Поршневой двигатель-энергетическая установка
Полезная модель относится к двигателестроению и может быть использована для производства двигателей внешнего сгорания. Реализация полезной модели позволяет получить высокоэффективный, надежный, долговечный и экологически чистый двигатель с замкнутым рабочим циклом, способный работать на всех видах топлива и без него в пограничной области естественной разности температур, имеющий высокие эксплуатационные характеристики и технологичный в изготовлении. Двигатель с газообразным рабочим телом, в котором осуществляется замкнутый рабочий цикл, содержащий две камеры, нагреватель и холодильник, а также связывающие их между собой газовые магистрали. дополнительно он содержит второй холодильник, как и первый совмещенный с теплообменником, нагреватель, и два обратных клапана, состоит из корпуса - рабочего цилиндра, в котором по образующей, симметрично, у центра относительно, ограничивающих цилиндр, крышек, расположены два ряда отверстий, которые имеются и в вышеназванных крышках, левый ряд отверстий в корпусе газовой магистралью последовательно соединен через холодильник, обратный клапан и нагреватель с отверстиями в правой крышке корпуса, аналогично правый ряд через другой холодильник, обратный клапан и нагреватель с отверстиями в левой крышке, внутри находится полый поршень вполовину длины цилиндра, с поршневыми кольцами по краям и сплошной проточкой между ними, по образующей в корпусе поршня имеется два ряда отверстий, а внутри расположен полый золотник с глухой перегородкой посередине, по обе стороны вдоль перегородки имеются два ряда отверстий, с наружной стороны, переходящие в прорези, а ход золотника с обеих сторон ограничивают подпружиненные кольца-ограничители, жестко закрепленные внутри корпуса поршня так, что в каждом из крайних положений золотника второй по ходу ряд его отверстий совпадает с соответствующим рядом отверстий в поршне. С каждой стороны поршня ширина контактной поверхности с цилиндром меньше расстояния между рядами отверстий в цилиндре, а сам ряд отверстий при совмещении перекрывается контактной поверхностью поршня. Шток отбора мощности закреплен на корпусе поршня и выведен наружу через одну из крышек, оснащенную сальником.
Полезная модель относится к двигателестроению и может быть использована для преобразования тепловой энергии в механическую работу и может найти применение на транспорте и в энергетике как двигатель, осуществляющий, где необходимо, возвратно-поступательное движение, аналог роторно-лопастного двигателя, осуществляющего вращение выходного вала.
С принципом работы тепловой машины «ИЛО», работающей по замкнутому циклу Стирлинга, содержащей регенератор между холодной и горячей зонами, и не менее двух замкнутых пространств для размещения рабочего тела, механически связанных своими изменяющимися объемами, причем эти замкнутые пространства размещены в горячей зоне, а в холодной зоне не менее двух охладителей с равными и постоянными объемами, параллельно соединенными газовыми магистралями с уменьшающимися объемами замкнутых пространств горячей зоны, при этом увеличивающиеся объемы газовой магистралью связаны между собой, при достижении максимальной величины замкнутое пространство через один из охладителей, сменяющийся в каждом цикле, соединено с минимальным из уменьшающихся объемом замкнутых пространств, соединенным со всеми охладителями, с последующей изоляцией этого уменьшающегося пространства до достижения им минимального объема (Заявка на изобретение №2006140531, F02G 1/043)
Известны также двигатели и тепловые машины, работающие по замкнутому рабочему циклу Стирлинга, например способ работы двигателя внешнего сгорания, заключающийся в сжатии газообразного рабочего тела в компрессорном цилиндре, перепуске его в нагреватель, снабженный камерой сгорания, подаче нагретого рабочего тела из нагревателя в рабочий цилиндр, преобразовании в последнем энергии расширяющегося рабочего тела во вращательную энергию выходного вала двигателя и установлении при этом начала подачи рабочего тела в рабочий цилиндр при положении его поршня в ВМТ, причем газообразное рабочее тело сжимают изотермически, тепло, образующееся при сжатии рабочего тела, используют для испарения воды в компрессорном цилиндре, подогревают расширяющееся рабочее тело в рабочем цилиндре продуктами сгорания, образующимися в нагревателе, охлаждают расширившееся рабочее тело до конденсации паров воды в холодильнике-конденсаторе (Х-К), сконденсировавшуюся воду направляют
на испарение в компрессорном цилиндре, причем перед подачей расширившегося рабочего тела в Х-К его охлаждают в поверхностных теплообменниках путем двухступенчатого отвода тепла сначала к рабочему телу, выходящему из компрессорного цилиндра, а затем к окислителю, подаваемому на горение в нагреватель. (Способ работы двигателя внешнего сгорания и двигатель внешнего сгорания, патент № RU 2022147, F02G 1/00).
