BRPI0902964B1 - máquina de expansão de pistão de movimento alternado - Google Patents

Abstract

pistão para máquina de expansão, máquina de expensão de pistão de movimento alternando e uso de um pistão é descrito um pistão assim como uma máquina de expansão de pistão de movimento alternado com um pistão que apresenta uma cabeça de pistão (1), um pescoço de pistão (2) assim como uma saia de pistão (3), sendo que a cabeça de pistão (1) apresenta pelo menos uma ranhura (4) que passa em sentido circunferencial, adequada para alojar um anel de pistão (5), e a saia de pistão (3) apresenta um ressalto (17) e em seu perímetro externo uma superfície-guia (6) adequada para guiar o pistão ao longo de uma parede interna de cilindro (10). o pistão descrito destaca-se pelo fato de um diâmetro externo do pescoço do pistão (2) ser menor do que um diâmetro externo da cabeça de pistão (1) e/ou da saia de pistão (3) e o comprimento do pescoço de pistão (2) corresponder praticamente ao curso do pistão no estado montado.

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um pistão de uma máquina de expansão do pistão de movimento alternado assim como a uma máquina de expansão de pistão de movimento alternado para aplicação em um circuito vapor de um circuito de recuperação de calor acoplado a um motor de combustão interna, no qual pode ser preferivelmente utilizado um pistão desse tipo. O pistão apresenta uma cabeça, um pescoço assim como uma saia, sendo que a cabeça do pistão apresenta pelo menos uma ranhura que passa em sentido circunferencial que é adequada para alojar um pescoço de pistão, e sendo que a saia do pistão dispõe de um elemento de alojamento de uma cavilha do pistão assim como em seu perimetro externo de uma superficie-guia, que é adequada para guiar o pistão ao longo de uma parede interna do cilindro.

[0002] No caos do desenvolvimento e aperfeiçoamento de motores de combustão interna, nos últimos anos, vem ganhando uma atenção especial, por um lado, a minimização de poluentes e por outro uma maior eficiência dos agregados. Nesse contexto, existe uma possibilidade de aumentar a eficiência de modernos motores de combustão interna, que reside em explorar de forma ideal o calor dissipado na área do respectivo motor de combustão interna. Ao tomar as medidas correspondentes é possivel delimitar o tamanho construtivo da instalação de refrigeração como também tornar aproveitável o calor de perda transmitido ao meio ambiente, para outras aplicações na área do veiculo.

[0003] Para poder aproveitar o mais eficazmente possivel o calor de perda dissipado na área de um motor de combustão interna, é cada vez mais forçado, por essa razão, odesenvolvimento dos assim chamados sistemas de recuperação de calor, dentro dos quais o calor dissipado no motor de combustão interna é transferido a um fluido portador de calor e tornado aproveitável por meio de uma máquina movida a vapor localizada nesse circuito de calor secundário.

[0004] Nesse contexto é conhecido a partir do documento DE 34 29 727 Al um motor composto combustivel/vapor com utilização do calor de processo, no qual a minimização do consumo de combustível, sobretudo, é possivel pelo fato de uma máquina a vapor ficar conectada em seguida ao motor de combustão. No caso da unidade de acionamento designada nesse documento como motor composto, uma parte do calor de perda dissipado no motor de combustão interna é transferida à água de refrigeração, que dessa forma entra em ebulição. O vapor formado pela ebulição da água de refrigeração é, em seguida, armazenado em uma caldeira a vapor sob pressão, e em seguida, disponibilizado para uma máquina a vapor. O torque de acionamento gerado pela máquina a vapor é transferido ao eixo de manivelas do motor de combustão interna.

