Поршневая машина

(51)7 01 1/00, 02 1/00,02 5/00, 04 1/00,16 1/00, 16 10/00 НАЦИОНАЛЬНОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к поршневым машинам для преобразования энергии рабочего тела в виде газа, пара или жидкости в механическую энергию, и может быть использовано при конструировании и изготовлении двигателей, компрессоров и насосов. Увеличение объема рабочей камеры машины без увеличения ее массы и габаритов, снижение степени износа внутренней поверхности рабочей камеры и уплотнительных и маслосъемных элементов, повышение долговечности устройства, обеспечение надежной герметизации рабочей камеры, увеличение мощности и КПД устройства достигается тем, что поршневая машина содержит корпус с рабочей камерой, установленный в ней поршень, на боковой поверхности поршня выполнены канавки, в которых размещены уплотнительные и маслосъемные элементы, рабочая камера и поршень имеют в поперечном сечении прямоугольную форму, а уплотнительные и маслосъемные элементы имеют Г-образную форму, канавки для каждого из двух Г-образных уплотнительных элементов, образующих прямоугольный контур, выполнены на разных уровнях с возможностью накладки концов каждого из указанных элементов друг на друга в диагонально противоположных углах поршня, канавки для каждого из двух Г-образных маслосъемных элементов, образующих прямоугольный контур, выполнены на одном уровне, а концы этих элементов прилегают один к другому встык, в каждой из канавок между поршнем и уплотнительным, а также маслосъемным элементом размещена пластинчатая пружина. 8330 Изобретение относится к машиностроению, а именно к поршневым машинам для преобразования энергии рабочего тела в виде газа, пара или жидкости в механическую энергию, и может быть использовано при конструировании и изготовлении двигателей, компрессоров и насосов. Известна поршневая машина, состоящая из корпуса с выполненным в нем цилиндром, поршнем,крышкой цилиндра, и кривошипно-шатунным механизмом при возвратно-поступательном движении поршня в цилиндре объем рабочего тела периодически меняется вместе с давлением и температурой. Рабочее тело вводится в рабочую полость, ограниченную стенкой цилиндра, поршня и крышкой цилиндра (Сапожников Е. Н. Двигатели внутреннего сгорания. Киев Техника, 1979, с. 44). Недостатком указанного устройства является выполнение рабочей камеры в виде цилиндра, что не позволяет повысить мощность устройства без увеличения его габаритов и массы. Использование уплотнительных элементов в форме колец и наличие обязательного теплового зазора в замке (стыке), образованном разрезом кольца, чтобы кольцо не заклинило в цилиндре при нагревании, ухудшают герметичность рабочей камеры, что снижает КПД устройства. Наиболее близкой к предлагаемой является поршневая машина, содержащая корпус с рабочей камерой цилиндрической формы, установленный в ней поршень, механизм преобразования возвратнопоступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала, на боковой поверхности поршня выполнены канавки, в которых размещены уплотнительные и маслосъемные элементы в виде колец. Чтобы уплотнительные кольца не заклинивало при нагревании в результате их расширения, в замке или стыке каждого кольца, образованном разрезом кольца, устанавливают зазор 0,5 - 0,8 мм между торцами кольца (Хачиян А.С., Морозов К.А., Лукашин В.Н. и др. Двигатели внутреннего сгорания. М. Высшая школа, 1985, с. 245). Основными недостатками указанной поршневой машины являются- невозможность увеличения объема рабочей камеры без увеличения габаритов и массы машины- работая при высоких температурах и давлении,поршень с кольцами и стенки цилиндра изнашиваются раньше других деталей машины, а при их большом износе возникает необходимость в ремонте с расточкой цилиндра и заменой поршня с кольцами на новые увеличенного размера- наличие зазора на уплотнительных кольцах поршня снижает давление в рабочей камере машины и обуславливает повышенное давление колец на стенки цилиндра, что увеличивает трение при возвратно-поступательном движении поршня и снижает КПД устройства- увеличение внутреннего диаметра цилиндра вследствие быстрого изнашивания при эксплуатации вызывает возрастание зазора в стыках поршневых колец, от чего при работе устройства еще больше 2 увеличивается вероятность пропускания через зазор рабочего тела из рабочей камеры и попадание в нее масла, что ухудшает условия работы машины и снижает ее надежность- форма уплотнительных и маслосъемных элементов