Поршнева машина

1. Поршнева машина, що містить картер із закріпленим на ньому циліндром, в якому розміщений поршень зі штоком, встановлену на циліндрі кришку, всмоктувальні та нагнітальні клапани, два паралельних колінчастих вали, котрі розташовані симетрично щодо осі циліндра та зв'язані між собою з можливістю обертання у протилежні боки, траверсу, що з'єднана зі штоком поршня, два шатуни, кожен із яких одним кінцем у шарнірний спо C2 2 91003 1 3 механізмом повороту шатунів відносно траверси на рівні кути. Відома поршнева машина може бути виконана у варіанті компресора, помпи або двигуна внутрішнього згоряння (авт. свід. СРСР №1224415, F01B 9/02, F02B 75/32, 1986, найближчий аналог). Недоліком відомої поршневої машини при її використання як компресора є наявність значного шкідливого простору та значних гідравлічних втрат при всмоктуванні та нагнітанні робочого тіла через розміщення на одній кришці циліндра всмоктувальних та нагнітальних клапанів, що збільшують мінімальний об'єм між кришкою та поршнем за рахунок об'єму клапанів та зменшують площину прохідних перерізів як всмоктувальних, так і нагнітальних клапанів, котрі займають разом одну поверхню кришки, що знижує об'ємну продуктивність поршневої машини та наповнення циліндра робочим тілом. Крім того, у поршневій машині не забезпечується достатнє охолодження поршня. Розкриття винаходу Задачею, що розв'язується у даному винаході, є створення поршневої машини, в якій забезпечується зменшення шкідливого простору, зниження гідравлічних втрат при всмоктуванні і нагнітанні та охолодження машини. Задача створення поршневої машини розв'язується тим, що поршнева машина містить картер із закріпленим на ньому циліндром, в якому розміщений поршень зі штоком, встановлену на циліндрі кришку, всмоктувальні та нагнітальні клапани, два паралельних колінчастих вали, котрі розташовані симетрично щодо осі циліндра та зв'язані між собою з можливістю обертання у протилежні боки, траверсу, що з'єднана зі штоком поршня, два шатуни, кожен із яких одним кінцем у шарнірний спосіб з'єднаний з відповідним колінчастим валом, а другим з'єднаний у шарнірний спосіб з відповідним кінцем траверси, шток поршня з'єднаний з траверсою у шарнірний спосіб. Відмітними ознаками запропонованої поршневої машини від зазначеного вище найближчого аналога є виконання поршня з внутрішньою порожниною, а штока - з наскрізним поздовжньоосьовим каналом, котрий з'єднаний з внутрішньою порожниною поршня, встановлення всмоктувального патрубка у картері співісно до штока, який входить у всмоктувальний патрубок з можливістю зворотно-поступального переміщення, з'єднання траверси зі штоком вище входу до всмоктувального патрубка, встановлення всмоктувальних клапанів на передній стінці поршня, а нагнітальних клапанів на кришці. Виконання поршня з внутрішньою порожниною, штока з наскрізним поздовжньо-осьовим каналом, котрий з'єднаний з внутрішньою порожниною поршня, встановлення всмоктувального патрубка у картері співісно до штока, який входить у всмоктувальний патрубок з можливістю зворотно-поступального переміщення, з'єднання траверси зі штоком вище входу у всмоктувальний патрубок, встановлення всмоктувальних клапанів на передній стінці поршня, встановлення нагнітальних клапанів на кришці циліндра дозволяє створити мінімальний об'єм шкідливого простору порш 91003 4 невої машини (мінімальний об'єм, що залишається між кришкою та поршнем), що дає підвищення об'ємної продуктивності поршневої машини при створення мінімального об'єму шкідливого простору, та збільшити прохідні перерізи у всмоктувальних та нагнітальних клапанах за рахунок встановлення всмоктувальних клапанів на передній стінці поршня, а нагнітальних клапанів вже на іншому місці - кришці циліндра, що дає зменшення гідравлічних втрат у поршневій машині, і при рухові