Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_3256
.pdf
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_232278.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=232278&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB232278A
[]
[Второе издание.] ]
ПАТЕНТНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
Мы, Уильям Бейли, проживающий по адресу: Стокпорт Роуд, 23, Альтринчлам, графство Чесапик, подданный
короля Великобритании, и компания MIETROPOLITANa VICKERS] ELECTRICAL COMPANY LIMITED,
проживающая по адресу: Централ Билдингс, 4, город Вестминстер, британская компания, настоящим
заявляем, что данное изобретение имеет следующий характер: данное изобретение относится к газовым или
нефтяным электростанциям и, в частности, к газовым или нефтяным турбинам, то есть турбинам,
предназначенным для привода в движение газообразными продуктами сгорания газа или нефти.
Общеизвестно, что одной из главных практических трудностей на пути успешной разработки газовых или
нефтяных турбин является невозможность получения конструкционных материалов, особенно для лопаток
турбины, которые выдерживали бы высокие температуры, возникающие при сгорании газа или нефти. Для
решения этой проблемы часто предлагалось или пыталось охлаждать газообразные продукты сгорания,
далее для удобства именуемые рабочим телом, перед их подачей в турбину путем впрыскивания или
смешивания с другой жидкостью с более низкой температурой. Однако достижение снижения температуры
исключительно таким способом влечет за собой серьезную потерю термодинамической эффективности.
Настоящее изобретение направлено на предотвращение или существенное уменьшение таких потерь путем
обеспечения сгорания в замкнутом пространстве, в котором работа совершается рабочим телом до его
поступления в саму турбину. Таким образом, температура рабочего тела снижается либо до значения, при
котором безопасно подавать жидкость в турбину, либо, если охлаждение путем смешивания с другой
жидкостью или теплопроводностью все еще необходимо, степень такого охлаждения и, следовательно,
потеря термодинамической эффективности сводится к минимуму. В соответствии с настоящим изобретением,
используется установка, состоящая из двух компонентов: один, в котором происходит сгорание и где работа
совершается рабочим телом над перемещаемым телом, работающим в замкнутом пространстве, например,
поршнем, работающим в цилиндре, причем совершаемая при этом работа является необходимым и
существенным вкладом в полный термодинамический цикл работы, и другой, представляющий собой
собственно турбину, к которой первый компонент подает рабочее тело при температуре, достаточно низкой
для удовлетворительного использования.
Первый компонент в дальнейшем для удобства будет называться возвратно-поступательным механизмом, а
второй — турбиной, при этом следует понимать, что оба компонента необходимы для осуществления полного
термодинамического цикла работы.
Используемый цикл работы может представлять собой либо так называемый цикл постоянного давления, в
котором он очень близок к циклу дизельного двигателя, за исключением того, что расширение продолжается в
турбине до давления выхлопных газов (обычно атмосферного), либо так называемый цикл постоянного
объема, в котором он очень близок к циклу двигателей внутреннего сгорания, работающих по циклу Отто, за
исключением того, что опять же в соответствии с настоящим изобретением жидкость расширяется до
давления выхлопных газов, либо это может быть комбинация обоих циклов, то есть сгорание может
происходить частично при постоянном объеме и частично при постоянном давлении.
232,278 Дата подачи заявки: октябрь. 23, 1923. № 26443/23.
,,, Дек. 14, 1923. № 31,445123.
,,, Янв. 9, 1924. № 658/24.
Остался один полный день: август. 22, 1924.
Завершено: 23 апреля 1925 г.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
№ 26443, 1923 г. н.э.
Усовершенствования, связанные с газовыми или нефтяными электростанциями.
В своей простейшей форме поршневой механизм может представлять собой один цилиндр с плотно
прилегающим поршнем, соединенный с коленчатым валом шатуном обычным способом. В цикле постоянного
давления, описанном в качестве иллюстрации или примера, воздух, предварительно сжатый до давления
выше атмосферного, предпочтительно компрессором, приводимым в движение турбиной или поршневым
двигателем, втягивается в цилиндр во время такта всасывания и сжимается во время такта сжатия до
степени, достаточной для повышения его температуры до значения, достаточного для воспламенения масла
или сжатого газообразного топлива, впрыскиваемого, как в дизельном двигателе. Топливо впрыскивается в
начале рабочего такта или такта сгорания и продолжает впрыскиваться в течение части последнего, в
течение которой в цилиндре поддерживается приблизительно постоянное давление. В течение оставшейся
части рабочего хода рабочая жидкость расширяется до давления и температуры, приблизительно
соответствующих условиям, при которых она может быть подана в турбину.