в виде колец, устанавливаемых с определенным зазором между их торцами, ограничивает возможность применения широкого ассортимента материалов для изготовления поршневых колец и позволяет использовать только чугун, легированный присадками никеля, молибдена, вольфрама, хрома,кремния во избежание заклинивания поршня и пригорания колец. Задачей изобретения является разработка конструкции поршневой машины, позволяющей увеличить объем рабочей камеры машины без увеличения ее массы и габаритов, снизить степень износа внутренней поверхности рабочей камеры и уплотнительных и маслосъемных элементов, а также обеспечить возможность многократного использования рабочей камеры, поршня и уплотнительных и маслосъемных элементов после восстановительного ремонта деталей машины и, таким образом, повысить долговечность устройства обеспечить надежную герметизацию рабочей камеры, увеличить мощность и КПД устройства. Для этого в поршневой машине, содержащей корпус с рабочей камерой, установленный в ней поршень, на боковой поверхности поршня выполнены канавки, в которых размещены уплотнительные и маслосъемные элементы, согласно изобретению,рабочая камера и поршень имеют в поперечном сечении прямоугольную форму, а уплотнительные и маслосъемные элементы имеют Г-образную форму,канавки для каждого из двух Г-образных уплотнительных элементов, образующих прямоугольный контур, выполнены на разных уровнях с возможностью накладки концов каждого из указанных элементов друг на друга в диагонально противоположных углах поршня, канавки для каждого из двух Гобразных маслосъемных элементов, образующих прямоугольный контур, выполнены на одном уровне, а концы этих элементов прилегают один к другому встык, в каждой из канавок между поршнем и уплотнительным, а также маслосъемным элементом,размещена пластинчатая пружина. Выполнение поперечного сечения рабочей камеры машины и поршня прямоугольным позволяет увеличивать объем рабочей камеры машины без увеличения ее массы и габаритов. Увеличение объема рабочей камеры способствует, в свою очередь,повышению мощности и производительности поршневой машины. Выполнение канавок для каждого из двух Гобразных уплотнительных элементов, образующих прямоугольный контур, на боковой поверхности поршня на разных уровнях и размещение в них Гобразных уплотнительных элементов с возможностью накладки концов элементов друг на друга в диагонально противоположных углах, обеспечивает надежную герметизацию рабочей камеры. 8330 Во всех известных конструкциях при повышении температуры в рабочей камере поршневой машины нагревание тела поршня и его расширение приводит к увеличению зазора в торцах уплотнительных элементов, соединенных встык, с образованием промежутка между соединяемыми концами. Это нарушает герметизацию рабочей камеры, снижает надежность и долговечность устройства. В аналогичных условиях в предлагаемом устройстве концы уплотнительных элементов также расходятся, но за счет того,что они соединены не встык, а накладываются один на другой, происходит их частичное смещение, без образования промежутка между ними. Это повышает надежность и долговечность устройства. Для уплотнительных элементов характерна малая опорная поверхность и достаточно высокое давление на внутреннюю стенку рабочей камеры машины. Наложение концов Г-образных уплотнительных элементов один на другой позволяет регулировать и выравнивать давление уплотнительных элементов на стенку корпуса за счет наложения их концов и перемещения навстречу один другому при охлаждении поршня и уменьшении его поперечного размера и расхождению концов Г-образных уплотнительных элементов при нагревании поршня и увеличении его поперечного размера. При расхождении концов Гобразных уплотнительных элементов определенные участки концов остаются наложенными один на другой. Это способствует стабилизации давления, производимого опорной поверхностью уплотнительных элементов на внутреннюю стенку рабочей камеры и обеспечивает его постоянство при изменении температуры и давления в рабочей камере. За счет этого износ уплотнительных элементов и внутренней поверхности рабочей камеры сверх допустимых пределов наступает значительно позже по сравнению с известными устройствами. Предлагаемая форма уплотнительных и маслосъемных элементов позволяет расширить ассортимент материалов для их изготовления и применять новые материалы с заранее заданными свойствами и характеристиками. Маслосъемные элементы можно соединять встык, так как они несут меньшую нагрузку, чем уплотнительные элементы. Пластинчатая пружина, размещенная в каждой из канавок между поршнем и соответствующим уплотнительным или маслосъемным элементами, предназначена для прижатия каждого из элементов к внутренней стенке рабочей камеры. