Охлаждаемый поршень для машин, в которых он подвергается повторному нагреванию

967,асс 46 ЕНТ НА ИЗОБРЕТЕН О ПИСАН И аждаемого поршня для машин, в подвергается повторному нагрев торыхию,К патенту ин-ца Г. Юнкерса (Н, Лцп 3 сегв) в г. Дессау(заяв. свид.2292). О выдаче патента опубликовано 27 февраля 1926 года. Действие патента распространяется иа срок до 27 февраля 1941 года.Предлагаемое изобретение касается3) Путем отдачи телла стенкам охлатаких поршневых машин, в которых , ждаемого воздухом или водою цидвижущийся возвратно - поступательно линдра.поршень, испытывая большие механиче-Предлагаемое изобретение касается ские напряжения, подвергается в то жеэтого последнего способа охлаждения, время повторному одностороннему на-При этом способе отдача телла прогреванию, т. е. двигателей, работающихисходит только через цилиндрические вспышкою, двигателей внутреннего го- , части поршня, находящиеся в непосредрения, компрессоров и т. д. При силь- ,ственном соприкосновении с охлаждаеном нагревании поршневого днища имыми стенками цилиндра. Между тем, больших механических напряженияхнагреванию подвергается, главным обрапоршня необходимы специальные сред-; зом, поршневое днище, а потому тества для возможно быстрого отведения плоту, передаваемую этому днищу, нужот него тепла, так как в противномно прежде всего передать цилиндричеслучае поршень быстро разрушаетсяским стенкам поршня. Такая передача (лопается), производилась до сих пор исключительноОхлаждение поршня производится, через металл, при чем с целью достиобыкновенно по одному из следующихжения достаточно большого теплопро 1трех способов: водящего сечения или увеличивали тол 1) Путем проведения через поршеньщину днища и цилиндрической стенки струи охлаждающей воды, Этот способпоршня, или же снабжали его внутренведет к сложному и требующему тща-ними ребрами, как показано на фиг, 1 тельного ухода устройству. прилагаемого чер ежа, где теплота от2) Путем непосредственной отдачи днища 1 передается цилиндрическим тепла воздуху, Этот способ во многих стенкам 2 поршня путем распростраслучаях недостаточен вследствие незна- кения в металле по путям, указанным чительности передачи теплоты с металластрелками. Такое устройство крайне прона воздух; и сто, но совершенно не достаточно втех случаях, когда нужно отводить большие количества тепла, в особенности, когда диаметр поршня большой или когда машина работает одновременно при высоких давлениях и температурах, потому что при этих обстоятельствах невозможно получить достаточно большие поперечные сечения металла. Вдобавок и поршень получается очень тяжелый, Из чертежа ясно, что та часть поршня, которая ближе к нагреваемому днищу, будет отдавать стенкам цилиндра большие количества тепла, тогда как удаленная от этого днища часть будет участвовать в этой передаче в весьма незначительной степени, потому что распространение тепла в металле совершается сравнительно медленно, так что удаленные части имеют значитель. но более низкую температуру, чем части, лежащие непосредственно у нагреваемой стенки, Такое неравномерное распределение тепла вызывает внутренние напряжения в материале поршня и весьма часто поломку его. Опасность поломки (раскалывание происходит, обкновенно, у нагретого днища) при прочих равных обстоятельствах возрастает, разумеется, с увеличением размеров поршня, так что конструкторам в этом отношении поставлен был до сих пор сравнительно низкий предел,Согласно предлагаемому изобретению указанные недостатки обусловленные недостаточно энергичным отведением тепла от поршня, устраняются тем, что внутренняя полость (или полости) поршня заполняется совершенно или частью какою-либо жидкостью, которая при движении поршня приходит или исскуственно приводится в движение и, приходя в соприкосновение со всеми стенками поршня, механически, так сказать, переносит тепло с горячих стенок на менее горячие стенки, Эта жидкость остается в поршне и, следовательно, не является средством для непосредственного отведеня тепла, а лишь средством для возможно равномерного распределения такового на всю поверхность поршня, вследствие чего вся цилиндрическая стенка поршня будет принимать вполне одинаковое участие в отдаче тепла охлаждаемым стенкам цилиндра,Простой пример осуществления предлагаемого