Наиболее близким к заявляемому является двигатель Стирлинга с газообразным рабочим телом, в котором осуществляется замкнутый рабочий цикл, содержащий рабочую и насосную камеры, нагреватель и холодильник, а также связывающие их между собой газовые магистрали. (Ридер Г., Хупер Ч. - двигатели Стирлинга, пер. с англ. М. Мир., 1986)
Задачей, на решение которой направлено создание настоящей полезной, модели, является разработка конструкции высокоэффективного, надежного, долговечного экологичного линейного двигателя, способного работать на земле и в космосе. Как Привод для возвратно-поступательного движения поршня компрессора.
Поставленная задача решается тем, что двигатель с газообразным рабочим телом, в котором осуществляется замкнутый рабочий цикл, содержащий две рабочие камеры, с двумя нагревателями и холодильниками, а также связывающие их между собой газовые магистрали, состоит из корпуса-рабочего цилиндра с крышками у оснований, отверстием в одной из, них, оснащенным обратным клапаном, подключенного газовой магистралью через охладитель с теплообменником, к отверстиям в цилиндре, расположенным ближе к противоположному основанию корпуса, аналогично отверстием в другой крышке подключенного к отверстиям в цилиндре, внутри цилиндрического корпуса находится полый поршень, ограниченный поршневыми кольцами, по кругу в поршне расположены два ряда отверстий, внутри поршня находится полый цилиндрический золотник с перегородкой посередине, по обе стороны перегородки, по кругу, имеется два ряда отверстий, ход золотника с обеих сторон ограничивают подпружиненные кольца- ограничители, жестко закрепленные внутри корпуса поршня так, что в каждом из крайних положений золотника второй по ходу ряд его отверстий совпадает с соответствующим рядом отверстий в поршне, а поршень в любом из крайних положений выходит за ряд отверстий в цилиндре. С каждой стороны поршня ширина контактной поверхности с цилиндром меньше расстояния между рядами отверстий в цилиндре, а сам ряд отверстий при совмещении перекрывается контактной поверхностью поршня. Шток отбора мощности закреплен на корпусе поршня и выведен наружу через одну из крышек, оснащенную сальником.
Работа полезной модели проиллюстрирована рисунками, где
- на фиг.1 представлен общий вид поршневого двигателя-энергетической установки.
Далее показаны виды сбоку двигателя в разрезе и принцип работы:
- на фиг.2 - расположение золотника в поршне двигателя без подвода энергии,
- на фиг.3 - момент смещения золотника в одну из сторон в неравновесной системе после приложения к корпусу тепловой энергии,
- на фиг.4 - смещение поршня с золотником при дальнейшем повышении разности давлений левого и правого плеча,
- на фиг.5 - момент регенерации, когда в зону с меньшим давлением из холодильника поступает рабочее тело,
- на фиг.6 - смещение золотника в нейтральное положение под действием пружин при выравнивании давлений левого и правого плеча,
- на фиг.7 - смещение золотника под действием давления рабочего тела и начало хода поршня в обратную сторону.