[0005] Além disso, no documento EP 1 870 575 A2 é descrito um motor de combustão alimentado de um veiculo, que apresenta um circuito de refrigeração, no qual um meio de trabalho é circulado, o qual é convertido pelo menos parcialmente para um estado de agregação em vapor ou gasoso. Neste caso, é prevista uma unidade de expansão, que fica em conexão de trabalho com um eixo de saída do motor de combustão interna através de um trem de acionamento. Na unidade expansora descrita, um eixo de saida da unidade expansora é movimentado através de uma conversão da energia presente no meio de trabalho pelo menos parcialmente em forma de vapor ou gás. A unidade expansoradescrita é projetada como motor de pistão de dois-tempos, que fica em conexão de trabalho direta ou indiretamente através do trem de acionamento com o eixo de saída do motor de combustão interna.

[0006] A partir de soluções técnicas conhecidas no estado da técnica, principalmente de máquinas de expansão de pistão de movimento alternado conhecidas para a utilização do calor de perda dissipado em um motor de combustão interna por meio de um circuito de vapor, é tarefa da presente invenção, criar um pistão assim como uma máquina de expansão de pistão de movimento alternado, pela qual é realizado um aproveitamento efetivo da energia presente no vapor, e portanto, do calor de perda dissipado em um motor de combustão interna tomando por base meios construtivos relativamente mais simples. Através das soluções técnicas a serem apresentadas, é também possível realizar sobretudo uma partida mais segura de uma máquina de expansão de pistão de movimento alternado impulsionada a vapor, assim como uma separação efetiva dos circuitos de óleo e vapor. Através de uma separação dos circuitos de óleo e de vapor pode- se evitar de forma segura que os circuitos se sujem mutuamente pela passagem do respectivo meio.

[0007] A tarefa acima citada é solucionada através de um pistão de acordo com a reivindicação 1, assim como de uma máquina de expansão de pistão de movimento alternado, de acordo com a reivindicação 8. Formas de concretização vantajosas da invenção são objeto das reivindicações dependentes e são a seguir mais detalhadamente esclarecidas sob referência às figuras na descrição.

[0008] De acordo com a invenção, o pistão de uma máquina de expansão de pistão de movimento alternado, que apresenta uma cabeça, um pescoço assim como uma saia, sendo que a cabeça do pistão apresenta pelo menos uma ranhura que passa na direção circunferencial, adequada para alojar um anel do pistão e sendo que a saia do pistão dispõe de um elemento de alojamento que é adequado para alojar um pino de pistão, assim como dispõe de uma superficie-guia em seu perimetro externo, que é adequada para guiar o pistão ao longo de uma parede interna do cilindro, de tal forma aperfeiçoados que um diâmetro externo do pescoço do pistão é menor do que um diâmetro externo da cabeça do pistão e/ou da saia do pistão.

[0009] Um pistão executado de acordo com a invenção é caracterizado pelo fato de adicionalmente à cabeça do pistão convencionalmente prevista, designada também de zona anular do pistão, e à saia do pistão, é previsto um pescoço de pistão entre as duas áreas acima referidas, que separa a cabeça do pistão da saia do pistão. A separação da saia do pistão e da cabeça do pistão, neste caso, é feita por um lado através de um distanciamento em sentido longitudinal do pescoço do pistão ali presente entre eles, e por outro, pelo estabelecimento de um diâmetro externo menor do pescoço do pistão.

[0010] Em uma forma especial de concretização da invenção, a saia do pistão prevê em uma área contigua ao pescoço do pistão uma ranhura que passa em sentido circunferencial do pistão, que é adequada para o alojamento de uma junta. Preferivelmente a junta executada como junta de barra prevê em ter dos dois elementos de vedação dispostos nas respectivas áreas marginais um compartimento oco, no qual pode se acumular óleo ou residues contendo óleo da área condutora de óleo do cilindro. Por meio de uma junta da haste executada de forma correspondente evita-se vantajosamente que óleo ou residues contendo óleo sejam direcionados para a área do pescoço do pistão e/ou para a área condutora de vapor do cilindro.