Теперь происходит отвод выхлопных газов в турбину, который продолжается на протяжении всего такта
отвода или продувки, когда цилиндр соединен с источником подачи воздуха и цикл повторяется. Следует
понимать, что доля рабочего хода, в течение которой топливо подается в цилиндр, может определяться
давлением и температурой, при которых необходимо подавать рабочую жидкость в турбину, или требуемой
выходной мощностью турбины с учетом ограничений, накладываемых количеством воздуха, доступного в
цилиндре для сгорания топлива. Предпочтительно, чтобы такты всасывания и выпуска были длиннее тактов
сжатия и рабочего такта, что может быть обеспечено использованием поршня с изменяемым ходом,
подвижной головки цилиндра, приводимой в движение валом с половинной скоростью, или другими
эквивалентными средствами. Если в конце рабочего хода рабочая жидкость все еще имеет слишком высокую
температуру для подачи в турбину, охлаждение может быть осуществлено путем впрыскивания воды в виде
мелкодисперсного распыла, которая за счет испарения охлаждает рабочую жидкость. Однако в результате
такого охлаждения общий объем рабочей жидкости, поступающей в турбину, может быть несколько меньше,
чем в противном случае.
Поскольку быстро охладить рабочую жидкость таким способом непросто, для облегчения быстрого
охлаждения рабочую жидкость с содержащимися в ней частицами воды можно пропускать через массу
металла, имеющую большую площадь поверхности, например, через группу металлических стержней,
металлические пластины с выступами или без них, гофрированную или перфорированную металлическую
пластину или массу металлической стружки. Эта протяженная металлическая поверхность может полностью
или частично состоять из внешней поверхности рабочего цилиндра, при этом, как в случае с цилиндром с
водяным охлаждением, предусмотрена внешняя оболочка с промежуточным пространством, так что, помимо
охлаждения рабочей жидкости, охлаждается и сам цилиндр, а тепло, отводимое от последнего, отводится
рабочей жидкостью для совершения работы в турбине. Впрыск воды может осуществляться либо полностью в
рабочий цилиндр, либо в рабочую жидкость после ее выхода из цилиндра, либо частично в цилиндр, а
частично снаружи. В качестве альтернативы, цилиндр может охлаждаться независимым водяным
распылителем, направленным на его внешнюю поверхность, то есть внутри рубашки, а пар, образующийся в
результате отвода тепла от стенок цилиндра, передается рабочей жидкости, предотвращая ее контакт с
внешней поверхностью цилиндра, при этом рубашка цилиндра действует как парогенератор.
Для облегчения этого процесса внешняя поверхность цилиндра может быть снабжена продольными,
окружными, винтовыми или иными соответствующим образом расположенными ребрами или пластинами с
одной или несколькими витками, расположенными между ними, предназначенными для распыления воды на
такую расширенную поверхность. Такое решение значительно снизит коррозию внешней поверхности
цилиндра.
Для минимизации коррозии любых частей турбины, температура которых достаточно низка (100 градусов
Цельсия) для конденсации воды из рабочего тела, можно было бы подавать пар, образующийся в рубашке
цилиндра, к этим частям, тем самым исключая попадание рабочего тела, которое в присутствии влаги
содержит элементы, обладающие коррозионными свойствами.
Для того чтобы предотвратить образование накипи на стенках цилиндра, может потребоваться
предварительное осаждение любых примесей, образующих накипь, из воды. Это можно сделать, пропуская
воду через поверхностный нагреватель, используя в качестве теплоносителя рабочую жидкость из выхлопных
газов турбины.
В модификации, в которой пар, генерируемый в цилиндрической рубашке (115), подается в избытке по
сравнению с паром, необходимым для охлаждения рабочей жидкости, может подаваться в паровую турбину,
которая может быть установлена на том же валу, что и газовая или масляная турбина, или может быть
полностью независимой от последней.
Охлаждение рабочей жидкости перед подачей в турбину может также осуществляться с помощью воздуха, в
этом случае поршневой механизм может включать компрессор 125, предназначенный для привода от
силового цилиндра, и в конце такта расширения холодный воздух из этого компрессора будет смешиваться с
рабочей жидкостью, причем количество подаваемого воздуха, достаточное для охлаждения объема рабочей
жидкости за счет внешнего охлаждения, когда, как это не всегда бывает, оно вообще происходит, сводится к
минимуму за счет расширения рабочей жидкости в поршневом механизме при выполнении определенной
работы, необходимой для цикла работы.
Изобретение также предусматривает соединение возвратно-поступательного и турбинного компонентов
механическим, электрическим или гидравлическим способом, так что любая малая работа, положительная
или отрицательная, совершаемая возвратно-поступательным механизмом, может передаваться между двумя
компонентами. Поскольку давление рабочей жидкости в конце рабочего хода будет изменяться в зависимости
от количества топлива, сжигаемого за цикл, и охлаждение рабочей жидкости осуществляется полностью или
частично путем впрыскивания воздуха, давление воздуха, необходимое для охлаждения, должно
соответственно изменяться. Такое изменение давления подаваемого воздуха может быть достигнуто
автоматически путем регулирования давления рабочей жидкости, подаваемой в турбину, для управления
давлением или нагрузкой на нагнетательные клапаны компрессора, подающего воздух для охлаждения.
