Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_3256
.pdf
компрессора рабочего поршня обычно имеются подпружиненные клапаны на нагнетательной стороне,
открытие которых, как правило, в значительной степени определяется давлением в ресивере. 85 Однако
могут использоваться клапаны с механическим приводом, в этом случае для их управления может
использоваться вал половинной скорости, либо толкатели или их эквиваленты могут приводиться в действие
штоком поршня, либо соединениями, используемыми для соединения группы поршней.
Если необходимо соединить возвратно-поступательное движение с первичным двигателем, это можно
сделать либо на валу наклонной шайбы 95 или другом главном валу или его продолжении, либо на валу
половинной скорости.
Наконец, изобретение может использовать способ охлаждения поверхностей, подверженных воздействию
высоких температур, а также способ охлаждения рабочей жидкости, описанные в вышеупомянутой
предыдущей спецификации.
После общего описания особенностей изобретения, ниже приводится описание лишь одного из способов его
реализации на примере 105. В качестве примера выбран случай, в котором имеются четыре соосных рабочих
цилиндра с поршнями, соединенными таким образом, что они перемещаются группой в 110 раз, причем такие
группы состоят из четырех элементов, оси которых параллельны и расположены, если смотреть с торца, в
углах квадрата. Предпочтительно, соответствующие цилиндры каждой группы сгруппированы вместе, при
этом шестнадцать рабочих цилиндров расположены в четыре группы по четыре, две из которых находятся с
одной стороны наклонной шайбы, а оставшиеся два — с другой, причем ось 120 шайбы, разумеется,
находится на равном расстоянии от осей четырех поршневых линий.
Для удобства четыре цилиндра, сгруппированные вместе, могут быть размещены в одном корпусе или в парах
из двух корпусов 125.
При водяном охлаждении, как это обычно бывает, либо распылением, как описано в предыдущем описании,
либо обычным способом, головки цилиндров 130 достигают конца своего хода, когда главная наклонная
шайба находится примерно на 90 градусов от положения, в котором рабочие поршни тех же цилиндров
находятся в конце своего хода. Однако в случае, когда приводится в движение только одна головка цилиндра,
аналогичный фазовый угол наклонной шайбы, вращающейся с половинной скоростью, может составлять от 0
до 90 градусов, хотя наиболее удобно установить его равным 0. При желании, вместо наклонной шайбы в
изобретении может использоваться кривошипно-шатунный механизм для перемещения головок цилиндров,
при этом коленчатый вал вращается со скоростью, вдвое меньшей, чем скорость вращения главной
наклонной шайбы, или главного коленчатого вала, если он используется вместо наклонной шайбы, для
координации и ограничения движения одной или нескольких групп соединенных рабочих поршней. Вал или
валы, вращающиеся с половинной скоростью, могут приводить в действие клапаны, регулирующие цикл
работы рабочих цилиндров, а при необходимости также впускные и выпускные клапаны на стороне
компрессора рабочих поршней, посредством кулачков или эквивалентных устройств. В качестве
альтернативы, некоторые или все клапаны могут приводиться в действие наклонной шайбой, вращающейся с
половинной скоростью, или различными поршнями, перемещаемыми одной и той же наклонной шайбой, или
из подходящим образом выбранной точки в звене, две другие точки которого приводятся в движение
различными поршнями, перемещаемыми одной и той же наклонной шайбой.
Вал, вращающийся со скоростью, составляющей половину скорости, также может приводить в движение
масляные насосы для смазки и топливные насосы при использовании жидкого топлива. Изобретение может
использовать обычный грибовидный клапан, один или несколько из которых предназначены для подачи
воздуха или воздуха и газообразного топлива во время такта всасывания рабочего цилиндра, и еще один для
сброса рабочей жидкости во время выпуска, или же эти процессы могут контролироваться путем внесения
каналов в съемную головку цилиндра. Кроме того, как и в предыдущем случае, головка цилиндра может иметь
кольцевую форму и скользить по сердечнику, содержащему топливный клапан, а при желании и
дополнительный клапан распыления воды, или же топливный клапан, клапан распыления или оба клапана
могут располагаться на стенке цилиндра, в этом случае на внешнем конце поршня не будет отверстия. Кроме
того, как описано в вышеупомянутой предыдущей спецификации, может быть предусмотрен вспомогательный
клапан для соединения и разъединения цилиндра с подачей воздуха и подачи воздуха к первичному
двигателю, который может приводиться в действие любым способом, указанным в вышеупомянутой
предыдущей спецификации или выше.
Однако для уменьшения утечек, а также для улучшения цикла и обеспечения долговечности в условиях
преобладающих температур, корпус 232,278 может представлять собой оболочку или наружную стенку
рубашечной камеры; таким образом, цилиндры образуют парогенератор, получающий тепло, отдаваемое в
цилиндре рабочей жидкостью. В таком корпусе может быть предусмотрена втулка, позволяющая пропускать
через него звенья или тяги, соединяющие различные поршни или цилиндры. Наклонная шайба имеет с
каждой стороны выступы вала, которые поддерживаются как в осевом, так и в поперечном направлении
упорными и подшипниками скольжения соответственно, установленными в корпусе, через который проходят
концы вала. Каждый конец вала наклонной шайбы приводит в движение редуктор с передаточным
отношением два к одному, от которого отходят валы, вращающиеся с половинной скоростью, соосно с осью
вращения наклонной шайбы. Таким образом, общая ось наклонной шайбы и валов половинной скорости
фактически совпадает с центральной линией группы из шестнадцати рабочих цилиндров.