[0011] Vantajosamente, o comprimento do pescoço do pistão que apresenta em relação à cabeça do pistão e da saia do pistão um diâmetro externo reduzido, é de tal forma executado que o comprimento do pescoço do pistão corresponda pelo menos aproximadamente ao curso do pistão no estado montado. Através dessa característica construtiva do pescoço do pistão é assegurado principalmente que pode se acumular fluido ou vapor que escapa da zona de expansão do cilindro do cilindro, na área do pescoço do pistão através da zona do anel do pistão e se descomprime preferivelmente no compartimento oco correspondente. Além disso, essa forma de concretização do pescoço do pistão oferece a possibilidade de extrair para fora do compartimento coletor por meio de sucção dos gases de combustão para o cárter "blow-by"que se acumulam no compartimento coletor, no compartimento oco entre o pescoço do pistão e a parede interna do cilindro, portanto, o vapor dos gases de combustão para o cárter através de um orificio dentro da parede interna do cilindro, a qualquer tempo durante o movimento de um pistão. O vapor assim aspirado pode ser convenientemente encaminhado novamente para o circuito de vapor, não podendo se perder do sistema total.

[0012] Uma outra configuração especial da invenção prevê que na saia do pistão esteja previsto pelo menos um canal de vazamento, que forma uma conexão pela qual pode circular o fluido, entre uma área que circunda o pescoço do pistão e uma área abaixo da saia do pistão. Com relação a pelo menos a um canal de vazamento é possivel executá-lo ou como furo dentro da saia do pistão ou alternativa ou adicionalmente a isso comocanal aberto unilateralmente em relação à parede interna do cilindro, que é colocado na superfície da saia do pistão e que conecta o compartimento oco dentro da ranhura entre os dois elementos vedantes da junta da haste, à área de óleo.

[0013] Através de pelo menos um canal de vazamento anteriormente descrito, é possível assegurar convenientemente que o óleo, que chega à ranhura dentro da saia do pistão, na qual está prevista uma junta para a vedação da área de óleo em relação ao compartimento coletor do pescoço do pistão, pode ser novamente conduzido á área de óleo.

[0014] A concretização, de acordo com a invenção, de um pistão para máquina de expansão de pistão de movimento alternado operada a vapor assegura portanto que por um lado na área da cabeça do pistão é feita uma vedação em relação à área de expansão preenchida com vapor do cilindro, com auxílio de anéis de pistão, que além disso na área da saia do pistão é feita uma vedação em relação à área de óleo através da junta correspondente, preferivelmente de uma junta da haste, e que na área do pescoço do pistão que se encontra em sentido longitudinal do pistão entre a cabeça do pistão e a saia do pistão, é previsto um compartimento coletor, que no estado montado do pistão forma um compartimento oco entre a parede externa do pescoço do pistão e a parede interna do cilindro. Através das características técnicas de um pistão executado de acordo com a invenção, obtém-se, por um lado, uma separação segurada área condutora de vapor ou óleo dentro do cilindro, e por outro, é assegurado que no compartimento coletor que circunda o pescoço do pistão pode se acumular os gases de combustão para o cárter, que é removido finalmente de modo seguro e conduzido ao circuito de vapor.

[0015] A condução de um pistão, de acordo com a invenção, é feita no lado do óleo, de forma que fique assegurada sempre a lubrificação. A vedação do lado de óleo é feita, como já descrito, com auxilio de juntas correspondentes, preferivelmente de juntas da haste. Vazamentos mínimos, que se acumulam na área dessa junta, são conduzidos através de pelo menos um canal de retorno de vazamento em relação ao lado inferior da saia do pistão ou do pistão, e portanto, de volta ao lado de óleo. A saia do pistão tem principalmente a tarefa de absorver forças laterais, que ocorrem pelo fato de o pistão ser empurrado para a parede do cilindro durante sua operação, de modo alternado. Isso provoca, entre outras coisas, pancadas de pistão e ruídos delas decorrentes. Essa pancada de pistão pode ser resolvida preferivelmente mediante minimização da folga do pistão e principalmente pelo aumento do comprimento da saia do pistão. Uma outra medida que reduz a pancada de pistão reside no desvio axial do pino do pistão.