На предприятии, работающем в режиме постоянного объема, где топливом является горючий газ, схема
работы в основном аналогична описанной выше, за исключением, конечно, того, что воспламенение
осуществляется внешними средствами, такими как электрическая искра или нагревательная трубка. Также
станет ясно, что при использовании соответствующих вспомогательных средств зажигания в любом цикле
можно достичь более низких максимальных давлений.
Однако во всех случаях величина внешней работы, совершаемой поршневым механизмом, сводится к
минимуму в диапазоне его работы, а выходная мощность турбины регулируется подачей топлива к
поршневому механизму. 110 В одном из удобных вариантов конструкции подвижная головка цилиндра состоит
из длинного поршня кольцевого сечения, включающего две цилиндрические части с кольцевым отверстием
между ними, соединенные 115 перемычками. Топливный клапан, который является неподвижным, плотно, но
свободно входит в центральное отверстие головки цилиндра. Цилиндр или его продолжение, не обязательно
того же диаметра, что и остальная часть цилиндра, в котором работает головка цилиндра, снабжены одним
или несколькими кольцевыми отверстиями. Подвижная головка цилиндра приводится в движение от вала с
половинной скоростью посредством соответствующих средств, таких как коленчатый вал и шатун, при этом
головка цилиндра скользит вперед и назад по расположенным в ней топливным клапанам. Во время такта
выпуска или всасывания рабочего поршня каналы головки цилиндра 130 нагревают рабочую жидкость до
температуры, подходящей для подачи в турбину.
В качестве альтернативы, в этой конструкции воздушное охлаждение может сочетаться с охлаждением путем
впрыскивания воды, как описано выше; комбинированное действие двух способов охлаждения обеспечивает
необходимую температуру для подачи рабочего тела в турбину. В этом случае весь или часть воздуха,
используемого для охлаждения, может проходить через силовой цилиндр, подаваясь либо через клапан, либо
через отверстия, открытые поршнем, а оставшаяся часть, если таковая имеется, смешивается с рабочей
жидкостью после ее выхода из цилиндра, или же часть воздуха может проходить через рубашку охлаждения и
таким образом способствовать описанному выше распылительному охлаждению. Компрессор, подающий
воздух для охлаждения, может быть одноступенчатым или многоступенчатым, причем в последнем случае
между ступенями может быть интеркулер, а воздух может забираться непосредственно из атмосферы или из
турбокомпрессора, приводимого в движение турбиной. Введение воздуха в качестве охлаждающей среды, как
и в случае охлаждения путем впрыскивания воды, обычно приводит к тому, что общий объем рабочей
жидкости, подаваемой в турбину, несколько меньше, чем если бы охлаждения не происходило, хотя это не
обязательно так.
Рассматривая весь цикл работы возвратно-поступательного механизма, объем, вытесняемый поршнем во
время такта всасывания, выбирается таким образом относительно объема, который при атмосферном
давлении занимал бы воздух, всасываемый в цилиндр при каждом такте всасывания, так что в диапазоне
веса сжигаемого топлива разница между положительной и отрицательной работой, совершаемой
возвратно-поступательным механизмом в целом, включая любое вспомогательное оборудование, которое
может приводиться им в движение, невелика. Изменение количества впрыскиваемого топлива, а
следовательно, и количества тепла, выделяемого при сгорании, приводит к изменению как положительной,
так и отрицательной работы, которая уменьшается или увеличивается по мере увеличения или уменьшения
количества топлива за цикл соответственно. Таким образом, возвратно-поступательный механизм
практически не требует внешнего воздействия или, по крайней мере, может нуждаться в небольшом
количестве энергии для привода при работе с низкими скоростями сгорания топлива за цикл, поскольку его
основная функция заключается в подаче рабочего тела в турбину при температуре, достаточно низкой для
обеспечения удовлетворительной долговечности турбины с минимальными потерями теплового КПД.
При такой конструкции, — пренебрегая потерями, — чистая работа, которую может выполнить рабочая
жидкость, является идеально возможной, а потери возникают из-за сжатия в цилиндре и, таким образом,
обеспечивают проход из рабочего цилиндра через отверстие в прилегающей части головки цилиндра во
вторую цилиндрическую клапанную камеру, расположенную снаружи рабочего цилиндра, через кольцевой
порт в ней. Эта клапанная камера разделена на два отсека поршнем, перемещающимся внутри неё. Один из
этих отсеков сообщается с воздушным компрессором или другим источником подачи воздуха для рабочего
цилиндра, а другой — с турбиной. Движение этого поршня попеременно соединяет отверстия рабочего
цилиндра с источником подачи воздуха и с турбиной. При такой конструкции становится очевидно, что
поскольку каналы в головке цилиндра и цилиндре совпадают или перекрываются во время тактов выпуска и
всасывания рабочего поршня, если поршень во внешней клапанной камере приводится в движение
кривошипом или эквивалентным устройством на валу половинной скорости, смещенном примерно на 90
градусов позади кривошипа, приводящего в движение цилиндрический цилиндр, и последний и рабочий
поршень одновременно находятся в своих внутренних мертвых точках, поршень во внешней клапанной
камере в конце такта выпуска быстро изменит соединение цилиндра с выпускного отсека на воздушный отсек,
при этом следует понимать, что осевая длина последнего поршня практически совпадает с осевой длиной
канала, над которым он работает.