Рассмотрим одну линию соединенных цилиндров и поршней. Четыре цилиндра имеют диаметрально
противоположные выступы, кронштейны или проушины и соединены между собой двумя параллельными
стяжками или стержнями, параллельными оси цилиндров, на которых имеются воротники и завинчивающиеся
гайки или аналогичные элементы, которые входят в зацепление с проушинами цилиндров, тем самым
раздвигая цилиндры, а также соединяя их между собой и передавая усилия между ними. Поршни цилиндров
также соединены, причем два поршня, расположенные непосредственно по обе стороны от наклонной шайбы,
соединены прямым стержнем с выступами или кронштейнами на нем, которые контактируют с
противоположными сторонами наклонной шайбы через соответствующие подшипники, которые могут быть
сферического типа, роликовыми, гладкими или типа Эхишель. Цилиндры каждой пары цилиндров,
расположенных с одной и той же стороны наклонной шайбы, расположены вплотную друг к другу, а
поршневой шток каждого цилиндра, удаленного от наклонной шайбы, имеет поперечную перекладину,
которая соединена со штоком, соединяющим два внутренних цилиндра, посредством стяжек или стержней,
проходящих снаружи цилиндров.
Аналогичным образом, два поршня с другой стороны соединены между собой, и, следовательно, все четыре
поршня соединены между собой. Утолщение или часть на тарелке перекоса, которая служит для соединения
четырех поршней, может скользить в направляющих, установленных на корпусе тарелки перекоса, или же
направляющими для этой части могут служить тяги, соединяющие четыре цилиндра. При необходимости
соединительные тяги, соединяющие цилиндры, не должны доходить до всех четырех цилиндров, а могут
соединять только два цилиндра на одной стороне тарелки перекоса и таким образом соединять каждую пару
цилиндров с корпусом тарелки перекоса, соединяя, таким образом, через корпус, все четыре цилиндра. Как
станет ясно из следующего примера, тарелка перекоса окажется внутри окружности, содержащей осевые
линии цилиндров. Если необходимо обеспечить водяное охлаждение поршней, это можно осуществить через
шатуны с помощью телескопических или скользящих соединений известной конструкции либо в общем
соединении, таком как наклонная шайба, либо в наружном соединении между двумя поршнями, либо в другом
месте, на открытой части возвратно-поступательных частей.
Если для впрыска топлива требуется сжатый воздух, его можно подавать с помощью компрессора, например,
четырехступенчатого компрессора, один цилиндр и каждая ступень которого размещаются в каждой
цилиндровой магистрали, а его поршень приводится в движение путем прямой связи с поршневой группой
этой магистрали. Топливные и водяные насосы S5, а также их распределители, лучше всего приводить в
движение от вала с половинной скоростью вращения.
На рабочей стороне каждого цилиндра ход цикла контролируется 90-градусным удлинителем с отверстиями,
несущим головку цилиндра, который, как уже указывалось, не обязательно должен быть соосным с рабочим
цилиндром, но предпочтительно имеет меньший диаметр.
Данное расширение имеет два прямоугольных порта 95 с необходимыми перемычками, каждый из которых
предпочтительно занимает менее половины окружности цилиндра, и для удобства они расположены не в
одной поперечной плоскости. Головка цилиндра имеет одинаковую конфигурацию каналов, причем каждый
канал сообщается с рабочим цилиндром через общий канал на оси головки. Расположение каналов в
удлинителе цилиндра и в головке цилиндра таково, что когда поршень только закрывает выпускной канал, он
находится на грани открытия впускного канала.
Однако будет обнаружено, что при такой конструкции, использующей отдельные впускные и выпускные
каналы, головка цилиндра будет открывать либо впускной, либо выпускной канал между окончанием одного
всасывающего цикла и началом следующего выпускного цикла.
Впускные и выпускные каналы ведут в камеры объемом 115 кубических дюймов, в которых расположены
грибовидные клапаны, открытые только в периоды открытия впускного и выпускного каналов. Следовательно,
когда головка цилиндра открывает впускной или выпускной канал в любое другое время, клапаны в камере
предотвращают утечку рабочей жидкости.
Модификацию можно было бы внести, расположив выпускные и выпускные отверстия по всей окружности
125-го цилиндра, что потребовало бы также доработать головку цилиндра по окружности, при этом два
отверстия были бы соединены с центральным отверстием, ведущим к рабочему цилиндру. При
необходимости, как уже было описано, можно использовать простую головку блока цилиндров 130 232,278
232,278 и только отдельные впускные и выпускные клапаны, но в этом случае клапаны будут подвергаться
более жестким условиям эксплуатации. В качестве альтернативы можно также использовать схему
расположения клапанов, описанную в вышеупомянутой предыдущей спецификации. Эксплуатация различных
клапанов, а также охлаждение цилиндра и рабочей жидкости могут осуществляться, как описано выше, или
как описано в вышеупомянутой предыдущей спецификации.