[0016] A invenção refere-se além disso a uma máquina de expansão de pistão de movimento alternado, que no aproveitamento de calor de perda de motores de combustão interna é utilizado para elevar o grau de ação da unidade inteira de acionamento. Uma máquina de expansão de pistão de movimento alternado executada de acordo com a invenção apresenta, neste caso, pelo menos dois cilindros, cujos compartimentos de expansão são conectados pelo menos parcialmente e temporariamente por meio de pelo menos uma válvula de admissão com um circuito de vapor e, nos quais respectivamente pode ser movimentado um pistão em conexão de trabalho com um eixo de manivela através de conexão de biela entre um ponto morto superior e um ponto morto inferior. Uma máquina de expansão de pistão de movimento alternado, de acordo com a invenção, destaca-se pelo fato de o eixo de manivela ser executado de tal forma que tão logo pelo menos um cilindro se encontre no ponto morto inferior, pelo menos um outro cilindro já fica disposto após o ponto morto superior. Através da geometria anteriormente descrita, respectivamente um cilindro se encontra após o ponto morto superior, quando o outro cilindro estiver no ponto morto inferior. Uma configuração construtiva desse tipo assegura preferivelmente que seja evitado um giro inverso, ou seja, uma marcha a ré da máquina de expansão de pistão de movimento alternado.

[0017] Em uma forma especial de concretização da invenção, a máquina de expansão de pistão de movimento alternado apresenta dois cilindros, cujos eixos centrais ficam paralelos e desalinhados entre si. Um arranjo desse tipo dos cilindros e, portanto, dos pistões movimentados nos cilindros é realizado através de uma configuração correspondente do acionamento a manivela.

[0018] Além das características construtivas de um pistão especial, uma máquina de expansão de pistão de movimento alternado destaca-se vantajosamente pelo fato de adicionalmente á válvula de admissão ser prevista uma válvula bypass ali alojada em sentido paralelo. Uma válvula bypass desse tipo assegura vantajosamente que será garantida uma partida automática livre de regulação da máquina de expansão de pistão de movimento alternado na direção correta.

[0019] Uma forma de concretização especialmente adequada da máquina de expansão de pistão de movimento alternado destaca- se pelo menos por um dos pistões a serem utilizados, que já apresenta as características descritas básicas da invenção. Umaperfeiçoamento especial da invenção prevê portanto que no caso de uma máquina de expansão de pistão de movimento alternado descrita, o pistão é executado de tal forma que entre uma parede do cilindro e uma superfície externa do pescoço do pistão no estado montado está previsto um compartimento oco adequado como compartimento coletor para fluidos. Uma concretização técnica desse tipo é obtida preferivelmente pelo fato de o pescoço do pistão conduzido dentro do cilindro dispor de um diâmetro externo menor do que o da cabeça do pistão e da saia do pistão. 0 fluido em forma de vapor, que apesar da provisão de anéis na área da cabeça do pistão, chega ao compartimento coletor, saindo das áreas condutoras de vapor do compartimento interno do cilindro, especialmente saindo do compartimento de expansão, é capturado mediante a provisão de um compartimento coletor correspondentemente dimensionado, e descomprimido suficientemente.

[0020] Em combinação com a medida acima referida, ou seja, mediante a provisão de um compartimento coletor em uma área entre o pescoço do pistão e a parede interna do cilindro, é previsto na área da parede interna do cilindro um orifício através do qual o fluido em forma de vapor, que se forma no compartimento coletor, pode ser preferivelmente é levado para dentro de uma área de baixa pressão do circuito de vapor.

