Привод вытеснителя термического нагнетателя

(51) Г 900 САНИЕ ИЗОБРЕТЕ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(72) Ю. В. Синявский и Ю. В. Подметухов (71) Московский ордена Ленина энергетический институт(54) (57) ПРИВОД ВЫТЕСНИТЕЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО НАГНЕТАТЕЛЯ, содержащий корпус, разделенный вытеснителем на теплую и холодную зоны, и цилиндр с поршнем, жестко соединенным с вытеснителем, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности, в корпусе между теплой и холодной зонами выполнена замкнутая полость, соединенная с подпорщневым пространством цилиндра и заполненная веществом с температурой конденсации, лежащей в интервале температур теплой и холодной зон.Изобрегение относится к энергетике, вчастности к приводу устройств для повышения давления газов и жидкостей, работающих за счет потока тепла,Известен электромеханический приводвытеснителей термических нагнетателей,Привод включает электродвигатель и механизм для сообщения вытеснителю возвратно- поступательного движения 11 .Недостаток такого привода - необходимость подвода электрической (механической) мощности, в то время как собственноповышение давления в термическом нагнетателе осуществляется вследствие подводатепла. Электромеханический привод прималой передаваемой мощности имеет относительно большие габариты и низкую эффективность.Эти недостатки частично устранены впневматическом приводе термического нагнстатсля, содержащем корпус, разделенный вытеснителем на теплую и холоднуюзоны, и цилиндр с поршнем, жестко соедин иным с вытеснителем 31.,.1 авление в цилиндре привода в процессе работы практически не меняется и равнопримерно среднему индикаторному давлениюн термическом нагнетателе, в то время какн Лье ме нагнетателя давление меняется отминимального до максимального значения.1 аким образом, на поршень привода действ,ет сила от перепада давления, направленная в ту или инук) сторону по ходу вытеснителя в зависимости от фазы движения инеобходимая для перемешения вытеснителя.В конце каждого хода вытеснителя давлениен цилиндре привода и в нагнетателе выравнивается вследствие специально организуемспо перепуска газа между ними. При этомреверс движения выгеснителя обеспечивается аккумулятором механической энергии(н частности, пружинами).Недостаток пневматического приводасостоит в том, что для его работы отбирается часть газа, сжатого в термическомнагнетателе, т.е, снижается производительность, а следовательно, и эффективность термического нагнетателя (в совокупности сприводом),Цель изобретения - повышение экономичности термического нагнетателя.Поставленная цель достигается тем, чтов приводе, содержащем корпус, разделенный вытеснителем на теплую и холоднуюзоны, и цилиндр с поршнем, жестко соединенным с вытеснителем, в корпусе между теплой и холодной зонами выполнена замкнутая полосгь, соединенная с подпоршневымпространством цилиндра и заполненная веществом с температурой конденсации, лежагцей в интервале температур тепловой ихолодной зон.На фиг. 1 изображена конструктив.ная схема термического нагнетателя с дан 10 15.20 25 30 35 40 45 50 В начале движения вытеснителя 2 вниз объем цилиндра 5 уменьшается, что должно вести к росту давления в полости 7. Однако поскольку в это время напротив полости 7 находится наиболее холодная часть выным приводом вытеснителя; на фиг. 2 диаграмма изменения давления Р в зависимости от объема подпоршневого пространства.Привод нагнетателя содержит корпус 1, разделенный вытеснителем 2 на теплую 3 и холодную 4 зоны, и цилиндр 5 с поршнем 6, жестко соединенными с вытеснителем 2. В корпусе 1 между теплой 3 и холодной 4 зонами выполнена замкнутая полость 7 соединенная с подпоршневым пространством 8 цилиндра 5 и заполненная вешеством с температурой конденсации, лежащей в интервале температур теплой 3 и холодной 4 зон. Вытеснитель 2 содержит регенератор 9. Полость 7" соединена с пространством 8 посредством гидропривода 10 с регулирующим вентилем 11.Рабочий объем нагнет зтеля заполнен компримируемым газом.В качестве вещества с температурой конденсации, лежащей в интервале температур теплой 3 и холодной 4 зон, могут быть использованы легкокипящие жидкости, например спирт, ацетон, а также вода и органические вещества.