В вышеупомянутой предыдущей спецификации было указано, что при изменении количества сжигаемого
топлива за цикл как положительная, так и отрицательная работа цикла уменьшаются, и
возвратно-поступательный механизм автоматически стремится уравновесить их, в результате чего требуется
подавать мало или совсем не требуется энергии, или она подается извне. Как правило, при низких
показателях расхода топлива за цикл для обеспечения работы поршневого механизма может потребоваться
небольшой источник энергии. Необходимость в этом можно в значительной степени или полностью избежать,
и первый компонент будет работать совершенно независимо от внешнего воздействия, если в пространстве,
куда выходит жидкость из компонента, будет установлен предохранительный клапан, позволяющий снизить
давление рабочей жидкости в этом пространстве.
Это приводит к снижению давления, при котором выходит первый компонент, и, следовательно, увеличивает
положительную работу, одновременно уменьшая отрицательную работу цикла, обеспечивая тем самым
избыток первой над второй, достаточный для работы компонента с его вспомогательными устройствами без
существенной потери скорости. В качестве альтернативы или в дополнение к вышеизложенному, количество
сжатого воздуха, подаваемого в рабочий цилиндр за цикл, может изменяться, например, путем подачи
воздуха под более низким давлением, путем обеспечения утечки воздуха из компрессора или ресивера между
компрессором и рабочим цилиндром, путем дросселирования воздуха на входе в компрессор или на выходе
из него.
Любой из вышеперечисленных механизмов может работать автоматически в зависимости от скорости первого
компонента или разницы давлений в конце расширения рабочей жидкости внутри рабочего цилиндра и
пространства, в которое она выходит.
Хотя возвратно-поступательный механизм, имеющий описанную конструкцию, является конкретным
компонентом изобретения, он может использоваться в тех случаях, когда цикл работы двигателя внутреннего
сгорания выполняется на одной стороне поршня, при этом рабочая жидкость выбрасывается в атмосферу, а
совершаемая работа расходуется на сжатие пара или другой газообразной среды либо на другой стороне
поршня, либо в отдельном цилиндре, при этом сжатый пар или газ смешиваются с аналогичным паром или
газом, подаваемым рубашками камеры сгорания, и все это используется в качестве рабочей жидкости во
втором компоненте или первичном двигателе, при этом часть или вся рабочая жидкость, отработанная этим
компонентом, возвращается в первый компонент для повторного сжатия и повторения цикла работы.
Датировано 13 декабря 1923 года.
А. С. Касиэмайлль, дипломированный патентный поверенный, Норфолк-стрит, Стрэнд, 2, Лондон, Западная
Лондон.
Представитель заявителей.
o80 ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
№ 658, 1924 г. н.э.
Усовершенствования, связанные с газовыми и нефтяными электростанциями или относящиеся к ним.
Мы, Ричард Уильям Бейли, проживающий по адресу: Стокпорт-роуд, 23, Альтринчем, графство Честер,
подданный короля Великобритании, и компания MIETROPOLITANVICKERS ELECTRICAL COMPANY LIMITED,
проживающая по адресу: Центральные здания, 4, Вестминстер, британская компания, настоящим заявляем,
что сущность данного изобретения заключается в следующем: В описаниях предыдущих заявок на патенты №
26443 и 31445 от 1923 года описывается газовая или нефтяная электростанция, состоящая из двух
компонентов: один, в котором происходит сгорание топлива и внутренняя работа выполняется рабочим
телом, образующимся в результате такого сгорания и вытесняющим подвижное тело, а другой — первичный
двигатель, к которому рабочее тело подается первым компонентом и которым выполняется вся или большая
часть внешней работы. В одном из описанных вариантов первый компонент включает несколько групп по 105
соосных цилиндров, каждый цилиндр содержит один поршень, и каждая группа имеет поршни и цилиндры,
соединенные между собой. Оси различных групп параллельны оси наклонной шайбы и симметрично
расположены вокруг нее, и каждая группа соосных поршней соединена с наклонной шайбой или
взаимодействует с ней, что ограничивает и координирует возвратно-поступательное движение поршней в
различных группах цилиндров.
232 278.
Соответствующие цилиндры нескольких групп, расположенные на равном расстоянии от наклонной шайбы,
образуют группу вокруг оси наклонной шайбы, и в соответствии с описанием, приведенным в Спецификации
предыдущей заявки № 31445 от 1923 года, эти цилиндры могут быть заключены в кольцевой корпус, который
не только служит водяной рубашкой для группы заключенных в него цилиндров, но и, благодаря теплу,
поглощаемому водой, действует как парогенератор. Если данный компонент предназначен для работы в
четырехтактном режиме, то зазор за поршнем должен быть переменным, что обеспечивается установкой в
цилиндры подвижных головок цилиндров.
