ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА Российский патент 1994 года по МПК F02G1/43 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано при проектировании двигателей с внешним подводом теплоты.

Известен двигатель Стирлинга, содержащий картер, закрепленные на нем горячий и холодный цилиндры, вытеснительный поршень с колпаком и рабочий поршень, размещенные соответственно в горячем и холодном цилиндрах и образующие в них полости расширения и сжатия, нагреватель рабочего тела, образованный внутренним объемом ряда вертикально расположенных по окружности вдоль оси горячего цилиндра трубок, подключенных одними концами к полости расширения, а другими - к кольцевому регенератору охватывающему среднюю часть горячего цилиндра, охладитель, подключенный к регенератору и к полости сжатия, камеру сгорания, охватывающую трубки нагревателя и примыкающую к корпусу регенератора, и форсунку подачи топлива, установленную на камере сгорания.

Однако такое выполнение двигателя не позволяет ввести достаточно большое количество дополнительной теплоты в цикл через стенку горячего цилиндра двигателя, а следовательно, и увеличить мощность двигателя.

Целью изобретения является повышение мощности двигателя.

Цель достигается тем, что двигатель снабжен дополнительными нагревателем рабочего тела и форсунками, горячий цилиндр выполнен дифференциальным с верхней куполообразной частью меньшего диаметра и тремя рядами равномерно расположенных радиальных каналов, два из которых расположены на стенке верхней части горячего цилиндра, а третий - на стенке горячего цилиндре в районе размещения кольцевого регенеpатора, причем трубки нагревателя рабочего тела охватывают горячий цилиндр двигателя и подключены к полости его расширения через два первых ряда радиальных каналов, площадь проходного сечения третьего ряда радиальных каналов лежит в пределах 25-30% площади проходного сечения трубок нагревателя, форсунки размещены по окружности камеры сгорания в районе примыкания ее к корпусу регенератора, а дополнительный нагреватель рабочего тела образован объемом зазора между стенкой горячего цилиндра и колпаком вытеснительного поршня и подключен к регенератору через третий ряд радиальных каналов.

На чертеже приведен пример выполнения двигателя.

Двигатель содержит картер 1 с размещенным в нем коленчатым валом 2, дифференциальный горячий цилиндр 3 с верхней куполообразной частью 4 меньшего диаметра и холодный цилиндр 5 с крышкой 6, закрепленные на картере, вытеснительный поршень 7 с колпаком 8 и рабочий поршень 9, размещенные соответственно в горячем 3 и холодном 5 цилиндрах и образующие в них полости расширения 10 и сжатия 11, нагреватель рабочего тела, образованный внутренним объемом ряда вертикально расположенных вдоль оси горячего цилиндра 3 трубок 12, подключенных одними концами через первый 13 и второй 14 ряды вертикальных каналов, выполненных на верхней части 4 горячего цилиндра, к полости расширения 10, а другими - к регенератору 15, охватывающему среднюю часть горячего цилиндра, охладитель 16, подключенный к полости сжатия 11 и регенеpатору 15, камеру сгорания 17, охватывающую трубки 12 нагревателя и примыкающую к корпусу регенератора 15, форсунки 18 подачи топлива, подключенные к раздаточному коллектору 19, дополнительный нагреватель 20, образованный объемом зазора между стенкой горячего цилиндра 3 и колпаков вытеснителя 7 и подключенный третьим рядом 21 радиальных каналов к регенератору 15.

Двигатель Стирлинга работает следующим образом.