Во время тактов сжатия и рабочего хода главного поршня головка цилиндра закрывает канал цилиндра и
занимает такое положение на инжекционном клапане, которое облегчает впрыск топлива во время фазы
сгорания цикла. При охлаждении рабочего тела путем впрыска воды используется клапан впрыска воды,
который удобно может быть выполнен в корпусе, несущем клапан впрыска топлива. Воздух также может
подаваться через такой клапан. Для удобства этот клапан может быть расположен концентрично топливному
клапану. Внешняя камера клапана может также быть снабжена ребрами или пластинами, окруженными
рубашкой, в которую может подаваться вода способом, описанным в отношении рабочего цилиндра.
До сих пор упоминался только поршневой механизм с одним рабочим цилиндром. Помимо того, что
изобретение позволяет возвратно-поступательному механизму совершать минимальную внешнюю работу,
также важно максимально уменьшить величину сил, передаваемых в течение каждого цикла. Этого можно
достичь, используя двухцилиндровые агрегаты, расположенные на одной центральной оси и работающие в
противоположных направлениях. Тогда передаваться должна будет только любая разница, которая может
возникнуть между скоростью выполнения работы двумя подразделениями. Для дальнейшего устранения
неровностей изобретение может дополнительно включать в себя два или более таких противоположно
расположенных узла 70, приводящих в движение наклонную шайбу (то есть диск, параллельные грани
которого наклонены к оси вращения), ось вращения которого параллельна осевым линиям цилиндров. Эта
наклонная шайба может крепиться на валу, который в установках, работающих на четырехтактном цикле,
через зубчатую передачу приводит в движение валы половинной скорости на концах рабочих цилиндров и
любые вспомогательные устройства, которые могут быть с ним соединены.
Кроме того, этот вал может быть соединен с турбиной либо механически с помощью зубчатой передачи или
подобного устройства, либо электрически, либо гидравлически.
В некоторых случаях, например, при использовании данного оборудования на железнодорожном локомотиве,
85 может возникнуть необходимость или желательно запустить возвратно-поступательное движение поршня
до турбины или поддерживать его в рабочем состоянии, пока турбина неподвижна. Для этой цели в
соединение между этими узлами может быть установлена муфта с редуктором или без него, так что при
начале движения локомотива возвратно-поступательное движение может непосредственно способствовать
тяговому усилию локомотива при преодолении сопротивления при запуске.
Указанная тарелка перекоса может быть удобно размещена между двумя группами цилиндров, образующими
противоположно расположенный узел, и каждая группа цилиндров может оказывать свою осевую или тяговую
силу на тарелку через подшипники шарикового, роликового, подшипника Мишеля или другого подходящего
типа, расположенные по обе стороны от тарелки перекоса. Хотя механизм наклонной тарелки удобен для
модели 105.
Настоящее изобретение, обеспечивающее компактное объединение цилиндрических блоков и балансировку
движущихся частей, не ограничивается только его применением, но может предусматривать соединение
цилиндрических блоков, то есть, когда воздух 110 используется для охлаждения, рабочего цилиндра и
компрессорного цилиндра, поодиночке или по двое и напротив общего коленчатого вала. Этот вал может
приводить в движение валы половинной скорости и любые необходимые вспомогательные устройства, за
исключением турбокомпрессора для подачи воздуха.
Следует понимать, что любые описанные здесь конструктивные решения приведены лишь в качестве
иллюстрации или примера 120-O, и в них могут быть внесены существенные изменения без выхода за рамки
изобретения.
Дата: 22 октября 1923 года.
А. С. Кашеймайль, дипломированный патентный поверенный, Норфолк-стрит, Стрэнд, 2, Лондон, Западный
Кейп: представитель заявителей. ' 125.
232,278 923,278 ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
№ 31445, 1923 г. н.э.
Усовершенствования, связанные с газовыми или нефтяными электростанциями.
Мы, Ричард Уильям Бейли, проживающий по адресу: Стокпорт Роуд, 23, Альтринчем, графство Честер,
подданный короля Великобритании, и компания MIETROPOLITANVICICERS ELECTRICAL COMPANY LIMITED,
проживающая по адресу: Центральные здания, 4, город Вестминстер, британская компания, настоящим
заявляем, что сущность данного изобретения заключается в следующем: В описании предыдущей заявки на
патент № 26443 от 1923 года описывается газовая или нефтяная электростанция, состоящая из двух
компонентов, один из которых — это компонент, в котором происходит сгорание и внутренняя работа
совершается на вытесняемом теле с помощью рабочей жидкости, образующейся в результате сгорания
топлива, а другой — это первичный двигатель, к которому рабочая жидкость подается первым компонентом и
с помощью которого выполняется вся или большая часть внешней работы. В этой более ранней
спецификации первый компонент для удобства называется поршневым двигателем, а второй компонент —
турбиной.
