-поршневую группу с центральной траверсой, расположенной поперечно продольной оси

CIIM с возможностью возвратно-поступательного движения в направляющей и с закрепленными на ней при помощи штоков четырьмя внутренними рабочими поршнями, установленными в рабочих цилиндрах, расположенных в вершинах прямоугольника, и с двумя поршнями сжатия, размещенными во внутренних цилиндрах сжатия, оси которых проходят вне этого прямоугольника. По обе стороны.от внутренней цилиндро-поршневой группы размещены внешние цилиндро-поршневые группы с соответстющими внешними траверсами, связанмежду собой по меньшей мере одноМ тягой, содержащие четыре внешних рабочих поршня, установленных в своих рабочих цилиндрах, и два поршня сжатия, размещенные во внешних. цилиндрах сжатия. Для согласования взаимного перемещения внутренней и внешней цилиндро-поршневых групп предусмотрено специальное синхронизируюцее устройство (1).

СПИ известной схемы может иметь достаточно высокую мощность, однако из-за наличия большого числа рабочих полостей и повышенного веса поршневых групп уравновешивание машины в целом не вполне удовлетворительное. Последнее, помимо прочего, обусловлено возможностью взаимного смещения отдельных цилиндров друг относительно друга, биением траверс и т.д. Затруднен также непосредственный демонтаж цилиндро-поршневых групп, что усложняет техническое оборудование СПМ и ее ремонт.

Цель изобретения †. повышение надежности работы и упрощение демонтажа цилиндров СПИ.

Поставленная цель достигается тем, что станина CIIM выполнена иэ нижнего основания и верхнего бруса, связанных между собой по меньшей мере одной центральной моноблочной структурой, на которой закреплены внутренние цилиндры сжатия.

Центральная структура содержит кожух, к которому прикрепляются через задние торцы внутренние иилинд948297 ры, образующие магистрали подвода воздуха, и размещенный в нем картер центральной траверсы, имеющий герметичные отверстия для штоков рабочих поршней.

Для повышения жесткости станина 5 может быть снабжена, например, двумя боковыми рамами, к которым прикреп; лены внешние цилиндры сжатия, и двумя крестообразными балочными структурами, в соответствующих двугранных t0 углах которых закреплены рабочие цилиндры СПИ. Сбалансированность цилиндро-поршневых групп достигается расположением тяг внешних поршней сжатия вне центральной траверсы, в плоскости осей внешних цилиндров сжа-, тия, а также выполнением синхронизирующего устройства, по меньшей лере, в виде одного зубчатого. колеса, связанного с передаточными рейками (кремальерами) траверс, и размещением этого устройства симметрично продольной оси СПМ, Внутренние поверхности станины цилиндров, кожуха и картера образуют,,соответствующие магистрали-коммуникации для перемещения воздуха и газа и являются жесткой основой для ограничения взаимного .смещения рабочих и компрессорных цилиндров друг относительно друга.

ЗР

На фиг . 1 показана левая часть машины, вертикальная проекция, на фиг. 2 — принципиальная схема распо.— ложения осей рабочих цилиндров и ци- 35 линдров сжатия машины, вид с торца, на фиг. 3 — разрез A-A на фиг. 1, на фиг ° 4 - разрез Б-Б на фиг. 1, на фиг. 5 — разрез В-В на фиг. 1.

Свободнопоршневая машина содержит 40 станину, состоящую из нижнего основания 1 и верхнего бруса 2 той же ,длины, связанных между собой внутренней моноблочной структурой 3 и двумя рамами 4, расположенными симметрично 45 относительно средней плоскости. Такая конструкция, дополненная кресто-, образными структурами 5, придает станине повышенную жесткость. На станине крепятся четыре рабочих цилиндра 6, два из которых показаны на фиг. 1 по обе стороны от средней плоскости.

Оси четырех цилиндров 6 расположены в вершинах прямоугольника 7 (фиг.2), большая сторона которого в данном варианте расположена вертикально. Два вйутренних цилиндра 8 сжатия двойного действия смонтированы по обе стороны т центральной моноблочной стркутуры

Оси цилиндров 8 пересекают малую медиану прямоугольника 7. К каждой 60 раме 4 сверху и снизу крепятся два цилиндра 9 сжатия (также двойного действия). Оси цилиндров 9 пересекают большую медиану 10 прямоугольника

7 за его пределами. 65

Внутренняя цилиндро-поршневая группа содержит центральную траверсу

11 (фиг.3), которая обычно изготовляется в виде цельной кованой заготовки для противостояния усилиям, которым она подвергается. Траверса

11 насажена на осевую трубу 12 закрепленную в подшипниках (не показаны), отстоящих друг от друга на расстоянии, равном по меньшей мере трем диаметрам трубы (подшипники могут быть жестко смонтированы .на станине). На траверсе имеются два расположенных горизонтально плеча, связанных со штоками 13 поршней внутренних цилиндров 8 сжатия. Два выступа траверсы соединены с соответствующими штоками четырех внутренних рабочих цилиндров 6 (фиг.3).