Настоящее изобретение заключается, главным образом, в усовершенствованной конструкции первого
компонента, в котором каждый цилиндр содержит два противоположно расположенных и предпочтительно
соосных рабочих поршня, то есть поршни, которые движутся в противоположных направлениях под действием
общего заряда. Может быть любое количество таких соосных цилиндров, поршни которых, движущиеся в
одном направлении, соединены между собой, так что для одной соосной группы цилиндров существует две
отдельные группы соединенных поршней. Следует понимать, что хотя все соединенные поршни в группе
движутся как одно целое, они не обязательно совершают один и тот же ход в цикле операций одновременно,
но некоторые могут и, как правило, будут совершать один ход цикла, в то время как остальные совершат
другой ход. Две группы соединенных поршней предпочтительно соединены с отдельными пластинами, хотя
они могут быть соединены с отдельными кривошипами или другими известными способами получения
периодического поступательного движения, причем такие средства также определяют относительное
движение групп поршней.
При вышеуказанной конструкции переменный объем зазора между каждой парой противоположно
расположенных поршней может быть получен путем размещения одной или обеих групп соединенных
противоположно расположенных поршней, включая их наклонную шайбу, кривошип или другой эквивалентный
механизм, таким образом, чтобы им был придан угол, параллельный оси цилиндров или приблизительно
равный углу 5°, необходимый для выполнения поршнями ходов различной длины в соответствии с рабочим
циклом. В случае механизма с наклонными шайбами это может быть достигнуто путем изменения угла
наклона наклонных шайб. Требуемая разница в объеме зазора в конце такта выпуска и такта сжатия также
может быть достигнута путем использования в сочетании с каждым рабочим цилиндром вспомогательного
цилиндра, в котором необходимые изменения объема зазора происходят, если рабочий цилиндр имеет
меньший объем, чем рабочий цилиндр, и сообщается с центральной частью последнего таким образом, чтобы
всегда быть связанным с пространством между противоположно расположенными поршнями.
В каждом вспомогательном цилиндре работает плотно прилегающий поршень, совершающий
возвратно-поступательное движение с частотой, равной половине частоты рабочих поршней, а его фазовое
соотношение с фазовым соотношением соответствующих рабочих поршней обеспечивается таким образом,
чтобы гарантировать необходимые изменения объема. Этот вспомогательный цилиндр и поршень
обеспечивают такое же подачу топлива, как и подвижная головка цилиндра, описанная в пункте 8)
вышеупомянутых предыдущих применениях. Однако в конструкциях, описанных в этих более ранних
спецификациях, ось цилиндра, содержащего подвижную головку цилиндра, параллельна оси рабочего
цилиндра и в торцевой проекции полностью или частично находится внутри окружности последнего. В данной
конструкции вспомогательный цилиндр обязательно располагается за пределами рабочего цилиндра 9G, и
направление его оси не ограничено. Например, он может быть параллелен оси рабочего цилиндра или
перпендикулярен ей, и в последнем случае предпочтительно соединяться с 95.
Рабочий цилиндр без каких-либо сужений поперечного сечения. Вспомогательный поршень также может быть
снабжен отверстиями для подачи воздуха и отвода рабочей жидкости и может окружать топливный клапан
16(}, как описано в технических характеристиках вышеупомянутых предыдущих применений со ссылкой на
подвижную головку цилиндра. Кроме того, для подачи воздуха и отвода рабочей жидкости могут
использоваться грибовидные или другие отдельные клапаны, как независимо от вспомогательного поршня,
так и в сочетании с ним.
Или же вспомогательный поршень может быть сконструирован таким образом, чтобы пропускать только
воздух и может окружать топливный клапан 110, или же он может пропускать только воздух, и могут быть
предусмотрены отдельные клапаны, расположенные либо в непосредственной связи со вспомогательным
цилиндром, либо в другом месте в связи с рабочим цилиндром, для управления подачей топлива в последний
и отводом рабочей жидкости во второй компонент. Вспомогательный цилиндр может служить камерой
сгорания, в которую впрыскивается топливо 120, либо так, как это происходит, когда вспомогательный
поршень окружает топливный клапан, либо когда топливо подается в другое место и воспламеняется в этом
цилиндре. Когда вспомогательный цилиндр расположен под прямым углом к рабочему цилиндру, концы двух
рабочих поршней и вспомогательного поршня могут быть выполнены таким образом, что, за исключением
зазора, необходимого для безопасной работы, они сходятся в конце такта выпуска. Следует понимать, что,
как и в случае с подвижными головками цилиндров, описанными в технических условиях вышеупомянутых
заявок, вспомогательные поршни могут приводиться в движение коленчатым валом и шатуном, наклонной
шайбой или другим эквивалентным механизмом, приводимым в действие валом с половинной скоростью,
который также предпочтительно должен приводить в действие клапаны, регулирующие подачу топлива,
воздуха и воды, а также отвод рабочей жидкости.
Для удобства эксплуатации изобретение может использовать две параллельные и аналогичные группы
цилиндров со вспомогательными цилиндрами, расположенными перпендикулярно им, причем последние
расположены напротив и на одной линии со вспомогательными поршнями, соединенными в них и
приспособленными для совместного перемещения, при этом цикл работы в соответствующих цилиндрах
каждой группы организован таким образом, чтобы обеспечить наилучший баланс нагрузки на два
непосредственно соединенных вспомогательных поршня. Может быть использовано любое количество
аналогичных групп соосных цилиндров, расположенных предпочтительно парами, как описано выше, с
поршнями, соединенными механизмом, предназначенным для ограничения и координации их движения.