изобретения представлен на фиг, 2 чертежа, где поршень имеет одну вполне закрытую полость 3, частью заполненную жидкостью 4, которая при возвратно - поступательных движениях поршня приходит в сильное движение и в тесное соприкосновение как с повторно нагреваемым днищем 1, так и с цилиндрической стенкой 2 и вторым днищем поршня. Эта жидкость поглощает теплоту стенки 1, подверженную непосредственному действию горячих газов, а при дальнейшем своем движении сообщает ее цилиндрической стенке поршня, передающей ее охлаждаемым стенкам цилиндра. При этом устройстве теплота стенки 1 на своем пути к стенке цилиндра совершает лишь очень короткий путь по металлу, а именно путь, равный сумме толщин днища и поршевого кожуха, передача же от днища к этому кожуху происходит путем чрезвычайно быстрого механического перенесения при посредстве жидкости 4, приведенной в сильное движение.В виду отсу 1 ствия значительной разности температур в разных местах поршня, в материале последнего нет тепловых напряжений, так что при расчете толщины стенок поршня нужно лишь считаться с условиями механической прочности. Поэтому стенки получаются значительно тоньше и могут иметь везде приблизительно одинаковую толщину. В отдаче тепла стенкам цилиндра равномерно участвует вся цилиндрическая поверхность поршня, а потому эта передача совершается гораздо скорее. Устранена опасность защемления поршня, неизбежная до сих пор при одностороннем сильном нагревании его и при отведении тепла от лобовой на боковую стенку по металлу, Все это сделало возможным устройство машин с цилиндрами большого диаметра, не прибегая к непосредственному охлаждению поршня путем пропуска через него струи воды, связанному с большими техническими трудностями.На фиг, 3 - 21 представлены дальнейшие формы выполнения предлагаемо о изобретения,Поршень по фиг. 3 и 4 имеет несколько вполне закрытых камер, частьюзаполненных жидкостью, напр., водою,Поршень, играющий одновременно роль, направляющего крейцкопфа, имеет очень.большую длину и для передачи тепла стенкам цилиндра использована лишьчасть его боковой поверхности,Подобный же поршень представлен, на фиг. 16 в продольном разрезе, причем, однако, в передаче тепла стенкам цилиндра участвует и та часть цилиндрической поверхности поршня, которая расположена впереди цапфы шатуна. На фиг. 17 и 18 изображены разрезы этого поршня по А - А и В - В, фиг. 16.11 оршень имеет промежуточное днище 30, с отверстиями, снабженными клапанами 31 и 32, открывающимися в разные стороны. Стенка 43, доходящая в устройстве по фиг. 16, 17 и 18 до сводчатой перегородки 63, а в устройстве пофиг. 16, 19 и 20 почти до переднегоконца 47 1 ф. 16) кольцевого пространства, занятого охлаждающею водою,разделяет это кольцевое пространствона две части, сообщающиеся между собою у переднего конца, напр., при по. мощи отмеченных на фиг. 16 и 18 плоских каналов или труб 61, 62. Благодаря этому устройству при движениях поршня, вызывающих поочередное открывание клапанов ЗМ и 32, создается сделать такие выточки на самой цапфе. При поршне, представленном на фиг, 16, можно охлаждать при помощи циркулирующей воды также и цапфу 48 для шатуна, Согласно фиг. 21 это достигается с помощью продольного канала 64, сообщающегося с двумя отделениями пространства, занятого охлаждающей водою, так что циркуляция в последнем вызовет также и циркуляцию через упомянутый канал 64.На фиг. 19 и 20 изображены разрезы поршня по линиям А - А и В - В (фиг. 16), отличающегося лишь тем, что вся передняя часть его использована для отведения теплоты. Это возможно тогда, когда головка шатуна мала и шатун совершает небольшие размахи около цапфы. В этом случае сообщение между собою переднего и заднего пространств для охлаждающей воды достигается при помощи каналов 39 и 40 (фиг. 19), образованных в толще поршневого кожуха.Описанное устройство для создания правильной циркуляции охлаждающей жидкости в полостях поршня может найти применение и при поршнях иной конструкции, при чем для существа дела безразлично, работает ли поршень горизонтально, вертикально или в на циркуляция охлаждающей воды по пути, ( клонном положении.