СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА РАСШИРЕНИЯ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫМИ КЛАПАНАМИ В ЦИЛИНДРАХ СВОБОДНОПОРШНЕВОГО С ОППОЗИТНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ПОРШНЕЙ ЭНЕРГОМОДУЛЯ, СОЕДИНЕННЫХ С ПОРШНЯМИ КОМПРЕССОРА СЖАТИЯ ГАЗОВ Российский патент 2015 года по МПК F02B71/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области энергомашиностроения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Ближайший прототип заявленного изобретения - «Способ оптимизации процесса расширения продуктов сгорания свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания», патент 2431752.

Реферат к патенту 2431752: Изобретение относится к области энергомашиностроения. Способ оптимизации процесса расширения продуктов сгорания свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания, включающего внешнюю камеру сгорания, цилиндры, поршни, впускные клапаны и систему управления, состоит в том, что система управления закрывает впускной клапан генератора газов, обеспечивающий поступление продуктов сгорания из камеры сгорания в цилиндр свободнопоршневого генератора газов до прибытия поршней в крайнюю точку движения, и тем самым прекращает подачу продуктов сгорания из внешней камеры сгорания в цилиндр свободнопоршневого генератора газов до прибытия его поршней в крайнюю точку движения. Изобретение обеспечивает повышение удельной мощности свободнопоршневого генератора газов и коэффициента полезного действия.

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения состоит в оптимизации процесса расширения продуктов сгорания газораспределительными клапанами в цилиндрах свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ оптимизации газораспределительными клапанами процесса расширения продуктов сгорания в цилиндрах свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов, поясняется на примере его действия.

Система управления компрессором подает во внешнюю камеру сгорания 1 (чертеж, система управления не показана) топливо форсункой 2 и воспламеняет свечой зажигания 3. Продукты сгорания из камеры сгорания 1 по трубопроводу 4 через впускной клапан 5 поступают в правую (по чертежу) полость поршня 6 и через впускной клапан 7 в левую полость поршня 8, и под действием поступающих продуктов сгорания поршни начинают расходиться. Так как площадь правой поверхности поршня 6 больше площади его левой поверхности на разность площадей поперечного сечения штоков 9 и 10, то давление сжимаемого в левой полости поршня 6 воздуха будет больше, чем давление продуктов сгорания в его правой полости. Поэтому воздух из левой полости поршня 6 через обратный клапан 11 по трубопроводу 12 подается во внешнюю камеру сгорания 1. Туда же форсункой 2 впрыскивается очередная доза топлива. Одновременно через обратный клапан 13 из атмосферы засасывается воздух в правую полость поршня 14, а из его левой полости через выпускной клапан 15 воздух (в дальнейшем отработавшие продукты сгорания) выбрасываются в атмосферу. Аналогично по тем же причинам при движении поршня 8 сжимаемый в его правой полости воздух через обратный клапан 16 по трубопроводу 12 подается во внешнюю камеру сгорания 1. Через обратный клапан 17 из атмосферы засасывается воздух в левую полость поршня 18, а из его правой полости через выпускной клапан 19 воздух (в дальнейшем отработавшие продукты сгорания) выбрасываются в атмосферу. По достижении поршнями точек крайнего расхождения система управления переводит впускные клапаны 5, 7, 20 21 и выпускные клапаны 15, 19, 22, 23 в противоположные положения. Теперь продукты сгорания из внешней камеры сгорания 1 по трубопроводу 4 через впускной клапан 20 поступают в левую торцевую полость поршня 14 и через впускной клапан 21 в правую торцевую полость поршня 18, и поршни начинают сходиться. Через обратные клапаны 24 и 25 сжимаемый в правой полости поршня 14 и в левой полости поршня 18 воздух по трубопроводу 12 поступает во внешнюю камеру сгорания 1. Туда же форсункой 2 впрыскивается очередная доза топлива. Через обратные клапаны 26 и 27 из атмосферы засасывается воздух в левую полость поршня 6 и правую полость поршня 8. Из правой полости поршня 6 через выпускной клапан 22 и из левой полости поршня 8 через выпускной клапан 23 воздух (в дальнейшем отработавшие продукты сгорания) выбрасывается в атмосферу. Одновременно при расхождении поршней 6, 7, 14, 18 в полостях соединенных с ними поршней 28, 34 происходит сжатие различных газов - основная функция компрессора. Сжимаемый в левой полости поршня 28 газ через выпускной клапан 29 по трубопроводу 30 поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 33 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его правую полость. Соответственно сжимаемый в правой полости поршня 34 газ через выпускной клапан 35 также по трубопроводу 30 поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 36 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его левую полость. По достижении поршнями крайних точек расхождения система управления переводит выпускные клапаны 29, 35, 37, 38 в противоположные положения. Теперь сжимаемый в правой полости поршня 28 газ через выпускной клапан 37 по трубопроводу 30 поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 39 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его левую полость. Сжимаемый в левой полости поршня 34 газ через выпускной клапан 38 по трубопроводу 30 также поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 40 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его правую полость. Сжатый таким образом в компрессоре газ из ресивера 32 по трубопроводу 41 подается потребителю.