Кроме того, цилиндры могут устанавливаться в чехлы для электростатического нагрева как поодиночке, так и
группами.
Изобретение также предусматривает наличие трубок в рубашке охлаждения, так что если рабочая жидкость,
образующаяся в результате сгорания газа или масла, охлаждается с поверхности, а не путем впрыскивания
воды, то после выхода через выпускной клапан она может проходить через трубки в рубашке охлаждения, где
часть ее тепла отводится.
Если необходимо отделить пар, образующийся в рубашках, от газообразных продуктов сгорания, то пар
можно перегреть, пропуская его через перегревательные трубки или элементы, расположенные внутри
вышеупомянутых трубок в пространстве рубашки. При использовании смеси пара и газообразных продуктов
сгорания в качестве рабочего тела пар, образующийся в рубашке охлаждения, может подаваться к
газообразным продуктам сгорания через выпускной клапан, который может быть ребристым для облегчения
отвода тепла от него паром. Когда пар не смешивается с газообразными продуктами сгорания, в камеру
клапана может подаваться воздух, который проходит вдоль штока и над поверхностью клапана, охлаждая его.
Описанные выше особенности изобретения наиболее удобно реализовать путем использования двух
одинаковых соосных наклонных шайб, расположенных друг напротив друга в угловой фазе и движущихся как
одно целое, причем каждая наклонная шайба соединена с аналогичной группой или группами соединенных
поршней, причем обе системы движутся в противоположных направлениях, как того требует противоположная
работа поршней в разных цилиндрах. Для обеспечения идеальной динамической балансировки 70
движущихся частей массы любой пары соосных групп поршней и связанных с ними деталей, движущихся в
противоположных направлениях, должны быть равны. Предпочтительно, имеется четное число соосных 75
гл'оп цилиндров, параллельных оси двойной наклонной шайбы и равномерно расположенных вокруг нее, как
при таком расположении, когда вспомогательные цилиндры расположены перпендикулярно 80 рабочим
цилиндрам, то есть радиально к наклонной шайбе и валу полуоборота, пары вспомогательных поршней могут
быть жестко соединены друг с другом, причем каждая такая пара 1] соединена с валом полуоборота -85 с
помощью кривошипа и шатуна, кулачка или другого эквивалентного механизма.
Кроме того, несколько вспомогательных поршней могут регулировать подачу воздуха в рабочие цилиндры,
при этом часть или все пространство в центре корпуса, содержащего рабочие цилиндры, заключено внутри
корпуса и образует приемник, из которого вспомогательные поршни могут подавать воздух в рабочие
цилиндры, который был предварительно сжат на противоположных концах последнего или в другом месте, как
описано в технических условиях вышеупомянутых предшествующих заявок. Станет ясно, что когда это
пространство в центре 100 корпуса полностью закрыто, вспомогательные цилиндры, их поршни и механизмы
располагаются внутри.
Для большей доступности и лучшего смазывания предпочтительно закрыть примерно половину осевой длины
этого пространства, чтобы вспомогательные цилиндры могли располагаться полностью или частично вне
этого отсека или камеры, при этом порты или проходы, ведущие к нему, открываются в эту камеру, а концы, по
меньшей мере, вспомогательных цилиндров с их поршнями и другими соединенными механизмами
расположены снаружи. Для предотвращения утечек при прохождении вала с половинной скоростью 115
об/мин через камеру следует предусмотреть сальники.
Хотя топливные клапаны могут быть расположены в другом месте, предпочтительнее размещать их на
цилиндрической поверхности вспомогательных цилиндров как можно ближе к рабочим цилиндрам. Подача
топлива может регулироваться кулачковым механизмом или аналогичным устройством, приводимым в
действие валом с половинной скоростью вращения. Когда отвод рабочей жидкости ко второму компоненту 125
регулируется отдельным клапаном, его удобно расположить практически напротив вспомогательного поршня,
так что отвод происходит снаружи рабочих цилиндров или вдали от оси 130 агрегата, при этом клапаны
управляются: предпочтительно на валу половинной скорости с помощью одного или нескольких штоков или
других элементов, расположенных внутри канала, отлитого или иным образом сформированного в корпусе, с
центром и внешней стороной последнего.
Стенка камеры, содержащей выпускной клапан, может быть перфорирована и удерживать трубки, идущие из
этой камеры через рубашку охлаждения, так что отработанные газы проходят непосредственно через эти
трубки, где их температура достаточно снижается для поступления во второй компонент.
В тех случаях, когда это удобно или желательно, второй компонент силовой установки, сконструированной в
соответствии с изобретением, может также включать возвратно-поступательный механизм с группами
противоположно расположенных поршней, в этом случае движение различных групп поршней может
координироваться с помощью двух соединенных наклонных шайб, расположенных со сдвигом фазы на 100
градусов, как описано выше в связи с первым компонентом.