Подвод теплоты к рабочему телу распределенному между полостями расширения 10 и сжатия 11 и между теплообменными аппаратами: нагревателями 12 и 20, регенератором 15 и охладителем 16, осуществляется непрерывно через нагреватели 12 и 20. При минимальном объеме полости сжатия 11 основная масса рабочего тела сосредоточивается в нагревателях 12 и 20 и полости расширения 10, ее температура и давление максимальны. Начинается процесс расширения. Объемы полостей 10 и 11 растут, поршни движутся к своим нижним мертвым точкам (НМТ), при этом поршень 7 опережает поршень 9. Рабочее тело, расширяясь, начинает в определенный момент переталкиваться из полости расширения 10 в полость сжатия 11, аккумулируя при этом свою теплоту в регенераторе 15 и сбрасывая ее в охладителе 16. При достижении поршнем 9 НМТ процесс расширения заканчивается и начинается процесс сжатия на определенном периоде которого рабочее тело продолжает поступать в полость сжатия 11. При определенном соотношении объемов полостей 10 и 11 рабочее тело сжимаясь в полости 11 начинает переталкиваться в полость 10, сбрасывая свою теплоту в охладитель 16 и забирая ее из регенератора 15 и нагревателей 12 и 20. При достижении поршнем 9 ВМТ процесс сжатия заканчивается, основная масса рабочего тела вновь сосредоточена в нагревателях 12 и 20 и полости расширения 10 - цикл повторяется. В результате расширения основной массы рабочего тела с подводом теплоты, а сжатии - с отводом теплоты, получают полезную работу. Наличие дополнительного нагревателя 20 позволяет при тех же габаритах двигателя увеличить его мощность. (56) Г. Уокер. Двигатели Стирлинга. М. : Машиностроение, 1985, с. 91.

Сущность изобретения: для повышения мощности двигателя Стирлинга трубки 12 нагревателя рабочего тела охватывают дифференциальный горячий цилиндр 3 и подключен к полости расширения 10 через первый 13 и второй 14 ряды радиальных каналов, выполненных на куполообразной части 4 дифференциального цилиндра 3. Камеры сгорания 17 охватывает трубки 12 нагревателя и примыкает к корпусу регенератора 15, охватывающего среднюю часть цилиндра 3, а форсунки 18 размещены по окружности камеры сгорания 17 в районе ее примыкания к корпусу регенератора 15. Между стенкой горячего цилиндра 3 и колпаком 8 вытеснительного поршня 7 образована полость дополнительного нагревателя 20 рабочего тела, подключенного к регенератору 15 через третий 21 ряд радиальных каналов, площадь проходного сечения которых лежит в пределах 25 - 35 % площади проходного сечения трубок 12 нагревателя. Такая конструкция позволяет увеличить поверхность нагревателя и ввести дополнительную теплоту в цикл двигателя. 1 ил.

ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА, содержащий картер, закрепленные на нем горячий и холодный цилиндры, вытеснительный поршень с колпаком и рабочий поршень, расмещенные соответственно в горячем и холодном цилиндрах и образующие в них полость расширения и полость сжатия, нагреватель рабочего тела, образованный внутренним объемом ряда вертикально расположенных по окружности вдоль оси горячего цилиндра трубок, подключенных одними концами к полости расширения, а другими - к кольцевому регенератору, охватывающему среднюю часть горячего цилиндра, охладитель, подсоединенный к регенератору и полости сжатия, камеру сгорания, охватывающую трубки нагревателя и примыкающую к корпусу регенератора, и форсунку подачи топлива, установленную в камере сгорания, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности, он снабжен дополнительными нагревателем рабочего тела и форсунками, горячий цилиндр выполнен дифференциальным с верхней куполообразной частью меньшего диаметра и тремя рядами равномерно расположенных радиальных каналов, два из которых выполнены на стенке верхней части горячего цилиндра, в районе размещения кольцевого регенератора, причем трубки нагревателя размещены вокруг горячего цилиндра и подключены к полости расширения через первый и второй ряды радиальных каналов, площадь проходного сечения третьего ряда радиальных каналов составляет 25 - 35% площади проходного сечения трубок нагревателя, форсунки размещены по окружности камеры сгорания в районе примыкания ее к корпусу регенератора, а дополнительный нагреватель образован объемом зазора между стенкой горячего цилиндра и колпаком вытеснительного поршня и подключен к регенератору через третий ряд радиальных каналов.