Спосіб роботи машини об’ємного витиснення

УКРАЇНА (19) 5841 UA (13) U (51)7 F04C18/16, F04C18/20, F04C18/48, F01C1/16, F01C1/20 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС ДО ДЕКЛАРАЦІЙНОГО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ видається під відповідальність власника патенту (54) СПОСІБ РОБОТИ МАШИНИ ОБ'ЄМНОГО ВИТИСНЕННЯ 1 (21)20040907374 (22) 09 09 2004 (24)15 03 2005 (46) 15 03 2005, Бюл № 3, 2005 р (72) Люлько Володимир Миколайович (73) Люлько Володимир Миколайович 57) 1 Спосіб роботи машини об'ємного витиснення, що включає утворення відкритих порожнин, наповнення їх робочим середовищем, замикання порожнин з наступною зміною їх об'єму за рахунок руху робочих органів для здійснення процесів стиснення та розширення, розкриття порожнин і витіснення з них робочого середовища, який відрізняється тим, що рух робочих органів, геометрія робочих порожнин і умови теплообміну забезпечують послідовну величину об'єму V, кожної замкнутої порожнини під час процесу стиснення і/або розширення ВІДПОВІДНО до приведеної формули Корисна модель відноситься до машинобудування й може застосовуватися при створенні машин об'ємного витиснення (розширення), що використовують процеси стискування й розширення робочого середовища, сюди належать роторні машини, а також машини з робочими органами, що гойдаються для плинних стисливих середовищ До даної категорії зокрема відносяться поршневі й гвинтові компресори, двигуни, детандери, спіральні й ротаційно-пластинчасті компресори Машини, що працюють за принципом об'ємного витиснення (розширення), призначені для перетворення механічної енергії робочих органів у внутрішню енергію робочого середовища або, навпаки, при цьому кінетична енергія середовища істотно не впливає на цей процес ВІДОМІ способи роботи об'ємних машин засновані на принципах зміни робочого об'єму усередині корпуса машини робочими органами, що рухаються, здійснюють зворотно-поступальні, обертальні або коливальні рухи При цьому утворюються замкнуті порожнини змінного об'єму, у яких здійснюються процеси сти V, = 1 іи-1 /1-1 т є -т+1 ДЄ Vx - початковий об'єм замкнутої робочої порожнини, 0 < т < 1 - інтервал часу, що визначає завершеність процесу стиснення або розширення, є - ступінь підвищення тиску в робочій порожнині, п - показник політропи 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що величина об'єму замкнутої порожнини у будь-який момент часу процесу стиснення і/або розширення знаходиться у діапазоні допустимих відхилень 3 % у будь-яку сторону від його розрахункового значення скування або розширення робочого середовища Розглянемо відомий спосіб роботи машини об'ємного витиснення на прикладі компресора Компресор призначений для переміщення стисливого середовища (газу) з області низького тиску в область високого тиску У компресорах об'ємного витиснення це забезпечується послідовними процесами всмоктування для забезпечення надходження газу в робочу порожнину, стиснення за рахунок зменшення об'єму робочого простору, після того, як робоча порожнина стає закритою від області всмоктування, нагнітання, коли газ витісняється з робочої порожнини у вікно нагнітання Зокрема розглянемо відомий [1] цикл роботи гвинтового компресора, який здійснюється таким чином газ через всмоктувальний патрубок поступає в МІЖГВИНТОВІ западини, утворені гвинтовими парами при виході їх із зачеплення При подальшому обертанні западини замикаються між поверхнями роторів і корпусу, зуб одного ротора входить в западини іншого, при цьому робочі по оо ю 5841 верхні роторів дуже близько підходять одна до одної, але не стикаються Таким чином, з одночасним переміщенням лінії якнайменшого зближення роторів у напрямку до нагнітального вікна здійснюється процес стиснення газу Процес нагнітання починається тоді, коли канал між зубами з'єднається з початком нагнітального отвору і закінчується виходом зубів із зачеплення з витисненням всього газу в нагнітальний патрубок Істотним недоліком такого технічного рішення є те, що зміна об'єму порожнин стиснення залежить тільки від кутів повороту ведучого ротора і не враховуються термодинамічні залежності та газові сили, що відбуваються в цих порожнинах Аналогічний процес має місце при роботі поршневого компресора [2], у якого поршень робить усередині циліндра зворотно-поступальний рух При збільшенні об'єму робоча порожнина сполучається із всмоктувальним трубопроводом або безпосередньо з атмосферою для наповнення її робочим середовищем, при зменшенні об'єму замкнуте середовище піддається стисненню і витісняється в нагнітальний трубопровід Недолік такого способу в тому, що зменшення об'єму робочої порожнини за рахунок руху поршня описується кутом повороту колінчатого валу і зовсім не залежить від стадій проходження термодинамічного процесу, які поршень забезпечує, в також газових сил, що виникають внаслідок цього По технічній суті для досягнення результату, найбільш близьким прототипом винаходу за сукупністю ознак приймається "Спосіб зміни об'єму робочих камер об'ємних машин" [3], у якому вирішується технічне завдання по збільшенню об'ємної продуктивності при стискуванні й розширенні газу за рахунок переносу його між декількома рухомими стінками робочих порожнин із одночасною зміною об'єму Таким чином, всі ВІДОМІ способи роботи машин об'ємного витиснення включають утворення відкритих порожнин і наповнення їх робочим середовищем, подальше перетворення цих порожнин у замкнуті із зміною їх об'єму за рахунок руху робочих органів у вигляді однієї або більше рухомих стінок, що обмежують порожнину, а також розкриття порожнин і витиснення з них робочого середовища Загальний суттєвий недолік всіх таких рішень виявляється у вигляді нерівномірного характеру перетворення механічної енергії робочих органів, що рухаються, в енергію робочого середовища або навпаки Не враховується вплив термодинамічного процесу і газових сил на характер руху робочих органів по ЗМІНІ об'єму робочого середовища, що приводить до зростання газодинамічних втрат, пульсацій тиску, вібрацій і втрати частини енергії Автору не ВІДОМІ технічні рішення навіть у межах одного якогось заданого режиму роботи машин, які для зменшення енерговитрат описують оптимальне послідовне виконання дій робочими органами з покроковим сполученням їх руху із необхідною зміною об'єму робочих порожнин для кожного моменту часу процесу стискування і/або розширення, що мають місце при об'ємному витісненні Для усунення вище перелічених недоліків в основі корисної моделі лежить технічна задача зменшення енерговитрат і підвищення надійності роботи машин об'ємного витиснення за рахунок зменшення динамічних навантажень і пульсацій робочого середовища шляхом перерахунку існуючої залежності зміни об'єму робочих порожнин від часу процесів стиснення і/або розширення Для досягнення поставленої задачі пропонується спосіб роботи машини об'ємного витиснення, який, як і відомий, включає утворення відкритих порожнин, наповнення їх робочим середовищем, замиканні порожнин з наступною зміною їхнього об'єму за рахунок руху робочих органів для здійснення процесів стиснення та розширення, розкриття порожнин і витиснення з них робочого середовища На відміну від відомого, в способі, що заявляється, рух робочих органів, геометрія робочих порожнин і умови теплообміну забезпечують послідовну величину об'єму V, кожної замкнутої порожнини під час процесу стиснення і/або розширення ВІДПОВІДНО до приведеної формули n-1 n n-1 X Є -т + 1 Vi - початковий об'єм замкнутої робочої порожнини, 0