С целью уменьшения разбрызгивания смазки, упомянутая центральная структура образована кожухом 14, внутри которого находится картер 15, охватывающий траверсу и имеющий раз леры, обеспечивающие ее свободное перемещение. Картер 15 оборудован прокладками, установленными в точках прохода через него штоком 13, связывающих траверсу с поршнями. Йа картере 15 или на кожухе 14 могут быть укреплены подшипники направляющей трубы 12. На кожухе 14 укреплены задними торцами внутренние цилиндры 8 сжатия, что улучшает равновесие подвижных частей машины.

Две внешние цилиндро-поршневые группы расположены симметрично относительно средней плоскости и включают в себя внешние траверсы 16 (фиг.4) горизонтальный размах которых меньше, чем у центральной траверсы 11. Таким путем достигается сбалансированность масс внешней и внутренних цилиндро-поршневых групп и значительно уменьшаются усилия, передаваемые на внешние траверсы, в частности, во время рабочего хода, В это время усилие противоположных знаков передаются на штоки поршневых внешних рабочих цилиндров 6 и на тяги 17, связывающие траверсы 16, расположенные под прямым углом относительно блоков поршней цилиндров 9 сжатия. При-таком расположении тяг они находятся вне центральной траверсы 11 и их можно изготавливать из цельной заготовки (это позволяет довольно легко демонтировать траверсу 11) . Траверсы

16 закрытые картером 18, оборудованным уплотнительными прокладками. через которые проходят штоки поршней и тяги. Они снабжены направляющими трубами 19, скользящими в подшипниках (не показаны), Эти подшипники могут быть укреплены на картере 18 или на кожухе 20, которые охватывают их, усиливая раму, несущую компрессоры.

948297

Син хрон из ирующее устройство вклю-, чает в себя два зубчатых колеса 21 (фиг.4 и 5), установленных к средней . горизонтальной плоскости машины. Каждое колесо 21 находится в зацеплении с двумя зубчатыми рейками (кремальерами) 22 и 23. Рейки 22 укреплены на центральной траверсе 11, а

23 — на одной из внешних траверс 16.

Оба колеса 21 расположены по одну сторону от средней вертикальной плос-1О кости машины с тем, чтобы не образовать гиперстатическую систему с тягами 17. Зубчатые колеса смонтированы на эластичных подшипниках для гашения черезмерных усилий при согласовании .перемещения поршневых групп., Крепление различных цилиндров осуществляется при помощи средств, ограничивающих возможность их деформацки и. смещения. Внешние цилиндры

9 сжатия крепятся внутренней стороной, расположенной рядом с траверсой, при помощи, например, болтов (не показаны), которые могут. также удерживать .корпуса клапанов на соответ-. ствующей раме 4. Эта рама, размер которой примерно равен толщине траверсы 16, сама закреплена между нижним основанием 1 и брусом 2. В середине рама 4 стягивается при помощи крестообразной структуры.

Жесткость всего узла станины может быть дополнительно увеличена, например, путем соединения наружных торцов обоих цилиндров 9 при помо-, щи пластины 24 (фиг.1) .В этом слу- 35 чае возможно некоторое смещение, но соответствующие усилия сравнительно невелики в сопоставлении с динамическими силами, направленными к центру крепления компрессоров. 40

Крепление внутренних горизонтальных цилиндров 8 сжатия создает проблему, не возникающую в случае креп-. ления внешних вертикальных цилиндров

9, так как необходимо обеспечить 45 доступ к форсункам и демонтаж рабочих цилиндров беэ специальных подготовительных работ (предпочтительно целиком) . Это достигается благодаря наличию внутренней моноблочной структуры 3. Цилиндры 8 сжатия крепятся, например, при помощи скоб на боковых частях кожуха 14, который должен иметь достаточную толщину стенок (например, 40 мм) . Благодаря .такому расположению цилиндры сжатия могут иметь симметричное расположение охлаждающих водопроводов и трубопроводов сжатого воздуха для снижения термических нагрузок. Рабочие цилиндры 6 размещаются каждый в одном из 60 двугранных углов крестообразной структуры 5. Они могут устанавливаться на рабочее место путем эапрессовки и вращения в горизонтальной плос-: ! кости. Таким образом, они устанав- 65 ливаются в свои гнезда, которые предварительно предусмотрены на моноблочной структуре °

Описанные BblLle устройства позволяют создать очень надежную систему циркуляции жидкости, а также реализовать сложные термодинамические циклы для повышения производительности машины. Так, наличие картеров 15 и

18 позволяет собирать масло, смазывающее вкладыши и, следовательно, уменьшает его потери и загрязнение им узлов. Масло собирается на дне картеров 15 и 18 и отводится через автоматические маслоотводы до cMemeния с излишками масла, вытекающими из рабочих цилиндров, (маслоотводы

25 и 26 показаны на фиг.3 и 4).