Для уменьшения или предотвращения коррозии во втором компоненте установки, а в некоторых случаях и для
повышения тепловой эффективности, поверхности, на которых в противном случае происходило бы отвод
влаги от рабочего тела, могут быть нагреты, чтобы предотвратить это явление. Это может быть достигнуто
путем обеспечения минимального контакта между рабочим пространством кожуха и такими поверхностями
или частями и подачи в такое рабочее пространство кожуха пара, газообразных продуктов сгорания или смеси
таких сред, температура которых выше той, при которой может происходить осаждение влаги. Теплоноситель
может подаваться в рубашку охлаждения непосредственно из первого компонента установки, либо после
прохождения через весь второй компонент или его часть.
Например, отработанная жидкость газовой турбины, входящей в состав второго компонента, может быть
использована для нагрева рубашек паровой турбины, также являющейся частью второго компонента.
Датировано 9 января 1924 года.
А. С. Кашетайль, дипломированный патентный поверенный, Норфолк-стрит, Стрэнд, 2, Лондон, Западный
Кейп, – представитель заявителей.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствования, связанные с газовыми и нефтяными электростанциями или относящиеся к ним.
Мы, Ричард Уильям Бейли, проживающий по адресу: Стокпорт Роуд, 23, Альтринчани, графство Честер,
подданный короля Великобритании, и компания «ETROPOLITAN TICIERS- ELECTRICAL COMPANY LIMITED»,
расположенная по адресу: Центральные здания, 4, город Вестминстер, британская компания, настоящим
заявляем о характере данного изобретения и о том, каким образом оно должно быть реализовано, что будет
подробно описано и установлено следующим заявлением:
Настоящее изобретение относится к двухкомпонентной газовой или нефтяной электростанции, в одной из
которых топливо сжигается и при этом практически не совершается внешняя работа, а в другой продукты
сгорания, далее именуемые рабочим телом, используются для выполнения внешней работы в соответствии с
изобретением. Первый компонент такой электростанции состоит из: блока внутреннего сгорания,
приспособленного для работы в соответствии с четырехтактным циклом, в котором положительная и
отрицательная работа практически равны, и включающего по меньшей мере один цилиндр, поршень в нем,
средства для сжатия воздуха из смеси воздуха и газообразного топлива для подачи в этот цилиндр, и
средства для изменения объема зазора цилиндра таким образом, чтобы во время такта выпуска практически
все рабочее тело вытеснялось из него. Сгорание 90 в таком блоке может происходить при постоянном
объеме, как в цикле Дизеля, при постоянном давлении, как в цикле Отто, или частично при постоянном
объеме и частично при постоянном давлении, как в так называемом полудизельном цикле 95.
Вторым компонентом может быть любой вид первичного двигателя, использующего газ или пар в качестве
рабочего тела, например, турбина, поршневой двигатель любого подходящего типа или одновременно
турбина и поршневой двигатель.
Для более ясного понимания изобретения далее обратимся к прилагаемым чертежам, где фиг. 1
представляет собой схему, отображающую расположение установки, фиг. 2 представляет собой схему,
отображающую цикл операций, выполняемых в первом компоненте, а фиг. 3-10 представляют собой схемы,
отображающие некоторые конструктивные особенности, входящие в состав изобретения.
Сначала обратимся к. На рис. 1 показано, что установка включает в себя первый компонент 1, снабжаемый
жидким или газообразным топливом из резервуара 2 и подающий рабочее тело во второй компонент 115 ! j
232,27i8-- или основной движущий компонент 3 непосредственно или через резервуар или контейнер 4'.
Предположим, что первым компонентом является простой поршневой двигатель, работающий по
четырехтактному циклу. Теперь рассмотрим цикл операций, которые могут быть выполнены в этом
компоненте, со ссылкой на рис. 2, представляющий собой диаграмму давление-объем, где давление
представлено ординатами, а объем — абсциссами, для идеального двигателя. В описываемом цикле воздух
сжимается от атмосферного давления OA до абсолютного давления OB перед подачей в баллон.
Во время такта впуска BC жидкость, занимающая объем OD при атмосферном давлении, втягивается в
цилиндр под постоянным давлением OB из компрессора или ресивера, подключенного к нему. Примерно в
конце такта впуска впускной клапан закрывается, и на такте возврата или сжатия CE поршня воздух внутри
цилиндра, занимавший объем OF в конце -2 такта впуска, сжимается до объема GG и давления OH, в течение
которого его температура значительно повышается.
Жидкое топливо впрыскивается в воздух под давлением и воспламеняется им, после чего начинается такт
расширения.
В течение первой половины такта происходит сгорание при постоянном давлении 0Gi, а в течение второй
половины такта образующаяся рабочая жидкость расширяется до объема OF и давления OK. Затем цилиндр
сообщается со вторым компонентом 3 или приемником 4, и во время такта выпуска рабочая жидкость TK при
постоянном давлении OK подается во второй компонент или приемник, в зависимости от случая.
