187304. lajstromszámú szabadalom • Többdugattyús kompresszor, gáznemű közegnek, különösen levegőnek közel izothermikus komprimálására
1 187 304 2 A találmány többdugatlyús kompresszor, gáznemü közegnek, különösen levegőnek közel izothermikus komprimálására és ezzel főleg belső égésű motorok hatásfokának növelésére. A technika ismert állása szerinti kompresszorok akár turbó- akár dugattyús rendszerűek - gyakorlatilag az előírt kompressziót oly módon, ill. gyorsan hajtják végre, hogy a sűrítő viszonylag kis felületű házát akármilyen intenzíven is vízzel vagy levegővel hütik, a kompresszió adiabatikus. Vagyis a kompresszióhoz lényegesen több mechanikai munka szükséges, mintha a kompresszió alatt a komprimálandó közeg hőmérsékletét közel állandó, a bemeneti hőmérséklethez közeli hőfokon lehetne tartani, azaz közel izothermikus lenne a kompresszió. Ez nemcsak közvetlenül okoz energiahordozó-veszteséget a kompresszió során, hanem közvetetten is, mert pl. a gázturbináknál és a Diesel motoroknál nagymértékben meggátolja a távozó füstgáz fizikai hőtartalmának hasznosítását a komprimált levegő előmelegítésére, mert adiabatikus kompresszió után a hőcseréhez lecsökken a hőmérséklet-különbség a kétféle közeg között. Belső égésű motoroknál a tengelyről levehető hasznos munka ugyanis az expanziós és a kompressziós munka különbségeként jelentkezik és a hatásfokot ezen nettó teljesítménynek és a körfolyamat során bevezetett hőmennyiségnek a hányadosa határozza meg. A technika jelenlegi állása szerinti, két-három lépcsözetben végzett adiabatikus kompressziók közötti visszahűtéssel nem lehet elegendő mértékben -csökkenteni a kompressziós munkát. A találmány célja az izothermikus kompresszióhoz közelálló sűrítés megvalósítása s ezzel a belső égésű motorok hatásfokának a Carnot-körfolyamathoz való közelítése. A találmány lényege az alábbi. Olyan többdugattyús, egyszeres, vagy kettős működésű kompresszor, gáznemű közegnek, különösen levegőnek közel izothermikus kompressziójának megvalósítására, amelynek több dugattyúja és hengere van és amelynél a henger két végén vezérlő szervhez torkolló be- és kivezető nyílásai vannak, de amelyet az eddig ismertektől az különböztet meg, hogy a lökethosszúság a dugattyúk átmérőjének legalább kétszerese - célszerűen 4-8-szorosa - együttműködő hengereinek száma legalább 4 db célszerűen ennél több, pl. 8-12 db -, továbbá, hogy hengerei olyan közös hütőházba vannak beépítve, amelyben a hengerek külső palástjain léghűtés esetében célszerűen bordázat van. A találmány szerinti kompresszort sok változatban lehet megszerkeszteni. Lehet pl. egy, vagy több egyenes vonal, vagy görbe, pl. körív mentén elrendezni a hengereket a hűtőházban. Lehet akár koaxiálisán, akár radiálisán is elrendezni a hűtőhengereket. Lehet forgatott vezérlőtárcsákat, vagy pedig vezérelt szelepeket fáziseltolódással zárni-nyitni a be- és kiáramláshoz, lehet bütykös tárcsákat, vagy excentereket alkalmazni a dugattyúk mozgatására stb. Minden változatnál azonban a találmány lényegét képező előírásokat a hengerek számára, a dugattyúk átmérőjére, illetőleg annak és a lökethosszúság arányára, valamint az összes csőszerű hengernek a sűrítés művelete alatti intenzív hűtésére be kell tartani, enélkül a célul kitűzött kompreszsziós munkát csökkenteni és az említett hatásfoknövekedéseket nem lehet elérni. A találmány egyik példaképpeni kiviteli alakját az 1. ábra szerinti hosszmetszet és a 2. ábra szerinti, az X-X sik menti nézete szemlélteti vázlatosan. Ennek leírása az alábbi. Az 1 dugattyúk a 2 csőszerű hengerekben mozgathatók, számuknak megfelelő egymásközti fáziseltolódással. Az s (m) löket hosszúsága az 1 d (m) dugattyúk átmérőjéhez képest a találmány előírásainak meg kell hogy feleljen. A 3 hűtőház. 4 elülső és 5 hátsó csőköteg-falaiba vannak beépítve a 2 csőszerű hengerek. A 6 irányból a 7 csonkon át hűtővíz áramlik a 3 hütőházba a 2 csőszerű hengerek hűtésére, de víz helyett bármilyen más hűtőközeget is lehet használni, pl. levegő-víz keveréket, más, légnemű, vagy cseppfolyós, vagy kondenzálódó közeget, vagy levegőáramot. A kiáramlás a 8 irányban a 9 csonkon át történik. A 10 osztókor mentén helyezkednek el egyfelől a 2 csőszerű hengerek, másfelől a 11 bemeneti elosztó csatornák és a kimeneti gyűjtő csatornák, amelyek a 13 vezérlő tárcsában vannak kiképezve. Utöbbit a 14 tengely forgatja n, ford/perc fordulatszámmal. Ezt a szó kásos kb c = 4 m/mp közepes dugattyúsebesség mellett az s lökethosszúság határoza meg. (n j 120/s). A dugattyúátmérőt a löket ismeretében a találmány szerinti egymás közötti arány és a telje sitményhez tartozó lökettérfogat határozza meg. A 15 vezérlő házban helyezkedik el a 13 vezérlő tárcsa, amelyet előbbi szorít a 4 elülső csőköteg falhoz forgás közben, a tömítés érdekében, a bemenő és távozó levegő nyomáskülönbségével szemben. A teljes gyűrűt képező 16 csatornából és a 17 csatornából jut a bevezetett levegő a 11 bemeneti elosztó csatornába. A 18 csatornába a 19 csatornán és a 12 kimeneti gyűjtő csatornán átjut a sűrített levegő. A 20 irányból érkezik a beáramló levegő a 21 csatornába s a 22 irányban távozik a 23 csatornán át. Az 1 dugattyúkat a 25 tengelyre erősített 26 forgó tárcsa oly módon kényszeríti alternatív mozgásra a 2 csőszerű hengerekben, hogy a 27 gömbcsuklókhoz kapcsolódó 28 karok a 29 csuklós görgők útján a 26 forgó tárcsákkal vannak összekötve s emiatt a 26 forgó tárcsa 1 fordulata alatt az I dugattyúk két, oda-vissza irányú s löketet tesznek meg a 2 csőszerű hengerekben. A löket nagyságát az a szögnek a 25 tengelyen eszközölhető elállításával lehet változtatni. Ha a = 90°, a löket nulla, célszerűen am:ix = 140°, amelynél az s löket max nagyságú. A körgyűrűszerű 30 csatornában forognak körbe a 29 csuklós görgők a 26 forgó tárcsában. A 31 forgató ház külső palástjára rögzített 32 fogas koszorúhoz kapcsolódik a 33 fogaskerék amelyet a 34 hajtó tengely akkora n2 ford/pen fordulattal forgat, hogy a 14 tengely és a 26 forgo tárcsa, ill. a 31 forgató ház ugyanakkora n, ford perc fordulatszámmal forogjon. A működés a leírás alapján’ a következő. A komprimálandó L (m3/mp) beáramló lég5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