Способ оптимизации процесса расширения продуктов сгорания газораспределительными клапанами в цилиндрах свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов, состоит в следующем. Система управления на основании физико-химических характеристик топлива, задаваемой нагрузки на компрессор и задаваемой степени расширения продуктов сгорания, определяет момент времени закрытия впускных клапанов 5, 7, и в определенный системой управления момент времени закрывает их.

Таким образом достигается оптимальная, максимальная при заданной нагрузке на компрессор и при используемом в данном случае топливе степень расширения продуктов сгорания.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ оптимизации газораспределительными клапанами процесса расширения продуктов сгорания в цилиндрах свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов, включающего внешнюю камеру сгорания, впускные клапаны подачи продуктов сгорания, поршни привода компрессора, поршни компрессора и систему управления, отличающийся тем, что продукты сгорания из внешней камеры сгорания через впускные клапаны подачи продуктов сгорания поступают в полости поршней приводов компрессора, в результате чего поршни приводов компрессора и поршни компрессора приходят в движение, одновременно система управления отслеживает текущее положение поршней приводов компрессора и поршней компрессора, и в соответствии с задаваемой степенью расширения продуктов сгорания система управления определяет момент времени закрытия впускных клапанов подачи продуктов сгорания, и в определенный системой управления момент времени закрывает впускные клапаны подачи продуктов сгорания.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Затраты на НИОКР и производство заявленного изобретения не могут значительно отличаться от таковых при проектировании и отработки классических компрессоров.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

На чертеже изображена принципиальная схема свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов.

1 - внешняя камера сгорания; 2 - форсунка; 3 - свеча зажигания; 4, 12, 30, 41 - трубопроводы; 5, 7, 20, 21 - впускные клапаны; 6, 8, 14, 18, 28, 34 - поршни; 9, 10 - штоки; 11, 13, 16, 17, 24, 25, 26, 27, 33, 36, 39, 40 - обратные клапаны; 15, 19, 22, 23, 29, 35, 37, 38 - выпускные клапаны; 31 - радиатор; 32 - ресивер.

Изобретение относится к энергомашиностроению. Способ оптимизации включает внешнюю камеру сгорания, впускные клапаны подачи продуктов сгорания, поршни привода компрессора, поршни компрессора и систему управления, в соответствии с изобретением продукты сгорания из внешней камеры сгорания через впускные клапаны подачи продуктов сгорания поступают в полости поршней приводов компрессора, в результате чего поршни приводов компрессора и поршни компрессора приходят в движение, система управления выдерживает газораспределительные клапаны в открытом положении после начала поступления продуктов сгорания из внешней камеры сгорания в полость поршней, при этом продукты сгорания приводят в движение поршни, по истечении времени выдержки система управления закрывает газораспределительные клапаны и по достижении поршнями крайних точек расхождения или схождения система управления переводит впускные и выпускные клапаны в противоположные положения, при этом сжимаемый поршнем в полости компрессора газ через выпускной клапан поступает в радиатор, где охлаждается, а затем поступает в ресивер и потребителю. Изобретение обеспечивает оптимальную степень расширения продуктов сгорания. 1 ил.

Способ оптимизации газораспределительными клапанами процесса расширения продуктов сгорания в цилиндрах свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов, включающего внешнюю камеру сгорания, впускные клапаны подачи продуктов сгорания, поршни привода компрессора, поршни компрессора и систему управления, отличающийся тем, что продукты сгорания из внешней камеры сгорания через впускные клапаны подачи продуктов сгорания поступают в полости поршней приводов компрессора, в результате чего поршни приводов компрессора и поршни компрессора приходят в движение, система управления выдерживает газораспределительные клапаны в открытом положении после начала поступления продуктов сгорания из внешней камеры сгорания в полость поршней, при этом продукты сгорания приводят в движение поршни, по истечении времени выдержки система управления закрывает газораспределительные клапаны и по достижении поршнями крайних точек расхождения или схождения система управления переводит впускные и выпускные клапаны в противоположные положения, при этом сжимаемый поршнем в полости компрессора газ через выпускной клапан поступает в радиатор, где охлаждается, а затем поступает в ресивер и потребителю.