В конце такта выпуска замыкается соединение между первым и вторым компонентами или между первым
компонентом и промежуточным ресивером, цилиндр снова соединяется с источником предварительно
сжатого воздуха, и цикл повторяется. Из этой диаграммы видно, что положительная работа, представленная
заштрихованной областью EIJL, и отрицательная работа, представленная заштрихованной областью KLCB,
совершаемые в течение цикла, практически равны. Это соотношение приблизительно сохраняется даже при
изменении количества топлива, впрыскиваемого в цилиндр, с целью изменения давления рабочей жидкости,
подаваемой во второй компонент или в промежуточный приемник. Например, если количество топлива
уменьшить так, чтобы сгорание при постоянном давлении происходило только в течение участка EI1 такта
расширения, конечное давление рабочей жидкости будет OK1, так что положительная и отрицательная
работа будут представлены площадями EI1J]L и K1LCB, причем эти площади снова будут практически равны.
Следует понимать, что, поскольку описанная выше диаграмма представляет собой цикл операций, который
мог бы происходить в обычном двигателе, на практике он будет отличаться в некоторых отношениях из-за
конструктивных причин и термических дефектов используемых материалов.
Однако такие отклонения не будут существенными и будут легко понятны специалистам в той области, к
которой относится изобретение. 80 Из рис. 2 также видно, что объем OF, вытесняемый во время тактов впуска
и выпуска, больше, чем объем GF, вытесняемый во время тактов сжатия и расширения. 85 Теперь
рассмотрим устройство, с помощью которого может быть выполнен этот цикл, на примере, со ссылкой на рис.
3, где 5 представляет собой рабочий цилиндр с плотно прилегающим поршнем 6, скользящим 90,
установленным внутри него. Этот поршень может быть соединен с коленчатым валом обычным способом, или
могут быть использованы любые другие известные средства для ограничения его движения. 7 представляет
собой вспомогательный поршень 95, работающий в продолжении 8 цилиндра 5, функция которого
заключается в изменении объема зазора главного цилиндра таким образом, чтобы он соответствовал циклу
работы, описанному со ссылкой на рис. 2. Этот вспомогательный поршень не обязательно должен быть
соосен с основным поршнем. При выполнении цикла операций, представленного на рис. 2 в первом
компоненте, схематически изображенном на рис. 3, предварительно сжатый воздух подается в цилиндр 5
через клапан 9 во время такта впуска поршня 6, при этом расстояние, а следовательно, и объем,
заключенный между поршнями 6 и 7, малы или практически равен нулю в начале этого такта.
В конце такта впуска клапан 9 закрывается, а выпускной клапан 10 также закрывается; обратный ход поршня
115 6 сжимает воздух внутри цилиндра 5, при этом движение поршня 7 таково, что когда поршень 6 снова
находится в крайнем внутреннем положении своего хода, вольтметр, заключенный между поршнями 6 и 7,
равен вольтметру, необходимому в конце такта сжатия. Теперь топливо впрыскивается с помощью клапана
11, при этом температура, достигаемая за счет сжатия, достаточна для воспламенения. Поршень 6 niw 125
перемещается наружу во время своего такта расширения, в конце которого открывается клапан 10, так что во
время такта возврата или выпуска рабочая жидкость подается цилиндром при практически постоянном
давлении до 130 i 16 232,278 л.---.
- второй компонент либо напрямую, либо через промежуточный приемник. Когда поршень 6 находится в конце
своего такта выпуска, поршень 7 снова оказывается в крайнем правом положении своего хода, так что объем,
заключенный внутри поршней, практически уменьшается до нуля. Затем клапан 10 закрывается, и цикл
повторяется. Воздух, подаваемый на левую сторону поршня 6, может быть частично или полностью
предварительно сжат на противоположной стороне этого поршня, в этом случае цилиндр 5S закрывается
крышкой и сальником 12 и 13 соответственно, а подача и отвод воздуха из него регулируются всасывающим и
нагнетательным клапанами 14 и 15 аналогично тому, как это делается при подключении к воздушным
компрессорам. Когда воздух сжимается таким образом лишь частично, остальная часть сжатия может
осуществляться либо в отдельном компрессоре, либо в компрессоре, входящем в состав первого или второго
компонента. Кроме того, перед подачей во второй компонент рабочее вещество может быть охлаждено.
Последнее может быть достигнуто полностью или частично путем распыления воды на рабочую жидкость
либо непосредственно в цилиндре 5, либо вне его, путем смешивания с воздухом или другим газом при более
низкой температуре, либо путем поверхностного охлаждения, например, путем пропускания воды через
трубки, при этом отводимое таким образом тепло поглощается водой или другой средой на противоположной
поверхности трубок. Первый компонент, описанный со ссылкой на рис. 3, может включать только один
цилиндр 5, но предпочтительно должен включать несколько таких цилиндров, работающих совместно.
На рис. 4 схематически показана еще одна конструкция, с помощью которой может быть выполнен цикл
операций, описанный со ссылкой на рис. 2. В данной конструкции используются два противоположно
расположенных и, предпочтительно, соосных поршня 16 и 17, а цилиндр 5 значительно длиннее, чем тот,
который используется в конструкции, описанной со ссылкой на рис. 3. Предварительно сжатый воздух
подается в пространство между поршнями 16 и 17 через впускной патрубок 9, который может быть
поршневого типа, как показано на рисунке, или который может располагаться в какой-либо удобной части
цилиндра и регулироваться обычным грибовидным клапаном.