поршня із верхнього положення у нижнє забезпечити всмоктування робочого тіла через наскрізний поздовжньо-осьовий канал штока із всмоктувального патрубка, подачу робочого тіла у внутрішню порожнину поршня і через всмоктувальні клапани у циліндр, і із циліндра при рухові поршня у зворотну сторону через нагнітальні клапани подачу до споживача, що спричинює охолодження поршня засмоктуваним робочим тілом, і в результаті, усієї поршневої машини. З'єднання траверси зі штоком вище входу до всмоктувального патрубка забезпечує рух штока з поршнем. Встановлення всмоктувальних клапанів на передній стінці поршня, а нагнітальних клапанів на кришці циліндра дозволяє зменшити об'єм шкідливого простору за рахунок перенесення всмоктувальних клапанів в інше місце та збільшити прохідні перерізи всмоктувальних та нагнітальних клапанів знову ж таки за рахунок розміщення на тій самій площі меншої кількості нагнітальних клапанів і на такій самій площі тієї самої кількості всмоктувальних клапанів, що дає зниження гідравлічних втрат та підвищення об'ємної продуктивності і наповнення циліндра робочим тілом. Можливе виконання наскрізного поздовжньоосьового каналу штока з дифузором з боку з'єднання з внутрішньою порожниною поршня та з конфузором з боку входу у випускний патрубок, що дозволяє знизити втрати тиску підчас руху робочого тіла уздовж поздовжньо-осьового каналу за рахунок забезпечення мінімальних швидкостей течії робочого тіла при вході у канал штока та виході із каналу штока у внутрішню порожнину поршня, і у такий спосіб підвищити наповнення циліндра робочим тілом. Можливе встановлення нагнітальних клапанів на кришці циліндра з можливістю розміщення врівень з поверхнею кришки з боку поршня у закритому положенні, що дозволяє зменшити об'єм шкідливого простору за рахунок створення плоскої поверхні кришки з боку поршня. Можливе встановлення всмоктувальних клапанів на передній стінці поршня з можливістю розміщення врівень з поверхнею передньої стінки поршня у закритому положенні, що дозволяє зменшити об'єм шкідливого простору за рахунок створення плоскої поверхні передньої стінки поршня. Стислий опис винаходу На фіг. 1 зображений поздовжній переріз поршневої машини, виконаної у вигляді поршневого компресора; на фіг 2 - вид зверху на траверсу. Варіант реалізації винаходу, якому віддається найбільша перевага Поршнева машина, що виконана у вигляді поршневого компресора, містить картер 1 із закріп 5 леним на ньому циліндром 2, в якому розміщений поршень 3 зі штоком 4, встановлену на циліндрі 2 кришку 5, два паралельних колінчастих вали 6 та 7 з противагами, котрі розміщені симетрично осі циліндра 2 та зв'язані між собою з можливістю обертання у протилежні боки з допомогою спряжених циліндричних шестерень 8 та 9. Траверса 29 з'єднана зі штоком 4, два шатуни 10 та 11, кожен із яких одним кінцем у шарнірний спосіб з'єднаний з відповідним колінчастим валом 6 або 7, а другим кінцем у шарнірний спосіб з'єднаний з відповідним кінцем траверси 29 за допомогою двох серг 25 та 26 із закріпленими на них пальцями 22 та 23. Шток 4 у зоні з'єднання з шатунами має місцевий квадратний переріз. Шток 4 поршня 3 з'єднаний з траверсою 29 у шарнірний спосіб віссю 21. Поршень 3 виконаний з внутрішньою порожниною 12. Шток 4 виконаний з наскрізним поздовжньо-осьовим каналом 13, що з'єднаний з внутрішньою порожниною 12 поршня 3. Всмоктувальний патрубок 14 встановлений у картері 1 співвісно до штока 4, який входить у всмоктувальний патрубок 14 через ущільнення 15 з можливістю зворотнопоступального переміщення по напрямним. Траверса 29 з'єднана зі штоком вище входу у всмоктувальний патрубок 14 при знаходженні поршня у нижньому положенні. Всмоктувальні клапани 16 встановлені на передній стінці 17 поршня 3, а нагнітальні клапани 18 встановлені на кришці 5. Нагнітальні клапани 