[0021] Em um aperfeiçoamento especial da máquina de expansão de pistão de movimento alternado o orifício é executado dentro da parede do cilindro de forma que ele se encontre entre um ponto morto superior e um ponto morto inferior na área do compartimento coletor, apesar do movimento do pistão. O comprimento do pescoço do pistão entre a cabeça do pistão e a saia do pistão é, neste caso, de tal formadimensionado que o comprimento do pescoço do pistão corresponda pelo menos ao curso do pistão durante a operação da máquina de expansão de pistão de movimento alternado, de acordo com a invenção. Como o compartimento coletor fica conectado, dessa forma, à área de baixa pressão do circuito de vapor, no compartimento coletor não se estabelece nenhuma pressão dos gases de combustão para o cárter que se forma no compartimento coletor ou o fluido em forma de vapor ou dos gases de combustão para o cárter pode ser facilmente reconduzido para o circuito de vapor.

[0022] A invenção destaca-se principalmente pelo fato de no caso de uma máquina de expansão de pistão de movimento alternado, projetada de acordo com a invenção, é empregado um pistão que dispõe em uma área entre a cabeça do pistão e a saia do pistão de um pescoço que apresenta um diâmetro externo menor em comparação com a cabeça do pistão e da saia do pistão. Essa concretização técnica de pistão é combinada vantajosamente com a vedação na área da cabeça do pistão por meio de pelo menos um anel e na área da saia do pistão por meio de pelo menos uma junta da haste. Desse modo, é feita uma separação segura entre o meio de trabalho propriamente dito, portanto, de um fluido em forma de vapor, e o óleo necessário para a lubrificação do pistão assim como do rolamento de biela e do eixo de manivela. Portanto, não ocorre nenhuma contaminação dos meios óleo e vapor, ou pelo menos, ocorre apenas uma contaminação mínima mútua dos meios óleo e vapor.

[0023] No caso de uma outra máquina de expansão de pistão de movimento alternado preferida, de acordo com a invenção, está previsto que a parede interna de cilindro seja projetada pelo menos em duas peças, com pelo menos preferivelmente umprimeiro material na área da cabeça do pistão e um segundo material na área da saia do pistão. Desse modo, dependendo do tipo dos meios empregados, é possível fazer uma escolha ideal de materiais para as áreas da parede do cilindro que ficam em contato com o pistão. Assim, por exemplo, pode ser prevista uma bucha feita de latão ou bronze de alumínio na área de vapor do pistão, enquanto que na área da saia de pistão seria preferível uma bucha de ferro-gusa, já que esta chega a ficar em conato com óleo. Além disso os diferentes segmentos da parede interna de cilindro podem ser adaptados, dependendo da necessidade no processamento, às tolerâncias, coeficientes de fricção, qualidades de superfície ou geometrias, de forma ideal às respectivas necessidades.

[0024] A seguir, a invenção é mais detalhadamente esclarecida sob referência às figuras sem restrição da idéia inventiva geral, onde:

[0025] A figura 1 mostra uma ilustração em corte de um pistão executado de acordo com a invenção;

[0026] A figura 2 mostra uma vista externa do pistão executado de acordo com a invenção; e

[0027] A figura 3 mostra uma ilustração esquemática da geometria do acionamento a manivela de uma máquina de expansão de pistão de movimento alternado executada de acordo com a invenção com eixo de manivela e dois cilindros.

[0028] A figura 1 mostra um pistão executado de acordo com a invenção com uma cabeça 1, um pescoço 2 e uma saia 3. A cabeça do pistão 1 apresenta duas ranhuras 4 que passam em sentido circunferencial, que são projetadas adequadamente para o alojamento de anéis 5 correspondentes do pistão. Por outro lado, a saia do pistão 3 apresenta uma superfície-guia 6 pormeio da qual o pistão é conduzido durante a operação dentro do cilindro 7. Além disso na área superior da saia do pistão 3, na proximidade imediata do pescoço do pistão 2 estão previstas duas ranhuras nas quais se encontram juntas projetadas como junta da haste 9.