Настоящее изобретение представляет собой развитие или расширение изобретения, описанного в
вышеупомянутой спецификации, и распространяет описанный в ней принцип на установки, в которых второй
компонент включает любой вид первичного двигателя, использующего газ или пар в качестве рабочего тела,
например, поршневой двигатель любого подходящего типа, турбину или и поршневой двигатель, и турбину
одновременно.
Функция первого компонента заключается в том, чтобы сжигать топливо и преобразовывать часть его
тепловой энергии в работу, пока рабочая жидкость находится при высокой температуре, причем эта работа
используется для выполнения внутренней или отрицательной работы цикла, то есть работы, необходимой
для сжатия воздуха или воздуха и газа перед сгоранием, для подачи рабочей жидкости ко второму
компоненту, для преодоления трения первого компонента и, при необходимости, для привода части или всего
вспомогательного оборудования установки, такого как, например, топливные насосы с компрессорами. В
противном случае первый компонент практически не совершает никакой внешней работы.
Когда первый компонент выполнен в виде поршневого двигателя, он работает по четырехтактному циклу, а
методы охлаждения цилиндра и других частей, нагреваемых рабочим телом, а также самим рабочим телом и
примесью пара, образующегося из воды, нагреваемой рабочим телом, могут быть описаны в вышеупомянутой
предыдущей спецификации 60. Или же рабочая жидкость может охлаждаться для подачи во второй
компонент полностью или частично с помощью поверхностного охладителя, выполняющего функцию
парогенератора, либо отдельно, либо совместно с 65 рубашками цилиндров и другими деталями, в которых
осуществляется охлаждение. Образующийся таким образом пар может подаваться к рабочему телу,
образующемуся в результате сгорания в первом компоненте, и смешиваться с ним, либо он может подаваться
к отдельному первичному двигателю, работающему либо независимо от второго компонента, либо
соединенному с ним механическим или иным подходящим способом, причем в последнем случае второй
компонент и отдельный первичный двигатель установлены на одном валу или соединены с ним либо как
отдельные приводные агрегаты, либо, в случае поршневых двигателей, с паром и газообразным рабочим
телом, работающими на противоположных сторонах одного и того же поршня.
Когда рабочая жидкость, образующаяся в результате сгорания в первом компоненте, и пар, генерируемый
вышеописанным способом, подаются соответственно во второй компонент 85 и отдельный первичный
двигатель, последние могут выходить при различном давлении. Таким образом, например, второй компонент
может выбрасывать отходы в атмосферу, в то время как отдельный первичный двигатель может выбрасывать
отходы в конденсатор, в котором поддерживается пониженное атмосферное давление.
Хотя во многих случаях главный вал первого компонента не будет соединен со вторым компонентом, при
желании, как упоминалось в предыдущем описании и выше, его можно будет соединить с ним либо постоянно,
либо по желанию электрическим, механическим или гидравлическим способом. Кроме того, при желании
скорость второго компонента может изменяться по желанию при условии, что первый компонент также
регулируется по подаче топлива, а при необходимости и по скорости, 105 для подачи рабочей жидкости,
необходимой второму компоненту. Скорость, а также подача топлива и воздуха первого компонента могут
регулироваться автоматически или вручную, или частично одним способом, а частично другим, в зависимости
от необходимости.
Если второй компонент включает в себя множество первичных двигателей, то последние могут быть
независимы друг от друга или могут быть соединены механическими, электрическими или гидравлическими
средствами, а рабочая жидкость из первого компонента может подаваться в него либо параллельно, либо
последовательно.
Изобретение плитки находит широкое применение. Например, при применении к железнодорожному
локомотиву первый компонент заменяет паровой котел и подает рабочую жидкость в цилиндры локомотива,
которые составляют второй компонент, и таким образом в значительной степени достигается изначально
более высокая тепловая эффективность двигателя внутреннего сгорания по сравнению с обычным
паровозом. В случае автомобилей первый компонент, предпочтительно в виде возвратно-поступательного
механизма, подает рабочую жидкость в поршневой двигатель или в турбину, составляющую второй
компонент, и поскольку скорости двух компонентов регулируются независимо, механизм понижения скорости,
такой как редуктор, может быть исключен. Кроме того, при низких скоростях второго компонента первый
компонент при желании может работать с максимальной скоростью и мощностью, и в результате установка
будет развивать соответственно высокую мощность. Кроме того, как станет ясно, изобретение может быть в
равной степени применено к морским силовым установкам, первому компоненту.