обозначенному на фиг. 16 стрелками В машине, представленной на фиг. 5 при чем вода приходит в тесное сопри- в вертикальном разрезе, имеется поршень косновение как с согреваемым днищемс одной внутренней полостью, в кото- поршня, так и с наружной стенкой 2, рой устроена направляющая стенка о поршня, отдающею теплоту стенкам ци- ( устраняющая беспорядочность движенияндра и с охлаждаемыми наружным жидкости и сообщающая ей известную воздухом внутренними стенками 44, 4 о.закономерность, выгодную в смысле отВ изображенном примере поршень ведения тепла от нагреваемой лобовой служит также крейцкопфом и имеет по-стенки и передачи таковой остальным этому цапфу 48 для шатуна. Если го- , стенкам поршня. Это - машина двойноловка 49 последнего занимает все сво- го действия, так что переменному набодное пространство между цапфою игреванию подвергаются обе крышки стенкой цилиндра (фиг. 17), то не всяпоршня, В рассматриваемой машине передняя часть цилиндрической поверх- охлаждение поршневого штока 53 проности поршня участвует в теплоотдаче,изводится по способу, осуществленному Для этого могут быть использованы ,для самого поршня. С этой целью его лишь части, отвечающие сегментам 37; канал о 4 заполнен водой. Так как шток и 38 (фиг. 18), находящимся в сообше- в верхней своей части непосредственно нии с верхним пространством при по.нагревается горячими газами, то усилен- средстве отверстий 33 и 34, просверлен-ное охлаждение его является весьма ных в цапфе 48. Вместо этих отверстий ,целесообразным.можно образовать в гнездах для этойВ изображенном примере канал 54 цапфы выточки Зо (фиг, 17), или жештока находится в постоянном сообще нии с внутренней полостью поршня.Можно, однако, разобщить этот канал и камеру поршня, причем отведениетепла, сообщенного поршневому штоку, будет происходить исключительно черезхорошо охлаждаемые станки об сальника.Представленный на фиг, 6 поршеньимеет несколько кольцевых камер б, 7 8, частью заполненных жидкостью, причем каждая камера имеет свой кольце- ( вой пояс для передачи телла. Этот пор., шень особенно пригоден для вертикаль- ( ных машин с направленным вверх пор-шневым штоком.Поршень по фиг, 7 и 8 имеет цилиндрическчю внутреннюю стенку 9, уменьшающую необходимый объем теплопере-дающей жидкости. Эта стенка 9, кото- ) торая делается предпочтительно полой,связана с кожухом поршня при помощиребер 10, разделяющих кольцевое про-странство на четыре канала 1 1. Еслипри горизонтально движущемся поршнедва нижних канала 11 вполне заполне-ны жидкостью, то последняя будет со- ( вершать кругооборот, двигаясь вдоль одного днища вверх, затем вдоль верхней половины кожуха назад и вдоль второго днища вниз и распределит теп. лоту, поглощенную у нагреваемого дни-ща, на все остальные стенки поршня.,На фиг. 9 представлен в продольномразрезе поршень, коего свободное вну-, треннее пространство почти совершенно заполнено жидкостью. Для того, чтобыпри этих условиях получить желатель-ное движение жидкости на стержне 12,расположенном по оси поршня, свободно насажена шкивообразная шайба 13,которая вследствие возвратно - поступа-тельного движения поршня совершает, размахи, скользя по стержню 12, причем спиральные пружины И упруго ( ограничивают ход шайбы 13. Ясно, чтопоследняя играет роль перемешивающего орудия, заставляющего жидкость дви-гаться ритмически вверх и вниз.На фиг, 10 и 11 показан горизон- ( тально движущийся поршень, коего камера почти совершенно заполнена жидкостью. Внутри камеры поворотно под-вешена стенка или пластинка 1 о, заста-вляющая жидкость циркулировать при движении поршня. На фиг. 12 показан движущийся в вертикальном направлении поршень, Коего внутренняя полость лишь частью заполнена жидкостью, при чем имеется полая вставка 16 с обратным клапаном 17 для облегчения всбрасывания жидкости. Такое устройство производит энергичное ополаскивание внутренних стенок поршня уже при незначительной скорости его движения, так как вода,. находящаяся в верхнем отделении лолой вставки 16, т. е. над клапаном 17, с легкостью выбрасывается через верхний край на нагреваемое днище и затем стекает по цилиндрической стенке. Это выбрасывание воды из верхнего отделения происходит при ускорении нисходящего движения поршня, при чем вода, находящаяся в нижней части, переходит в. верхнее отделение вставки, так что когда это движение поршня замедляется и, на-. конец, сменяется на обратное по направлению, над