[0029] Em relação à cabeça do pistão 1 e á saia do pistão 3, o pescoço do pistão 2 destaca-se por um lado pelo fato de apresentar um diâmetro externo reduzido e de ele assegurar um distanciamento espacial da cabeça do pistão 1 em relação a saia do pistão 3 no sentido longitudinal do pistão. Tão logo um pistão executado de acordo com a invenção se encontre na posição montada dentro do cilindro 7, entre o pescoço do pistão 2 e a parede interna do cilindro 10 é formado um compartimento oco, que é previsto como compartimento coletor 11 para fluido em forma de vapor, que apesar da provisão de anéis correspondentes 5, chega a esse compartimento coletor como o assim chamado vapor dos gases de combustão para o cárter, ao sair do compartimento de expansão 12 do cilindro 7, acionado a vapor.

[0030] A condução do pistão no lado do óleo dentro de um cilindro é feita por meio de uma superfície-guia 6, que forma pelo menos uma parte da superficie externa da saia do pistão 3. Essa superficie-guia 6 absorve principalmente as forças laterais que atuam sobre o pistão.

[0031] As juntas da haste 9 previstas dentro das ranhuras 9 incluem também entre os elementos vedantes, que asseguram uma vedação em relação á área condutora de óleo 13 do cilindro 7, um compartimento oco 14 que passa em sentido circunferencial do pistão. O óleo, que se acumula nesse compartimento oco 14 entre os dois elementos vedantes da juntada haste 9, é reconduzido para a área 13 condutora de óleo através de canais de retorno de vazamento 15 correspondentes, saindo desse compartimento oco 14.

[0032] Além disso, na área do compartimento coletor 11 é previsto um orificio 16 na parede interna do cilindro, que estabelece uma conexão hermética a fluido entre o compartimento coletor 11 e uma área de baixa pressão do circuito de vapor (não ilustrado). Neste caso, o orificio 16 é projetado dentro da parede interna do cilindro 10 de tal forma que ou o comprimento do pescoço do pistão 2 é dimensionado de tal forma que o orificio 16 se encontra durante o movimento do pistão sempre entre o ponto morto superior e o ponto morto inferior na área do compartimento coletor 11. O fluido em forma de vapor, que apesar dos anéis 5 chega até esse compartimento coletor 11, é descomprimido e finalmente conduzido para uma área de baixa pressão do circuito de vapor através do orificio 16 dentro da parede interna do cilindro 10.

[0033] A combinação de uma vedação por meio de anéis do pistão 5 na área da cabeça do pistão 1 assim como na área da saia do pistão 3 com auxilio de uma junta da haste 9 com um pescoço de pistão 2, em cuja área externa é formado um compartimento coletor 11 para os gases de combustão para o carter, especialmente vapor, assegura que não será feita nenhuma contaminação ou apenas uma contaminação minima mútua de óleo e o meio de trabalho vapor. Neste caso, a solução técnica, de acordo com a invenção, destaca-se sobretudo pelo fato de ela realizar uma vedação correspondente com auxilio de elementos construtivos relativamente simples.

[0034] A figura 2 mostra um pistão projetado, de acordo com a invenção, em uma vista externa espacial. A condução do pistão dentro do cilindro 7 é feita através de superficies-guia 6 previstas na área da saia do pistão 2. Além disso, na área da saia do pistão 3 são previstos dois ressaltos de pino 17, nos quais a barra de biela 18 é fixada com auxilio de um pino 19 correspondente. Tão logo um pistão projetado de acordo com a invenção dentro do cilindro 7 é deslocado mediante descompressão de um vapor comprimido dentro do compartimento de expansão 12, em um movimento linear, a barra de biela 18 também é colocada em movimento. 0 movimento linear do pistão é transmitido para um eixo de manivela 20 através da barra de biela 18, desse modo sendo convertido em movimento de rotação. O eixo de manivela 20 da máquina de expansão de pistão de movimento alternado 21 fica indiretamente, por exemplo, através de um acoplamento de roda livre, ou diretamente em conexão de trabalho com o eixo de manivela de um motor de combustão interna (não ilustrado).

