Свободно-поршневой двигатель Стирлинга Советский патент 1983 года по МПК F02C1/00 F01B11/00 

Изобретение относи;,, .ч тепловым машинам и может быть нспо;1ьзовано в качестве привода в автономных источниках, электроэнергии.

Известны свободно-поршневые двигатели Стирлинга (СПДС), содержашие по меньшей мере один цилиндр, разделенный совершаюшим колебательное движение относительно среднего расчетного положения рабочим поршнем на две камеры: рабочую и буферную, размещенный в рабочей камере поршень-вытеснитель, разделяюш.ий последнюю на примыкаюшую к рабочему поршню -холодную и горячую нолости, сообшенные между собой через охладитель, регенератор и нагреватель и установленный подвижно в рабочем поршне и жестко связанный с поршнем-вытеснителем шток 1 и 2.

В известных СПДС ограничение хода поршня производится пружинным ограничителем, что снижает надежность из-за возможности разрушения под действием циклических нагрузок при длительной эксплуатации.

Цель изобретения - повышение надежности путем обеспечения устойчивого колебательного движения рабочего поршня с заданной амплитудой.

Поставленная цель достигается тем, что свободно-поршневой двигатель Стирлинга, содержащий по меньшей мере один цилиндр, разделенный совершающим колебательное движение относительно среднего расчетного положения рабочим поршнем на две камеры: рабочую и буферную, размещенный в рабочей камере поршень-вытеснитель, разделяюндий последнюю на примыкающую к рабочему поршню холодную и горячую полости, сообщенные между собой через охладитель, регенератор и нагреватель, и установленный подвижно в рабочем поршне и жестко связанный с поршнем-вытеснителем шток, дополнительно снабжен двумя байпасными каналами с противоположно включенными газодина.мическими диодами, сообщающими холодную полость рабочей камеры с буферной камерой, причем впускные отверстия байпасных каналов размещены с примыкание.м к среднему расчетному положению рабочего поршня по разные его стороны, а размещенные в одной и той же камере впускное и выпускное отверстия разных каналов смещены одно относительно другого по ходу порщня.

На фиг. 1 изображена общая схема СПДС; на фиг. 2 - диаграммы зависимости положения рабочего поршня от времени.

СПДС содержит по меньшей мере один цилиндр 1, разделенный совершающим колебательное движение относительно среднегорасчетного положения рабочим поршнем 2 на две камеры: рабочую 3 и буферную 4. В рабочей ка.мере размещен поршень-вытеснитель 5, разделяющий последнюю на примыкающую и рабочему порщню 2 холодную 6 и

горячую 7 полости. Полости 6 и 7 сообщены между собой через охладитель 8, регенератор 9 и нагреватель 10. В рабочем порщне 2 подвижно установлен и жестко связан с поршнем-вытеснителем 5 шток 11.

Холодная полость б в рабочей камере 3 и буферная камера 4 сообщены между собой при помощи двух байпасных каналов 12 и 13 с противоположно включенными газодинамическими диодами 14. Впускные отверстия 15 и 16 байпасных каналов 12 и 13 размещены с примыканием к средне.му расчетному положению рабочего порщня 2 по разные его стороны, а каждое выпускное отверстие 17 и 18 смещено по ходу поршня относительно впускного отверстия 16 и 15, размещенного в одноименной камере. При движении рабочего поршня 2 вверх давление в рабочей камере 3 увеличивается, а в буферной камере 4 уменьшается. Под действием перепада давлений на штоке 11 поршеньвытеснитель 5 перемещается вниз, вытесняя рабочее тело из холодной полости 6 в горячую 7 через охладитель 8, регенератор 9 и нагреватель 10. При этом к сжатому рабочему телу в регенераторе 9 и нагревателе 10 подводится тепло. Далее рабочий порщень 2 движется вниз, соверщая работу, и под действием увеличивающегося давления в буферной камере 4 порщень-вытеснитель 5 движется вверх, перекачивая рабочее вещество из горячей полости 7 в холодную 6. При этом от расширившегося рабочего тела тепло отводится в регенератор 9 и охладитель 8. Если среднее расчетное положение колебаний рабочего поршня 2 находится на одинаковом расстоянии от впускных отверстий 15 и 16 байпасных каналов 12 и 13, то время перекрытия этих отверстий одинаково, как видно из графика зависимости координатов рабочего порщня от времени (фиг. 2о). За цикл из холодной полости 6 в буферную камеру 4 через байпасный канал 13 течет столько же газа, сколько из буферной камеры 4 в холодную полость 6 через байпасный канал 12.

Если среднее положение колебаний рабочего поршня 2 под действием утечек через уплотнения смещается вверх к холодной полости 6, то время перекрытия за цикл впускного отверстия 16 байпасного канала 13 превыщает время перекрытия впускного отверстия 15 байпасного канала 12 (фиг. 26). В результате за каждый цикл из буферной камеры 4 в холодную полость 6 через канал 12 поступает больще газа, чем из холодной полости 6 в буферную камеру 4 через -канал 13. Среднее давление газа в буферной камере 4 снижается, а среднее положение колебаний рабочего порщня поворачивается к расчетному. При смещении колебаний рабочего порщня 2 вниз к буферной камере 4 увеличится время перекрытия за цикл впускного отверстия 15 байпасного канала 12. Через байпасный канал 13 часть газа переходит из холодной полости 6 в буферную камеру 4, среднее давление в ней повышается, и среднее положение колебаний рабочего поршня 3 смещается вверх, к расчетному положению.

Таким образом, при работе СПДС обеспечивается стабилизация среднего положения рабочего поршня при отсутствии пружинного ограничения хода, что повышает надежность работы СПДС.

СВОБОДНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА, содержащий по меньшей мере один цилиндр, разделенный совершающим колебательное движение относительно среднего расчетного положения рабочим поршнем на две камеры; рабочую и буферную, размешенный в рабочей камере поршень-вытеснитель, разделяюш,ий последнюю на примыкающую к рабочему поршню, холодную и горячую полости, сообщенные между собой через охладитель, регенератор и нагреватель, и установленный подвижно в рабочем поршне и жестко связанный с поршнем-вытеснителем шток, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем обеспечения устойчивого колебательного движения с заданной амплитудой, двигатель снабжен двумя байпасными каналами с противоположно включенными газодинамическими диодами, сообшающими холодную полость рабочей камеры с буферной камерой, причем впускные отверстия байпасных каналов размещены с примыканием к среднему расчетному положению рабочего поршня по разные его стороны, а размешенные в одной и той же камере впускное и выпускное отверстия разных каналов смещены одно относительно другого по ходу поршня.

Фиг.г