предпочтительно в виде возвратно-поступательного двигателя, заменяющего парогенератор и подающего
рабочую жидкость ко второму компоненту, включающему один или несколько поршневых двигателей или
турбин, или комбинацию таких первичных двигателей, причем два компонента могут быть либо
независимыми, либо соединенными по желанию механическими, электрическими или гидравлическими
средствами, а передаточное отношение между ними может быть фиксированным или переменным.
Изобретение также включает усовершенствованную форму возвратно-поступательного механизма, который
может представлять собой первый компонент силовой установки, как описано в вышеупомянутой предыдущей
спецификации или в предыдущей части данной спецификации. В вышеупомянутой предыдущей
спецификации описывается первый компонент, включающий в себя возвратно-поступательный механизм, в
качестве иллюстрации или примера, в котором два противоположно расположенных рабочих цилиндра имеют
соединенные поршни, причем цикл работы в каждом цилиндре упорядочен таким образом, что в значительной
степени положительная работа, совершаемая поршнем в одном цилиндре, в основном передается
непосредственно поршню в другом цилиндре и используется для выполнения внутренней или отрицательной
работы этого цилиндра. Таким образом обеспечивается существенное снижение величины сил, которые в
противном случае передавались бы на коленчатый вал, наклонную шайбу или другие средства, используемые
для соединения аналогичных групп соосных цилиндров. Следует понимать, в частности, в случае установки,
работающей по четырехтактному циклу, что увеличение числа соосных рабочих цилиндров, поршни которых
соединены между собой, приведет к уменьшению циклических колебаний мощности, передаваемых на 70 и от
линии цилиндров или группы соосных цилиндров с соединенными поршнями.
Изобретение не ограничивается количеством групп цилиндров с соединенными поршнями, а также не
ограничивается расположением этих соединенных цилиндров на одной и той же центральной линии. Таким
образом, например, узел, состоящий из двух цилиндров, расположенных в одну линию с соединенными
поршнями, может быть соединен соответствующим механизмом с двумя цилиндрами 80, расположенными в
другую линию, также с соединенными поршнями, а группа из четырех цилиндров может быть соединена с
другой аналогичной группой посредством кривошипно-шатунного вала или эквивалентного средства для
координации движения 85 различных групп соединенных поршней. Поскольку использование двух соосных
рабочих цилиндров специально упоминается в вышеупомянутой предыдущей спецификации, настоящее
изобретение, в отношении количества таких соосных цилиндров, как правило, включает более двух, хотя в
отношении характеристик и работы клапанов или любых других частей или компонентов, используемых в
связи с циклом работы или функционированием цилиндров, приведенные здесь утверждения и описания
относятся к одному или нескольким цилиндрам.
Особое преимущество заключается в наличии четырех соосных рабочих цилиндров 100 с соединенными
поршнями, поскольку при такой конструкции изобретение обеспечивает, что в любой момент времени каждое
из четырех событий — всасывание, сжатие, расширение и выпуск — происходит в четырех цилиндрах 105, и,
следовательно, если в полном цикле существует баланс положительной и отрицательной работы для
соединенных поршней, то в каждом ходе будет баланс работы, совершаемой и поглощаемой в разных
цилиндрах одной линии, и в результате только небольшие или вторичные различия в положительной и
отрицательной работе, происходящие во время каждого хода, будут передаваться через средства,
используемые для соединения 115 различных групп соединенных поршней.
Эта особенность изобретения, заключающаяся в уменьшении до очень малых величин сил, передаваемых
любой отдельной поршневой линией в целом, позволяет значительно уменьшить пропорции 120 частей,
составляющих механизм, используемый для соединения нескольких групп соосных или иным образом
расположенных соединенных поршней, по сравнению с тем, что было бы необходимо, если бы
использовалось менее 125 рабочих цилиндров, и позволяет использовать определенные конструктивные
особенности, которые описаны ниже и включены в объем изобретения. Подобно тому, как 130 232 278
поршней группы соосных цилиндров соединены вместе, сами цилиндры также соединены таким образом, что
когда, за исключением эффекта инерции, силы, действующие на различные соосные поршни,
уравновешиваются, силы, действующие на различные цилиндры, также уравновешиваются, и
результирующая сила не передается от цилиндров к их опорам или фундаментам. Эффект инерции
движущихся частей передается на основную раму или опоры возвратно-поступательного механизма, и этот
эффект нейтрализуется по меньшей мере одной движущейся массой в системе, результирующая инерция
которой равна и противоположна, или приблизительно равна, инерции поршней и движущихся с ними частей.