В процессе компримирования газа вытеснитель 2 совершает возвратно-поступательное движение. В результате периодического нагрева газа в теплой 3 и холодной 4 зонах, а также теплообмена в регенераторе 9, в объеме термического нагнетателя происходят процессы повышения давления, нагнетания, понижения давления и всасывания, как это показано на фиг. 2 сплошной линией. Процессу возвратно-поступательного движения вытеснителя 2 сопутствует эффект теплопереноса. Он заключается в том, что при нахождении вытеснителя в верхнем край нем положении его стенки аккумулируют тепло относительно высокого потенциала, а при перемещении вытеснителя вниз отдают это тепло в холодной зоне (при низком потенциале). Как показывают расчеты, вследствие теплопереноса вытеснителем температура стенки корпуса нагнетателя между теплой и холодной зонами меняется с амплитудой 9 в 10 градусов относительно среднего значения. Этот паразитный леренос используется для привода вытеснителя,Предположим, что вытеснитель 2 находится в верхнем крайнем положении, которому отвечает максимальный объем цилиндра 5. В этот момент напротив полости 7 находится относительно холодная часть вытеснителя 2, поэтому основная часть пара в полости сконденсирована. В результате давление Р в полости 7 относительно низкое, характеризуемое точкой а на фиг. 2,1028968 теснителя, продолжает идти интенсивная конденсация пара, что ведет к снижению давления, т.е. на характер изменения давления в полости действуют два противоположных фактора. Именно продолжающаяся конденсация пара приводит к тому, что дей- ствительный процесс изменения лежит ниже условной прямой линии (штрихпунктирная прямая на фиг, 2), характеризующей работу пневмопружины.При дальнейшем движении вытесните ля к полости 7 подходит более теплая часть вытеснителя. Отвод тепла из полостиуменьшается, а дейЧтвие первого фактора (уменьшается объем цилиндра 5) сохраняется. В результате кривая а - б на фиг. 2 изгибается в сторону уменьшения разницы 5 углов наклона касательной к кривой а - б и штрихпунктирной линии пневмопружины,Когда вытеснитель 2 занимает примерно среднее положение, напротив полости 7 оказываются участки вытеснителя 2, имеюшие температуру, близкую к температуре в полости 7.В этот момент практически отсутствует теплообмен, поэтому вблизи точки в полость 7 работает как пневмопружина и, следовательно, угол наклона кривой в точке в равен углу наклона штрихпунктир ной лини.При дальнейшем движении вытеснителя 2 вниз к полости 7 подходят частки вытеснителя 2, имеющие более высокую температуру, начинается подвод тепла от вытеснителя 2 к полости 7. В результате давление в полости 7 начинает расти более интенсивно, кривая процесса поднимается круче вверх к точке г. При этом чем ниже опускается вытеснитель 2, тем более горячие участки вытеснителя приходят в термический контакт с полостью 7, т.е. более интенсивно подводится тепло и резче растет давление. Наиболее интенсивно давление увеличивается при подходе вытеснителя к нижнему крайнему положен(точка д на фиг. 2).40При подходе вытеснителя 2 к нижнему крайнему положению наступает момент, когда давление в подпоршневом пространстве 8 цилиндра 5 сравнивается с давлением в полостях корпуса 1. С этого момента вытесни- тель продолжает движение вниз по инерции, 45 а давление в подпоршневом пространстве 8 цилиндра 5 становится больше давления в 4полостях корпуса 1. Создается результирующая сила, приложенная к поршню и направленная вверх, вследствие чего наступает реверс движения вытеснителя.В начале движения вытеснителя 2 вверх продолжается значительный подвод тепла к полости 7, что вызывает рост давления. Однако объем цилиндра 5 начинает увеличи-. ваться, что ведет к снижению давления. Противоположное действие двух факторов замед ляет темп роста давления (кривая д - ж), причем чем дальше отходит вытеснитель от крайнего нижнего положения, тем меньше подводится тепла к полости и сильнее сказывается фактор увеличения объема цилиндра 5: давление начинает снижаться. При среднем положении вытеснителя подвод тепла прекращается. В это время полость 7 работает как пневмопружина: угол наклона кривой в точке з равен углу наклона штрихпунктирной линии.При дальнейшем движении вытеснителя начинается отвод тепла из полости 7 к более холодной стенке вытеснителя 2, поэтому темп уменьшения давления возрастает (кривая з - к). Темп снижения давления становится максимальным при подходе к полости 7 наиболее холодной нижней части вытеснителя 2, т.е. при подходе вытеснителя 2 к верхнему крайнему положению (точка а).После реверса движения вытеснителя все процессы вновь повторяются.Таким образом, в результате осуществления отвода тепла в основном при низком далении и большом объеме полости 7, а подвода тепла при более высоком давлении и малом объеме полости 7 приводит к тому, что дной полуфазе (а в 6 в в в ) давление в полости 7 ниже соответствующего давления при работе пневмопружины, а на другой полуфазе (д - ж - з - и - а) - выше, т.е. образуется цикл, площадь которого пропорциональна получаемой работе. Направление процессов в цикле - по часовой стрелке, т.е. полученный цикл - теплосиловой. Работа этого цикла используется для привода вытеснителя термического нагнетателя.Положительный эффект от использования данного привода заключается в том, что его работа обеспечивается не затратой дополнительной энергии, а путем утилизации тепла, переносимого вытеснителем.СоставительТехред И. ВересТираж 530И Государственного кделам изобретений иМосква, Ж - 35, РаушсП Патент, г, Ужгород Ю. КилимникКорректорПодписмитета СССРоткрытийая наб., д, 4/5ул. Проектная