В начале такта впуска поршней 16 и 17 вспомогательный поршень 18, расположенный в удлинителе 19 под
прямым углом к цилиндру 5, находится в крайнем внутреннем положении, так что зазор между поршнями 16 и
17 минимален. По мере того, как поршни 16 и 17 перемещаются наружу во время такта впуска, поршень 18
также перемещается наружу, так что в конце этого такта объем между поршнями достигает максимума.
Примерно в конце такта впуска порт 9 закрывается, а выпускной клапан 70 также закрывается; внутренний ход
поршней 16 и 17 сжимает воздух, при этом поршень 18 движется таким образом, что когда поршни 16 и 17
снова оказываются вместе, объем, заключенный между тремя поршнями (75), равен объему, необходимому в
конце сжатия. Теперь топливо впрыскивается через клапан 11, и сгорание происходит так же, как и в
предыдущей конструкции: поршни 16 и 17 перемещаются на 80 градусов друг от друга до конца такта
расширения, после чего открывается выпускной клапан 10, и при обратном или выпускном такте поршней 16 и
17 рабочая жидкость подается во второй компонент или в промежуточный ресивер.
В момент выполнения поршнями 16 и 7 такта выпуска поршень 18 перемещается внутрь, так что в конце этого
такта объем зазора снова становится минимальным, при этом практически вся рабочая жидкость
выбрасывается из цилиндра. Для того чтобы зазор между поршнями был как можно меньше, когда все три
поршня находятся в крайних положениях своего хода, поршни могут иметь соответствующую форму, как,
например, показано на рисунке.
Предварительно сжатый воздух, подаваемый в 100.
Цилиндр может быть частично или полностью сжат с удаленных сторон поршней 16 и 17 таким же образом,
как описано со ссылкой на конструкцию, изображенную на рис. 105a, в этом случае крышка 12, сальник 13 и
клапаны 14, аналогичные тем, которые предусмотрены в конструкции, описанной со ссылкой на рис. 105a.
3 предусмотрены на каждом конце цилиндра 5. Кроме того, при необходимости охлаждение рабочей жидкости
может быть осуществлено с использованием любого или всех из описанных ниже методов.
Один из способов охлаждения рабочего тела перед его подачей во второй контур - 115.
Компонент, применимый к любой из конструкций, описанных со ссылкой на рис. 3 и 4, будет понятен из рис. 5,
где различные части, соответствующие ранее описанным, обозначены аналогичными порядковыми
номерами. В конструкции, показанной на рис. 5, рабочий цилиндр 5 и вспомогательный цилиндр 8 окружены
водяной рубашкой 20 и 125.
Топливный клапан 11 запрограммирован на распыление воды в цилиндр во время такта выпуска из цилиндра.
Образовавшаяся таким образом смесь выхлопных газов и водяного пара проходит через выпускной клапан 10
и направляется к 180-.
Чтобы вода могла как можно быстрее отводить тепло от продуктов сгорания, тем самым снижая температуру
рабочей жидкости, между цилиндром и вторым компонентом или промежуточным приемником
устанавливается сосуд 21. Данное изделие имеет выступающую металлическую поверхность 22, которая
может представлять собой, например, металлическую стружку, перфорированный металл или ряд ребер или
ребер.
Обширная металлическая поверхность образует теплообменник, отводящий тепло от горячих газов, которое
она отдает при испарении, при этом частицы воды остаются неиспаренными. Воду не обязательно распылять
непосредственно в цилиндр, но при желании ее можно распылять в сосуд 21 или в любую другую точку на
пути отработавших газов из цилиндра 5 до того, как они достигнут сосуда 21; кроме того, воду, используемую
для распыления, можно забирать из водяной рубашки 20 после отвода тепла от цилиндра.
Другой способ охлаждения рабочего тела представлен на рис. 6, где также обозначены соединительные
элементы, соответствующие ранее описанным, аналогичными порядковыми номерами. В конструкции,
изображенной на этом рисунке, цилиндр 5 частично или полностью окружен водяной рубашкой 20, в которой
расположен ряд трубок 28, сообщающихся одним концом с камерой 24, содержащей выпускной клапан 10, а
другим — с приемной камерой 25. Для того чтобы попасть во второй компонент, рабочая жидкость вынуждена
проходить через трубки 23, при этом тепло передается воде, а охлажденная рабочая жидкость покидает
камеру 25 через выходное отверстие 26.
Водяная рубашка 20 может быть выполнена таким образом, чтобы над поверхностью охлаждающей воды
находилось паровое пространство 27, а пар, образующийся в результате теплопередачи от рабочего тела,
проходящего через трубки 23, и от стенок цилиндра к воде, может храниться и использоваться в качестве
рабочего тела либо независимо в отдельном первичном двигателе, либо путем смешивания с отработавшими
газами либо при выходе из камеры 25, либо перед прохождением через трубки 23. В последнем случае пар
может быть направлен на клапан 10 для его охлаждения, или же пар, образующийся в рубашке охлаждения,
может смешиваться с горячими газами частично у клапана 10, а остальная часть – в камере 25. При желании
Соседние файлы в папке патенты