Альтернативная компоновка цилиндров, используемая в настоящем изобретении и обладающая
определенными преимуществами, включает четыре цилиндра, расположенных в двух параллельных рядах по
два цилиндра в каждом, предпочтительно расположенных спина к спине, при этом поршневые штоки на
противоположных концах группы соединены поперечными перемычками. Поперечная планка на одном конце
соединена соединительными звеньями или стяжками с поперечной планкой на другом конце, и таким образом
все четыре поршня соединены и движутся синхронно. Этот способ соединения четырех поршней может быть
распространен на две или более аналогичные группы из четырех цилиндров, расположенных на двух
центральных линиях. Такая группа из четырех соединенных поршней может быть соединена с коленчатым
валом, к которому также могут быть соединены другие аналогичные группы, или может использоваться
наклонная шайба, в этом случае предпочтительно устанавливается один подшипник между группой поршней
и наклонной шайбой на центральной линии в радиальной плоскости посередине между двумя центральными
линиями цилиндров. Кроме того, на одной стороне тарелки перекоса может располагаться одна группа из
четырех цилиндров, а на другой — аналогичная группа, причем обе группы имеют общие осевые линии.
Более того, выгодно соединить две группы вместе, в этом случае комбинация фактически эквивалентна двум
группам по четыре соосных цилиндра в каждой, соединенных между собой для синхронного движения, при
этом требуется лишь одно соединение с коленчатым валом, наклонной шайбой или другим аналогичным
механизмом, необходимым для ограничения перемещения поршней.
В вышеупомянутой предыдущей спецификации указывалось, что для наиболее эффективного осуществления
термодинамического цикла работы необходимо использовать средства, позволяющие увеличить объем
вытеснения во время тактов выпуска и всасывания возвратно-поступательного движения поршня по
сравнению с тактами сжатия и расширения. Было указано, что этого можно достичь с помощью поршня с
переменным ходом, но предпочтительно обеспечить эту разницу с помощью подвижной головки цилиндра в
виде поршня, скорость вращения которого составляет половину скорости вращения основного или рабочего
поршня. Настоящее изобретение № 70 может использовать те же средства. Указанная головка цилиндра не
обязательно должна быть соосна с рабочим поршнем, и предпочтительно она имеет меньшую площадь, чем
головка рабочего поршня, чтобы соответственно уменьшить действующую на нее силу 75. Однако, если
имеется четное число цилиндров, они могут быть расположены парами спина к спине, их головки цилиндров
соединены между собой и, следовательно, движутся как одно целое. В случае любой группы рабочих
цилиндров некоторые или все поршни, находящиеся в фазе или в противофазе, могут быть соединены, при
этом в качестве соединения может использоваться подходящее рычажное и рычажное устройство 85.
В случае, когда пара цилиндров, состоящая из четырех цилиндров по два в каждом, расположенных на двух
параллельных осевых линиях, имеет рабочие поршни, соединенные вместе, как описано выше,
соответствующие четыре головки цилиндров также предпочтительно должны быть соединены вместе, причем
две головки в одной линии цилиндров соединены с двумя головками в другой линии цилиндров рычагом или
другим эквивалентным средством, которое изменяет направление движения или обеспечивает фазовую
синхронизацию между движениями двух пар поршней. Таким образом, как и в случае с рабочими поршнями,
соединение головок цилиндров позволяет полностью или частично уравновешивать действующие на них
силы, и таким образом уменьшаются силы, передаваемые на механизм между поршнями и главным валом
или его эквивалентом. 105 Хотя, как указано в вышеупомянутой предыдущей спецификации, воздух,
подаваемый в рабочий цилиндр или цилиндры поршневого механизма, может подаваться под необходимым
давлением с помощью турбокомпрессора или поршневого компрессора, приводимого в движение поршнем, и
хотя настоящее изобретение может, при желании, также использовать эти средства для получения воздуха
или воздуха и газообразного топлива под давлением, требуемым во время такта всасывания, оно может
вместо этого использовать рабочий поршень для сжатия воздуха или воздуха и газообразного топлива на
стороне поршня, удаленной от его рабочей стороны, в этом случае конец цилиндра, противоположный тому,
на котором происходит сгорание, будет, как правило, закрыт сальником, через который проходит шток
поршня, а сжатый в цилиндре воздух или воздух и газообразное топливо подаются в ресивер или
пространство, из которого они будут поступать на рабочую сторону того же или другого такого поршня во
время такта всасывания последнего.
Поршень может охлаждаться водой изнутри, или же для охлаждения поршня может использоваться воздух со
стороны компрессора (130-8 232,278). Для этого на поршне могут быть сформированы выступы, ребра или
ребра, расположенные более или менее параллельно оси штока поршня, которые в конце хода подачи
свободно входят в зацепление с соответствующим расположением выступов, ребер или ребер на головке
цилиндра. Эти выступы или ребра расположены таким образом, что входящий и выходящий воздух или смесь
направляются на их поверхности для передачи тепла от поршня к головке цилиндра путем излучения и
проводимости, после чего тепло может рассеиваться искусственным или естественным охлаждением. При
необходимости, например, когда требуется подавать воздух или смесь воздуха и газа на рабочую сторону
поршня при приблизительно постоянной температуре 0°C при различных условиях нагрузки, воздух или смесь
воздуха и газообразного топлива могут охлаждаться в ресивере.