18 на кришці 5 у гідравлічний спосіб з'єднані з ресивером 19, який, у свою чергу, з'єднаний з випускним патрубком 20. Всмоктувальні клапани 16 можуть бути встановлені на передній стінці 17 поршня 3 з можливістю розміщення врівень з поверхнею передньої стінки 17 поршня 3 у закритому положенні. Нагнітальні клапани 18 можуть бути встановлені на кришці 5 з можливістю розміщення врівень з поверхнею кришки 5 з боку поршня 3 у закритому положенні. Наскрізний поздовжньо-осьовий канал 13 штока 4 може бути виконаний з дифузором 27 з боку з'єднання з внутрішньою порожниною 12 поршня 3 та з конфузором 28 з боку входу у всмоктувальний патрубок 14. Всмоктувальні та нагнітальні клапани 16 та 18 можуть бути виконані у вигляді самодіючих автоматичних клапанів. Нагнітальний клапан 18 може бути виконаний керованим. Всмоктувальні клапани 16 на передній стінці 17 поршня 3 можуть бути виконані у вигляді щільно посаджених у конічні отвори у кришці 5 конічних пластин зі штирями та обмежувачами на кінці. Нагнітальні клапани 18 на кришці 5 можуть бути виконані з напрямними у вигляді посаджених у конічні отвори у кришці 5 конічних пластин зі штирями, що підпружинені у бік кришки 5. 91003 6 В аналогічний спосіб може бути виконана поршнева машина у варіанті чотиритактного двигуна внутрішнього згоряння із заміною нагнітальних клапанів на керовані впускні клапани та додатковою форсункою впорскування пального безпосередньо у циліндр, що встановлений на кришці циліндра. Поршнева машина може бути виконана також у вигляді помпи. Поршнева машина як поршневий компресор працює у наступний спосіб. При обертанні колінчастих валів 6 та 7 поршень 3 здійснює зворотно-поступальний рух у циліндрі 2. Підчас руху поршня 3 із верхнього положення у нижнє всмоктувальні клапани 16 на передній стінці 17 поршня 3 при його прискоренні вниз самовідкриваються через дію сил інерції, залишаючись на обмежувачах, і відбувається всмоктування робочого тіла через всмоктувальний патрубок 14 та наскрізний поздовжньо-осьовий канал 13 штока 4 у внутрішню порожнину 12 поршня 3 та через отвори у всмоктувальних клапанах 16 у циліндр 2. При подальшому повороті колінчастих валів 6 та 7 поршень 3 зупиняється і починає рухатись уверх, всмоктувальні клапани 16 закриваються за рахунок створення прискорення поршня 3 уверх. Після стискання робочого тіла у циліндрі 2 до тиску у ресивері 19 відбувається саморозкриття нагнітальних клапанів 18 з подоланням сили притиску їх пружин, робоче тіло надходить у ресивер та виходить через випускний патрубок 20 до споживача, після чого цикл повторюється. При рухові робочого тіла через поздовжньоосьовий канал 13 штока 4 з дифузором 27 та конфузором 28 знижуються втрати тиску робочого тіла за рахунок забезпечення мінімальних швидкостей течії робочого тіла при вході у поздовжньоосьовий канал 13 штока 4 та виході із нього у порожнину поршня, де тиск відновлюється. При здійсненні процесу нагнітання робочого тіла у поршневому компресорі з нагнітальними клапанами 18, що встановлені на кришці 5 з можливістю розміщення врівень з поверхнею кришки 5 з боку поршня 3 у закритому положенні, зменшується об'єм шкідливого простору за рахунок створення плоскої поверхні кришки 5. При здійсненні процесу нагнітання робочого тіла у поршневому компресорі з всмоктувальними клапанами 16, що встановлені на передній стінці поршня 3 з можливістю розміщення врівень з поверхнею передньої стінки 17 поршня 3 у закритому положенні, зменшується об'єм шкідливого простору за рахунок створення плоскої поверхні передньої стінки поршня 3. Промислове застосування З найбільшим успіхом даний винахід може бути використаний у компресорах, помпах або двигунах внутрішнього згоряння. 7 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 91003 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601