Двигатель с внешним подводом теплоты Советский патент 1988 года по МПК F02G1/04 

h-«

СО

са на горячую и холодную полости 12 и 11, первая из которых заключена между корпусом и П 4, а вторая - между П 2 и 4, Полости 11 и 12 подключены одна к другой через охладитель 7, регенератор 6 и нагреватель 5, к которому подключен внешний источник теплоты. Связь между П 2 и 4 выполнена в виде магнитных или намагничивающихся внешних и внутренних связывающих устройств (СУ) 8 и 9. Внутренние СУ 9 расположены внутри герметичного корпуса и каждое подключено к одному из П. Внешние СУ 8 установлены снаружи корпуса с возмож ностью линейного перемещения и м.б. снабжены электромагнитом для подключения к источнику переменного тока, СУ 9 м.б. выполнены в виде колец из магнитомягкого железа, а СУ 8 - в виде магнитов. Кольца и магниты м.б. снабжены выемками 16 и 17, расположенными на обращенных одна к другой поверхностях. Двигатель м.б. снабжен приспособлением для сдвига фаз между СУ 8 и 9, выполненным в виде кри- вошипно-щатунного механизма. При движении П 2 и 4 мощность им или с них передается через внутренние СУ ; внешним СУ посредством силовых электромагнитных линий. Для уменьшения силы трения П о стенки цилиндра имеется устройство придания П вращательного движения. 13 з.п. ф-лы,6 ил

Изобретение м.б. использовано при создании свободнопоршневых двигателей с внешним подводом теплоты и отбором мощности через кривошипно- шатунный механизм. Цель изобретения повышение КПД двигателя. Вытесни- тельный и рабочий поршни (П) 4 и 2 установлены в корпусе 1 с возможностью линейных перемещений, связаны между собой и разделяют объем корпу

1

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестрое- нию, и может быть использовано при создании свободнопорщневых двигателей с внешним подводом теплоты и отбором мощности через шатунно-кри- вошипный механизм.

Цель изобретения - повьпиение. КПД двигателя.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема двигателя; на фиг. 2 - конструктивное выполнение двигателя на фиг. 3 - возникновение связей между связывающими устройствами, схематичный разрез; на фиг. 4 - устройство со связьшающими средствами, позволяюпщми получить вращательное движение поршней, Продольный разрез-, на фиг. 5 - разрез А-А на.фиг. 4; на фиг. 6 - принципиальная схема устройства с механическими связывающими средствами.

Двигатель (фиг. 1 и 2) содержит корпус 1, выполненный в виде цилиндра, находящегосялод давлением, рабочий поршень 2, линейно перемещающийся вверх и вниз при помощи тяги 3, вытеснительный поршень 4, также перемещающийся при помощи тяги 3, нагреватель 5, регенератор 6 и охладитель 7.. расположенные последовательно, наружное 8 и внутреннее 9

связьшающие устройства вытеснител-ьно- го поршня 4, привод 10, холодную полость 11, образованную вытеснитель- ным поршнем 4, рабочим поршнем 2 и

корпусом 1, горячую полость 12, находящуюся между корпусом 1 и вытесни- тельным поршнем 4. Нагреватель 5 соединен с внешним источником тепла (подробно не показан).

Вытеснительный поршень 4 связан тягой 13 с первым внутренним связывающим устройством 9, в то время как рабочий поршень 2 связан тягой 14 с BTopbiM внутренним связьшающим устройством 15. Оба связывающие устройства 9 и 15 изготовлены в виде колец из магнитомягкого железа, которые имеют радиальные открытые наружу выемки 16 и 17. Наружное связывающее

устройство 18 рабочего поршня 2 рас- положено напротив внутреннего связывающего устройства 15.

Корпус 1 или по меньшей мере часть корпуса вокруг связывающих

устройств 9 и 15 изготовлена из немагнитного материала. Для этого может быть применен, например, пластик или немагнитный мета41л, например, алюминий или специальная немагнитная сталь. В последнем случае прихо- дится мириться только с неизбежными потерями вихревых токов.

Связывающие устройства 8 и 18 изготовлены из одного и того же кольцеобразного постоянного магнита, который имеет открытые внутрь кольцевы выемки 19 и 20. Вместо постоянных магнитов могут быть применены электромагниты, причем возможно использование электромагнитов постоянного или переменного тока.

Внешние связывающие устройства 8 и 18 соединены с одной и той же тягой 21 или 22,причем обе тяги (21 и 22) расположены с возможностью движения в аксиальном направлении независимо одна от другой. Тяги 21 и 22 соединены шарнирами 23, 2 я 25 26 с приводом 10, который размещен на валу 27 и представлен лишь схематично. Путем выбора углового положения шарниров 24 и 26 задается фазо- вый угол между рабочим поршнем 2 и вытеснительным поршнем 4. Связь между приводом 10 и рабочим поршнем 2 или вытеснительным поршнем 4 обеспечивает жесткое положение фаз между рабочим поршнем 2 и вытеснительным поршнем 4 как при запуске, так и при изменении нагрузки.

На фиг. 3 показано, как на основе геометрии внешних и внутренних связы вающих устройств 8 и 9, которые обращены друг к другу кольцевыми выемками 20 или 17, возникает при аксиальном относительном движении между связывающими устройствами 8 и 9 аксиальная составляющая сила,- которая создает требуемую связывающую силу.