[0035] A figura 3 mostra uma máquina de expansão de pistão de movimento alternado 21, projetada de acordo com a invenção, com dois cilindros 7. Além disso, aparecem ilustrados nessa figura, de forma esquemática duas válvulas de admissão acionadas por mola 22, cujo movimento é também influenciado pela rotação do eixo de manivela 20. O cilindro 7, e portanto, o pistão móvel no cilindro, ficam de tal maneira dispostos que os eixos centrais dos cilindros 7 passam desalinhados entre si em sentido paralelo na distância A=B. Um arranjo correspondente dos cilindros 7 entre si é obtido através de uma realização correspondente de uma geometria de acionamento a manivela. Preferivelmente o deslocamento dos eixos centrais dos cilindros entre si é de 25 mm.

[0036] Tendo em vista a geometria ilustrada na figura 3 éassegurado que o cilindro ilustrado à esquerda 7 fique alojado após o ponto morto superior, quando o cilindro reproduzido à direita se encontrar no ponto morto inferior. A mesma configuração ocorre, assim que os pistões se encontrem na posição final respectivamente oposta. Essa medida construtiva assegura que durante a circulação do vapor através de uma válvula bypass disposta paralelamente em relação à válvula de admissão de um cilindro o pistão de um cilindro seja movimentado para o ponto morto inferior e,desse modo, a válvula de admissão do respectivo cilindro localizado após o ponto morto superior seja aberta e durante o acionamento a vapor a máquina de expansão de pistão de movimento alternado arranque automaticamente na direção correta. Para o posicionamento da máquina de expansão de pistão de movimento alternado 21 em um dos dois pontos de partida é prevista na cabeça do pistão uma válvula bypass disposta paralelamente em relação á válvula de admissão, que estabelece uma conexão entre o compartimento de expansão 12 e o fornecimento de vapor.

[0037] Em uma fase de aquecimento da máquina de expansão de pistão de movimento alternado, executada de acordo com a invenção, o meio de trabalho ainda fluido ou o vapor úmido não são conduzidos através do compartimento de expansão 12 do cilindro, mas conduzidos primeiramente através de tubos de aquecimento na cabeça do cilindro com uma válvula de estrangulamento conectada em série. Desse modo, os cilindros 7 são primeiramente aquecidos. Tão logo esteja presente calor suficiente e o fluxo de massa do fluido de troca de calor possa ser totalmente evaporado, a pressão do sistema aumentará dentro do fornecimento de vapor e finalmente o vapor circulará através das válvulas bypass entrando para dentro dos compartimentos deexpansão aquecidos 12 dos cilindros 7. Cada cilindro que não se encontrar na fase de saída, será empurrado na direção do ponto morto inferior. Desse modo, a válvula de admissão do cilindro defronte será aberta e o expansor arrancará automaticamente durante o acionamento a vapor. Sinais de referência 1 - cabeça do pistão 2 - pescoço do pistão 3 - saia do pistão 4 - ranhura na cabeça do pistão 5 - anel do pistão 6 - superfície-guia 7 - cilindro 8 - ranhura na saia do pistão 9 - junta da haste 10 - parede interna do cilindro 11 - compartimento do coletor 12 - compartimento de expansão 13 - área condutora 14 - compartimento oco 15 - canal de retorno de vazamento 16 - orifício 17 - ressalto de pino 18 - barra de biela 19 - pino 20 - eixo de manivela 21 - máquina de expansão de pistão de movimento alternado 22 - válvula de admissão

Claims (16)

1. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado, tendo um pistão e um cilindro (7), o pistão tendo uma cabeça de pistão (1), um pescoço de pistão (2) e uma saia de pistão (3), a cabeça do pistão (1) apresenta pelo menos uma ranhura (4) que passa em sentido circunferencial, adequada para alojar um anel de pistão (5) , e a saia do pistão (3) apresenta um ressalto de pino (17) adequado para alojar um pino de pistão, e em seu perimetro externo apresenta uma superficie-guia (6) adequada para conduzir o pistão ao longo de uma parede interna do cilindro (10), um diâmetro externo do pescoço de pistão (2) sendo menor que um diâmetro externo da cabeça de pistão (1) e/ou da saia de pistão (3) , caracterizadapelo fato de o pistão ser carregado com vapor, onde a cavidade é um compartimento coletor (11) para gases soprados, e onde o compartimento coletor (11) é conectado a um circuito de vapor.

2. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de a saia de pistão (3) ter em uma área contígua ao pescoço de pistão (2) de pelo menos uma ranhura (8) que passa em sentido circunferencial do pistão, ranhura esta que é adequada para o alojamento de uma junta (9).

3. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado, de acordo com a reivindicação 2, caracterizadapelo fato de a junta ser executada como junta da haste (9).

4. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizadapelo fato de o pescoço de pistão (2) apresentar um comprimento que corresponde pelo menos ao curso do pistão no estado montado.

5. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizadapelo fato de na saia do pistão (3) ser provido pelo menos um canal de retorno de vazamento (15), canal de retorno de vazamento (15) o qual forma uma conexão pela qual pode circular o fluido, entre a ranhura (8) que passa na área da saia de pistão, contígua ao pescoço de pistão (2), em sentido circunferencial do pistão, e uma área (13) condutora de óleo no estado montado do pistão, abaixo da saia de pistão (3) .

6. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado, de acordo com a reivindicação 5, caracterizadapelo fato de os canais de retorno de vazamento (15) serem projetados como ranhuras que passam em sentido longitudinal do pistão, ranhuras estas que são colocadas na saia de pistão (3).

7. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizadapelo fato de os canais de retorno de vazamento (15) serem projetados como furos herméticos a fluido dentro da saia de pistão (3).

8. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizadapelo fato de pelo menos dois cilindros (7) ser provido, cujos os compartimentos de expansão (12) são conectados a um circuito de vapor pelo menos parcialmente e pelo menos temporariamente por meio de pelo menos uma válvula de admissão (22) , e nos quais cilindros (7) em cada caso um pistão que está operativamente conectado a um eixo de manivela (20) através de uma conexão de biela (18) pode ser movimentado entre um ponto morto superior e um ponto morto inferior, o eixo de manivela (20) sendo projetado de tal forma que tão logo pelo menos um cilindro (7a) se encontre no ponto morto inferior, pelo menos um outro cilindro (7b) está já alojado após o ponto morto superior.

9. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de ser provida uma válvula bypass disposta em conexão fluidica paralelamente à válvula de admissão.

10. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizada pelo fato de estarem previstos exclusivamente dois cilindros (7) , cujos eixos geométricos centrais estão dispostos na posição montada em sentido paralelo e desalinhados entre si.

11. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de o compartimento coletor (11) ser vedado por meio de pelo menos um anel de pistão (5) o qual é provido na cabeça do pistão (1) em relação a um compartimento de expansão condutor de vapor (12) do cilindro (7).

12. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado, de acordo com a reivindicação 8 ou 11, caracterizada pelo fato de o compartimento coletor (11) ser vedado por meio de pelo menos uma junta (9) provida na saia de pistão (3) em relação á área condutora de óleo (13) do compartimento interno do cilindro.

13. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de a junta ser configurada como uma junta da haste (9).

14. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 8 a 13, caracterizada pelo fato de a parede interna de cilindro (1) ter na área do compartimento coletor (11) um orificio (16) por meio do qual pelo menos temporariamente pode ser estabelecida uma conexão entre o compartimento coletor (11) e o circuito de vapor.

15. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado, de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de por meio do orifício (16) o compartimento coletor (11) poder ser conectado a uma área de baixa pressão do circuito de vapor de forma hermética a fluido.

16. Máquina de expansão de pistão de movimento alternado, de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracterizada pelo fato de o orifício (16) ser disposto na parede interna de cilindro (10) de tal forma que o orifício (16) durante um movimento do pistão entre o ponto morto superior e o ponto morto inferior, se encontre sempre na área do compartimento coletor (11).

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