— В тех случаях, когда наклонная шайба используется в связи с несколькими группами из 25 соосных рабочих
цилиндров для координации и ограничения движения их поршней, изобретение, освобождая наклонную
шайбу от всех, кроме сравнительно небольших, сил, позволяет разместить эту часть механизма внутри круга,
содержащего осевые линии групп соосных цилиндров, без создания больших деформационных воздействий
на линию поршня. Это преимущество обусловлено тем, что в рабочих цилиндрах с соединенными поршнями
штоки поршней и соединения, соединяющие различные поршни, могут быть выполнены прямыми, причем
последние расположены более или менее на одной линии со штоками поршней и, следовательно, имеют
наилучшую форму для передачи осевых и тяговых усилий между различными поршнями.
Таким образом, сила, действующая между наклонной шайбой и любой группой соосных поршней, смещается
относительно оси группы, и, следовательно, наклонная шайба оказывает изгибающий момент на соединение
от поршневой линии, которая посредством подшипника контактирует с наклонной шайбой, а также на саму
поршневую линию, но этот момент уменьшается в силу количества рабочих цилиндров с соединенными
поршнями, предусмотренных изобретением.
Одной из известных особенностей механизма с перекосом, работающего с несколькими равными
возвратно-поступательными массами, равномерно расположенными вокруг оси вращения перекоса, является
то, что масса и размеры перекоса могут быть выбраны таким образом, чтобы уравновесить инерционные
силы возвратно-поступательных масс. В предлагаемом варианте группировка как минимум четырех рабочих
поршней -65 в ряд приводит к тому, что масса возвратно-поступательного движения в каждой группе
становится большой, и, возможно, потребуется использовать простую наклонную шайбу чрезмерной толщины
и массивности для обеспечения необходимого балансировочного эффекта. Настоящее изобретение
обеспечивает необходимый балансировочный эффект без излишней массы за счет использования тарелки
перекоса с зазором в центральной части, простирающимся при необходимости поперек тарелки вокруг
центральной линии, перпендикулярной оси вращения и образующей то, что можно удобно назвать малой
осью тарелки, при этом следует понимать, что наклонная поверхность тарелки перекоса представляет собой
эллипс. В качестве еще одного способа обеспечения необходимой балансировки изобретение 80 может
использовать наклонную шайбу достаточной толщины для обеспечения прочности и жесткости, а также
получить дополнительную балансировочную пару посредством двух или более дополнительных масс,
расположенных в разных плоскостях, но вращающихся в одной плоскости с наклонной шайбой вокруг ее оси
вращения.
Следует понимать, что тип наклонной шайбы, используемый в данном изобретении для обеспечения
большого балансировочного эффекта без чрезмерной массы, не ограничен в своем применении количеством
соосных или параллельных цилиндров с соединенными поршнями, но при необходимости может
использоваться с любым количеством таких рабочих цилиндров.
деры от одного и выше.
В вышеупомянутой предыдущей спецификации было указано, что клапанный механизм, управляющий
событиями цикла работы, может приводиться в движение от вала, вращающегося со скоростью, равной
половине скорости главного вала, или эквивалентным способом. В настоящем изобретении могут
использоваться аналогичные средства, а также вал с половинной скоростью вращения для управления
любыми клапанами рабочего и других цилиндров 105.
включая подвижные головки цилиндров.
В случае возвратно-поступательного механизма, имеющего несколько параллельных рядов соединенных
поршней, движение которых контролируется и координируется наклонной шайбой, как уже было описано, ось
вращения которой параллельна осям группы соединенных поршней, причем последние оси равномерно и
аналогично расположены вокруг оси наклонной шайбы, в данном изобретении 115 в одном из вариантов
может использоваться вал половинной скорости на одном конце вала наклонной шайбы, но, как правило,
когда цилиндры расположены с каждой стороны наклонной шайбы, на каждом конце вала 120 будет по
одному валу, соосному с ней и соединенному с ней редуктором с передаточным отношением два к одному.
Такой вал с половинной скоростью приводил бы в движение каждую пару соединенных подвижных головок
цилиндров или один подвижный поршень с помощью пластины Свасли или соответствующего кулачкового
механизма. В первом случае фаза наклона шайбы, вращающейся с половинной скоростью, относительно
фазы основной наклонной шайбы такова, что в случае двух соединенных камер, соединенных с рабочим
цилиндром двумя отверстиями в стенке, одно для входа, а другое для выхода, по которым перемещается
головка цилиндра с отверстиями.
Таким образом, клапаны в указанных камерах в значительной степени защищены от воздействия горячей
рабочей жидкости, будучи изолированными от цилиндра на протяжении большей части цикла головкой
цилиндра. Для дополнительной защиты клапанов в вышеупомянутых камерах их подъем или перемещение
могут обеспечить свободный доступ горячих газов из цилиндра к выпускным клапанам. 80 На стороне
Соседние файлы в папке патенты