На фиг. 4 иллюстрируется форма выполнения устройства, с помощью кот торого от колебательно-поступательного движения рабочего поршня 2 или вытеснительного поршня 4, показанных на фиг. 4 условно, этим поршням сообщают дополнительное вращательное движение- (стрелка 28) вокруг общей продольной оси 29.

Для достижения одновременного и одинакового вращательного движения поршней предусмотрено соединение 30 в форме сердечника, который вставлен с зазором в выемке 31 или 32 вытеснительного поршня 4 или рабочего поршня 2. так чтобы было возможно свободное движение поршней относително друг друга в осевом направлении. Так как выемки 31 и 32 и соединение 30 сделаны в разрезе квадратными.

0

5

то поршни (несмотря на свободу их осевого движения) могут вращаться только вместе.

В качестве связывающего средства между линейным движением и полученным вращательньш движением служит описывающий при движении косинусоиду вкладьщ 33 вытеснительного поршня 4. выполненный из немагнитного материала, например магнитного железа, в то время как рабочий поршень 2 имеет соответствующий вкладьш 34, который относительно вкладыша 33 описывает при Движении синусоиду, т.е. имеет фазовое смещение 90 . На стенке кор-t пуса укреплены магниты 35 и 36, которые вступают во взаимодействием с вкладышами 33 или 34 так, что при продольном движении, параллельном оси 29 (на основании описанной в связи с фиг. 2 магнитной составляющей силы), поршней 2 или 4 достигается непрерывное вращательное движение в

5 направлении стрелки 28. Это вращательное движение может быть отведено магнитным связывающим устройством, которое в примере выполнения устрой- ства образовано магнитами 37 и 38.

0 При помощи магнитного устройства 37 можно соединить вал 39 с приводным механизмом вторичного агрегата.

На фиг. 5 показано, что относительно корпуса 40 регулировочное кольцо 41, на котором расположены магниты 35 (или 36), может менять угловое положение магнитов 35 или 36, как показывает стрелка 42., а также фазовый0

5

40

угол между вытеснительным поршнем 4 и рабочим поршнем 2.

На фиг. 6 представлена форма выполнения устройства, согласно которой внутри стенки корпуса 40 предусмотрено регулировочное кольцо 43, на нем имеется кулачок 44, на переднем торце которого установлены ролики 45. Последние входят в синусоидальную или ко синусоидальную кольцевую выемку 46

на вытеснительном или рабочем поршне и служат, таким образом, связывающим средством для получения дополнительного вращательного движения при прямолинейном движении поршней. Магнитные пары 47 или 48 допускают фиксацию или изменение углового положения регулировочного кольца 43 и тем са- мым. в свою очередь фазового угла межу рабочим и вытеснительным поршнем.

5

Двигатель работает следующим образом.

Поршень-вытеснитель, двигаясь от верхней .мертвой точки вниз, переталкивает рабочее тело из холодной полости 11 в горячую полость 12. При

этом рабочее тело, проходя через охладитель 7, регенератор 6 и нагреватель 5, нагревается. Когда большая часть массы рабочего тела сосредоточивается в горячей полости, а рабочий поршень 2 находится в верхней точке, начинается процесс расширения Работа расширения через рабочий поршень 2 передается на вал отбора мощности. При движении рабочего поршня 2 к верхней мертвой точке поршень- вытеснитель 4 сосредоточивает основную массу рабочего тела в холодной полости 11, переталкивая его из горячей полости 12 через нагреватель 5. регенератор -6 и охладитель 7. Происходит процесс сжатия рабочего тела при низкой температуре. При движении поршей 2 и 4 мощность им или с них передается через внутренние устройства 9 и 15 внешним устройствам 8 и 18„посредством силовых электромагнитных линий. Для изменения фазового угла между поршнями смещают угол заклепки кривошипов в кривошип но-шатунном механизме и поршни благодаря магнитной связи между уст- . ройствами 8., 18 и 9, 15 меняют свое фазовое положение. Для уменьшения силы трения поршней о стенки цилиндра имеется устройство придания поршням вращательного движения.

Формула изобретения

связывающие устройства выполнены в

виде колец из магнитомягкого железа, а внешние - в виде магнитов.

связывающие устройства снабжены электромагнитом для подключения к источнику переменного тока.

приспособлением сдвига фаз между | внутренними и внешними связывающими устройствами.

сдвига фаз эьтолнено в виде криво- шипно-шатунного механизма.

движения поршней в дополнительное вращательное движение поршней вокруг их осей.

дополнительным соединением между поршнями, жестким относительно их вращательного движения и подвижным относительно их линейных перемещений.

на стенке корпуса, а другое - на поршнях, причем одной из связывающих средств выполнено синусоидальной формы.

J1. Дви -атель по пп. 9 и 10, о т- личающийся тем, что связывающие средства, размещенные на поршнях, выполнены синусоидальной формы.

линейного движения поршней выполнены магнитными.

П р

там

иоритет по пунк25.01.85 по пп. 1-6, 12.03.85 по пп. 7-14.

3/

срие.Ъ

сриг.

3ff

сриг.5

5