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен продольный разрез предлагаемого устройства, на фиг. 2 - поперечный разрез известного устройства с рабочей камерой цилиндрической формы на фиг. 3 - поперечный разрез предлагаемого устройства с рабочей камерой в форме параллелепипеда в поперечном сечении, у которой габариты не изменились по сравнению с изображенной на фиг. 2, но объем рабочей камеры увеличился на фиг. 4 - то же, но объем рабочей камеры соответст вует устройству на фиг. 2, при этом габариты значительно уменьшились на фиг. 5 изображены уплотнительные элементы Г - образной формы на фиг. 6 маслосъемные элементы на фиг. 7 - пластинчатая пружина на фиг. 8 - фрагмент поршня с канавками и размещенными в них уплотнительными элементами. Поршневая машина содержит корпус 1 с рабочей камерой 2, установленный в ней поршень 3, механизм преобразования 4 возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала 5. На боковой поверхности поршня 3 выполнены канавки, в которых размещены уплотнительные 6 и маслосъемные 7 элементы. Рабочая камера 2 и поршень 3 имеют в поперечном сечении прямоугольную форму, а уплотнительные 6 и маслосъемные 7 элементы - Г-образную форму. Канавки для каждого из двух Г-образных уплотнительных элементов 6, образующих прямоугольный контур,выполнены на разных уровнях таким образом, что концы 8 каждого из них накладываются один на другой в диагонально противоположных углах поршня. Канавки для каждого из двух Г-образных маслосъемных элементов 7, образующих прямоугольный контур, выполнены на одном уровне, а концы этих элементов прилегают один к другому встык. В каждой из канавок между поршнем 3 и уплотнительным 6, а также маслосъемным элементом 7 размещена пластинчатая пружина 9. Рабочая камера 2 снабжена впускным 10 и выпускным 11 каналами для рабочего тела. Устройство работает следующим образом. Рабочее тело - газ, пар или жидкость поступает в рабочую камеру 2 корпуса 1 через канал 10 и перемещает поршень 3 от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. Поршень 3, двигаясь в обратном направлении, выталкивает рабочее тело из рабочей камеры 2 через канал 11. Возвратно-поступательное движение поршня 3 преобразуется во вращательное движение коленчатого вала 5 с помощью механизма преобразования 4. За счет выполнения рабочей камеры и поршня 3 прямоугольными в поперечном сечении увеличивается объем рабочей камеры машины, что обеспечивает подачу большего объема рабочего тела, а следовательно, повышение мощности устройства. При высоких температурах и давлении износ уплотнительных элементов 6 и внутренней поверхности рабочей камеры 2 минимален за счет исключения резкого изменения давления, производимого опорной поверхностью уплотнительных элементов 6 на внутреннюю поверхность рабочей камеры пластинчатые пружины 9, прижимая уплотнительные 6 и маслосъемные 7 элементы к внутренней поверхности рабочей камеры 2 повышают герметизацию рабочей камеры и оказывают амортизирующий эффект. Предлагаемая конструкция поршневой машины позволяет, не меняя габаритов устройства, повысить его мощность, КПД, а также надежность, долговечность и обеспечивает возможность применения новых материалов для изготовления уплотнительных элементов. 3 8330 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Поршневая машина, содержащая корпус с рабочей камерой, установленный в ней поршень, на боковой поверхности поршня выполнены канавки, в которых размещены уплотнительные и маслосъемные элементы, отличающаяся тем, что рабочая камера и поршень имеют в поперечном сечении прямоугольную форму, а уплотнительные и маслосъемные элементы имеют Г-образную форму, канавки для каждого из двух Г-образных уплотнительных элементов, образующих прямоугольный контур, выполнены на разных уровнях с возможностью накладки концов каждого из указанных элементов друг на друга в диагонально противоположных углах поршня, канавки для каждого из двух Г-образных маслосъемных элементов, образующих прямоугольный контур, выполнены на одном уровне, а концы этих элементов прилегают один к другому встык, в каждой из канавок между поршнем и уплотнительным, а также маслосъемным элементом размещена пластинчатая пружина.