закрытым клапаном 17 окажется новая порция воды, которую нужно будет подбросить лишь на половин ную высоту. При очень длинных поршнях можно применять вставку 16 с. несколькими расположенными друг над другом (и между собою связанньми или нет) обратными клапанами 17; чем больше число клапанов 17, тем на меньшую высоту приходится подбрасывать или перемещать жидкость при каждом ходе поршня, так что получится энергичное ополаскивание его стенок и равномерное распределение тепла уже при небольших изменениях незначительной по величине скорости поршня. Вместо клапанов 17 можно, конечно, применять и простые заклепки, так как особой плотности закрывания не требуется.На фиг. 13 показано предлагаемое охлаждение в применении к машине с вращающимися цилиндрами 18. В поршнях имеются закрытые камеры 3, частью заполненные водою или иною жидкостью. Цилиндры вращаются вокруг неподвижно закрепленного кривошипного вала 19, а поршни около цапфы 20 его кривошипа. Поршни получают сложное движение, слагающееся из равномерного вращения вокруг оси 19 и из возвратно - поступательного движения в радиальном направлении, обусловленного связью их помощью шатунов с цапфою.20 кривошипа. Благодаря этому воз-вратно - поступательному движению пор-шней в радиальном направлении, заклю-ченная в камере 3 жидкость приходитв энергичное движение и периодически перебрасывается от внешней днищевойстенки камеры к ее внутренней стенке, при чем поглощенная теплота передается как цилиндрическому поясу поршня, так и этой замыкающей камеру внутреннейстенке. В изображенном примере стенки цилиндров охлаждаются водою. Вместоэтого охлаждения может быть применено и воздушное,На фиг, 14 показан поршень, устроенный согласно предлагаемому изобретению и служащий для работы в машине с наклонными цилиндрами. Жидкость, которая при движении поршня вниз с большою быстротою отбрасывается к нагреваемому верхнему днищу 1, попа. дает при перемене направления движения поршня на изогнутую стенку 21, с которой она вновь стекает при следующем ходе поршня, Это явление, повторяющееся при каждом полном ходе поршня, ведет, как и в предыдущих случаях, к энергичному охлаждению стенки 1 путем механического перенесения теплоты на остальные стенки поршня,С целью увеличения поверхностей, омываемых заключенною в поршне жидкостью, можно предусмотреть. как на лобовой стенке 1, от которой отбирают тепло, так и на боковых стенках 2 поршня, которым, главным образом, эта теплота должна быть передана, различного рода возвышения, выступы или ребра 22 (ф. 15) которые в то же время будут играть роль поверхностей, разбивающих жидкость и п ерем еш ива ющих ее, чем ускоряется передача тепла. Этими же, возвышениями, ребрами и т. д. можно пользоваться для желательного при дан-; ных обстоятельствах распределения температуры в разных частях стенокпоршня,ПРЕДМЕТ ПЯТЕНТЯ,1. Охлаждаемый поршень для машин, в которых он подвергается повторному нагреванию, характеризующийся тем, что внутренняя полость (ф. 2), или полости (ф, 3, 4, 6 - 8, 13) поршня наполнены совершенно или отчасти жидкостью (напр водою), невозобновляемою во время работы машины, при чем внутренние стенки полости могут быть снабжены ребрами или выступами 22 (фиг.15).11. Видоизменение охарактеризованного в п, 1 поршня, отличающееся тем, что внутри полости поршня устроены направляющие движение жидкости стенки 5 и 21 (ф, 5 и 14) или подвижные перегородки 13 и 15, служащие для приведения жидкости в движение (фиг.9 - 11),И 1, Видоизменение охарактеризован- гоно в п. 1 поршня, отличающееся тем, что внутренние перегородки 16 разделены на два или более отделений клапанами 17 (ф. 12).1 Ч, Видоизменение охарактеризованного в п. 1 поршня отличающееся применением открывающихся в разные стороны клапанов 31, 32 (ф. 16 - 20), помещающихся в поперечной стенке 30 поршня, вся полость которого разделена, кроме того, продольной перегородкой 43 на две отдельные полости 37 и 38, сообщающиеся между собой у переднего конца поршня каналами 61, 62 (или 41), иЪ. Видоизменение охарактеризованного в и. 1 поршня, отличающееся тем, что кроме поршня охлаждается жидкостью, невозобновляемой во время работы машины (см, ф. 5, 16, 17, 21), также шток, цапфа и другие движущиеся части поршня, К патенту ин-ца Г, ЮНКЕРС967,