Циркуляция воды, охлаждающей поршни рабочих цилиндров 6, осуществляется через внутренние полости штоков, поршней и через трубы, укрепленные на траверсах. На фиг. 3 показаны трубы 27 для подвода обработанной воды для охлаждения поршней и трубы 28 для ее отвода. На фиг. 4 показаны трубы подвода 29 и отвода 30 воды, охлаждающей внешние рабочие поршни.

Предлагаемая схема машины позволяет реализовать циклы с турбонаддувом или с двухступенчатым сжатием воздуха, например, в двух группах компрессорных цилиндров.

В последнем случае соответствующий результат может быть достигнут путем группировки однотипных компрессоров по четыре на каждом конце машины: цилиндры 8 сжатия, расположенные слева (по фиг.1) от середины, составляют первую группу компрессоров высокого давления (ВД), а четыре компрессора, расположенные с другой стороны, могут рассматриваться. как компрессоры среднего давления (СД). Все ци.— линдры сжатия засасывают воздух из отсеков магистралей, образованных кожухом 14 и ражами 4, куда воздух может податься турбокомпрессором (не показан).

В этом варианте исполнения цилиндры сжатия 9, расположенные слева (компрессоры ВД), подают воздух в коллекторы ВД 31 через фланцы 32, смещенные относительно оси (фиг. 1 и 3). Коллекторы 31 могут быть оборудованы охладителями 33 (фиг.1) и подавать воздух в магистрали продувки 34, из которых воздух поступает во все рабочие цилиндры 6.

Цилиндры сжатия СД, расположенные справа, питают коллектор среднего давления. Часть воздуха, поступившего в этот коллектор СД, может подаваться в газовую турбину, приводящую турбокомпрессор. Оставшийся воздух смешивается с выхлопными газами рабочих цилиндров 6 и поступает вместе

948297 с ними к газовой турбине, приводящей, например, генератор переменного тока.

Предлагаемое расположение центральной и внешней траверс и размещение цилиндров для поршневых групп в сочетании с устройством двойной синх- 5 рониэации позволяет устранить неравномерные усилия, возникающие в отдельные периоды рабочего цикла, и полностью уравновесить машину, отдельные элементы которой жестко за- 10 креплены на всей системе станины и на вмонтированном в нее кожухе с картером.

Формула изобретения

1. Свободнопоршневая машина, содержащая станину с кожухом, одну внутреннюю цилиндро-поршневую груп20 пу с центральной траверсой 11, расположенной поперечно продольной оси машины с возможностью возвратно поступательного движения в направляющей и с закрепленными на ней при поглощи штоков четырьмя внутренними рабочими поршнями, установленными в рабочих цилиндрах 6, расположенных в вершинах соответствующего прямоугольника, и с двумя поршнями сжатия, размещенньпли во внутренних. цилиндрах сжатия 8, оси которых проходят вне этого прямоугольника, две внешние цилиндро-поршневые группы с соответствующими внешними траверсами

16, связанными глежду собой по мень- 35 шей мере одной тягой 17, с четырьмя внешними рабочими поршнями, установленными в рабочих цилиндрах, и с двумя поршнями сжатия, размещенными во внешних цилиндрах сжатия 9, а 40 также сиихрониэирующее устройство для согласования взаимного перемеще,ния внутренней и внешних цилиндропоршневых групп, о т л и ч а ю щ а— я с я.тем, что, с целью повышения 45 надежности работы и упрощения демонтажа цилиндров путем увеличения жесткости станины, последняя состо8 ит из нижнего основания 1 и верхнего бруса 2, связанных между собой по меньшей мере одной центральной моноблочной структурой 3, на которой закреплены внутренние цилиндры сжатия 8.

2. Машина по п.1, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что центральная структура содержит кожух 14, к которому прикреплены через задние торцы внутренние цилиндры сжатия 8 для образования магистрали подвода воздуха.

3. Машина по п.2, о т л и ч а ющ а я с я тем, что в кожухе 14 размещен картер 15 центральной траверсы

11, имеющий герметичные отверстия для штоков 13 рабочих поршней.

4. Машина по пп. 1-3, о т л и ч а ю .щ а я с я тем, что станина снабжена двумя боковыми рамами 4, к которым прикреплены внешние цилиндры сжатия, и двумя крестообразными структурами 5, связанными с центральной моноблочной структурой 3.

5. Машина по п.4, о т л и ч а ю— щ а я с. я тем, что.рабочие цилиндры

6 закреплены в соответствующих двугранных углах крестообразных структур 5.

6, Машина по пп. 1 и 2, о т л и— ч а ю щ а я сятем,,что тяги 17, внешних поршней сжатия расположены вне центральной траверсы 11.

7. Машина по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, тяги 17, связывающие внешние траверсы 16, расположены в плоскости осей внешних цилиндров сжатия.

8. Машина по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что синхронизирующее устройство цилиндро-поршневых групп размещено симметрично относительно продольной оси машины и выполнено в виде по меньшей мере одного зубчатого колеса 21, связанного с передаточными рейками траверс.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции М 1601540, кл. F 02 В 71/00, опублик. 1970.