Поршневой двигатель - энергетическая установка содержит:
- 1 - цилиндрический корпус,
- 2 - охладитель с теплообменником,
- 4 - обратный клапан,
- 5 - корпус поршня с поршневыми кольцами,
- 6 - ограничители хода золотника,
- 7 - золотник,
- 8 - газовые магистрали,
- 9 - фиксаторы ограничителей,
- 10 - крышка корпуса,
- 11 - шток отбора мощности,
- 12 - пружины ограничителей хода золотника,
- 14 - отверстия и каналы.
Устройство работает следующим образом: в состоянии покоя двигателя поршень может занимать любое положение в цилиндре, когда как золотник, подпружиненный с обеих сторон, занимает среднее положение в поршне между ограничителями, поэтому все каналы связи камер с холодильниками через поршень перекрыты. К корпусу двигателя подводим тепловую энергию и обе рабочие камеры будут разогреваться с повышением в них давления от Р1 до условного Р2-Р3 рабочего тела, но в связи с тем, что система будет не равновесна, давление в одной из камер окажется выше и золотник сместится в сторону камеры с меньшим давлением. (Теория равновесных систем том 1: Термодинамика, Квасников И.А. изд. Едиториал УРСС, 2002 г.). При совпадении ряда отверстий золотника с рядом отверстий в поршне происходит связь одной из камер двигателя с холодильником, когда как другая камера будет изолирована (фиг.3). В ней продолжает нарастать давление до Р4, что приводит к смещению поршня (фиг.4). И поршень будет перемещаться до момента, когда один ряд отверстий на цилиндре освободится от поршня и соединит камеру с высоким давлением. P4 с соответствующим холодильником. Давление в холодильнике возрастет, и порция рабочего тела из него через обратный клапан вытиснится в камеру с
меньшим давлением, сместив находящееся там, рабочее тело в следующий холодильник, выравнивая давление во всей системе (фиг.5). После того, как давление в камерах сравняется, подпружиненный золотник займет среднее положение и перекроет каналы связи с холодильниками через поршень. Вследствие чего, меньшая камера изолируется, когда как большая останется связанной с холодильником (фиг.6). В изолированной камере возрастет давление, что приведет к смещению золотника, а затем и поршня в обратном направлении (фиг.7), пока поршень не совместит другой ряд отверстий с соответствующим холодильником, и цикл повторится.
Реализация заявляемой полезной модели позволит создать высокоэффективный привод для работы холодильных установок в отдаленных заготовительных комплексах морепродуктов и т.д., заменив присутствующие в таких случаях, промежуточные дизель-генераторы с электроприводами.
1. Двигатель с газообразным рабочим телом, в котором осуществляется замкнутый рабочий цикл, содержащий две камеры, нагреватель и холодильник, а также связывающие их между собой газовые магистрали, отличающийся тем, что состоит из корпуса - рабочего цилиндра с крышками у оснований, отверстием в одной из них, оснащенным обратным клапаном, подключенного газовой магистралью через охладитель с теплообменником к отверстиям в цилиндре, расположенным ближе к противоположному основанию корпуса, аналогично отверстием в другой крышке подключенного к отверстиям в цилиндре, внутри цилиндрического корпуса находится полый поршень, ограниченный поршневыми кольцами, по кругу в поршне расположены два ряда отверстий, внутри поршня находится полый цилиндрический золотник с перегородкой посередине, по обе стороны перегородки по кругу имеется два ряда отверстий, ход золотника с обеих сторон ограничивают подпружиненные кольца-ограничители, жестко закрепленные внутри корпуса поршня так, что в каждом из крайних положений золотника второй по ходу ряд его отверстий совпадает с соответствующим рядом отверстий в поршне, а поршень в любом из крайних положений выходит за ряд отверстий в цилиндре.
2. Двигатель с газообразным рабочим телом по п.1, отличающийся тем, что с каждой стороны поршня ширина контактной поверхности с цилиндром меньше расстояния между рядами отверстий в цилиндре, а сам ряд отверстий при совмещении перекрывается контактной поверхностью поршня.
3. Двигатель с газообразным рабочим телом по п.1, отличающийся тем, что шток отбора мощности закреплен на корпусе поршня и выведен наружу через одну из крышек, оснащенную сальником.
