Тепловой двигатель,использующий расширение и сжатие жидкости Советский патент 1988 года по МПК F01K25/02 

4;:

ю

;о

N3

Изобретение позволяет повысить эконо- .мич-ность двигателя. Нагреваемая при запуске камера 1 и охлаждаемая при запуске камера 13 содержит з.меевики 2, 14 с коллекторами-сборниками 3,4 и 15, 16 соотв. и сообщены с надпоршневыми ка.мерами поршневы.х гидравлических насосов 7 и 19 соотв. через обратные клапаны. Подпоршне- вые камеры насосов сообщены через обратные клапаны с гидроприводом. Ка.меры 1 и 13, нагреватель 46 и охладитель 43 соединены между собой с образованием замкнутого контура циркуляции промежуточпого теплоносителя. Система регулирования поочередного нагрева и охлаждения содержит гидроуправляемые распределительные золотники 34, 35, 36 и 37, включенные в упомянутый контур. Привод системы выполнен в виде замкнутого объема, объединяющего управляющие полости золотников 34-37, золотника 40 блокировки и дополнительный теплообменник 25, установленный в камере 13. Охладитель 43 выполнен в виде радиатора с вентилятором обдува, приводимым от гидро.мотора 53, включенного в магистраль высокого давления. Нагреватель 46 расположен ниже камер 1 и 13 н сообщен с камерой 1 через пусковые краны 44, 45. Привод золотников может осуществляться от порн;ня насоса 19 через механический привод. 3 з.п. ф-лы, 4 ил. ел

Vuz.J

5Б 55

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателеетроению, и может быть использовано при создании двига- талей, использующих расширение и сжатие жидкости.

Цель изобретения - повышение экономичности двигателя.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого двигателя и положение поршней в фазе нагрева при его запуске; на фиг. 2 -- положение поршней во время работы двигателя; на фиг. 3 - привод золотников системы регулирования; на фиг. 4 - узел I на фиг. 3.

Двигатель содержит нагреваемую при запуске первую камеру 1, содержаш,ую змеевики 2 с коллекторами-сборниками 3 и 4 и обратными клапанами 5 и 6, поршневой гидравлический насос 7 с дифференциальным поршнем 8, надпоршневой камерой 9 и нодпор1пневой камерой 10, всасывающим обратным клапаном 11 и нагнетательным обратным клапаном 12, охлаждаемую при запуске вторую камеру 13, содержащую змеевики 14 с коллекторами-сборниками 15 и 16с обратными клапанами 17 и 18, поршневой гидравлический насос 19 с дифференциальным поршнем 20, надпоршневой камерой 21 и подпоршневой камерой 22, всасывающим обратным клапаном 23 и нагнетательным обратным клапаном 24, дополнительный теплообменник 25, управляющие полости 26-30 золотников или механический привод 31 командной системы обеспечения чередования циклов с щариковы.м замком 32 и с рычажно-тяговой передачей 33, распределительные золотники 34-37 с возвратными пружинами 38, ручной насос 39, золотник 40, блокировки выключения с возвратной пружиной 41, насос 42 подачи теплоносителя, охладитель 43, краны 44 и 45 запуска, нагреватель 46, золотник 47 выключения двигателя с пружинами 48 и 49 и рычагом 50, кран 51 управления мощностью двигателя, гидромотор 52 привода насоса, гидромотор 53 с вентилятором и краном управления интенсивностью охлаждения теплоносителя 54, гидроаккумулятор 55 с обратным клапаном 56 и мотор-насос 57.

Двигатель работает следуюпдим образом.

Перед запуском открываются пусковые краны 44 и 45 и включается нагреватель 46. Теплоноситель конвективно нагревает первую камеру 1 со змеевиком 2 контура высокого давления. Заполняющее змеевик 2 жидкое рабочее тело (например, термостойкий керосин и др.), нагреваясь преимущественно до температуры более 100°С, увеличивает свой объем, перемещая при этом дифференциальный поршень 8 поршневого гидронасоса 7, и через обратные клапаны 12 и 56 заряжает гидроаккумулятор 55. После закрытия кранов 44 и 45 запуска и открытия крана 51 включается насос 42 подачи теплоносителя от гидромотора 52. Жидкий

теплоноситель (например, вода, керосин и др.) под давлением, равным преимущественно 2-3 атм, подается от насоса 42 (фиг. 2) через нижнюю кольцевую канавку распреде- лительного золотника 36 в камеру 1 и, охлаждая последнюю, нагревается и далее с целью подвода в теплоноситель тепла, затраченного на полезную работу перемещения поршня 8 гидронасоса 7, подается через золотник 35 в нагреватель 46, а из

0 последнего через золотники 36, 37 и 34 нагретый теплоноситель подается в камеру 13 и охлаждаясь, нагревает последнюю, после, чего золотники 37 и 36 подается через охладитель 43 на вход насоса 42. В этот период в

с поршневом гидронасосе 7 осуществляется цикл всасывания, а в гидронасосе 19 - цикл нагнетания. Трубопровод рабочих змеевиков 2 и 14 изготавливают из прочного высокотеплопроводного материала и укладывают (наматывают) слоями с расстоянием между

0 последним, равным 2-3 мм. С целью увеличения площади теплопередачи змеевика каждый слой укладывают на гофрированный дефлектор из тонкого высокотеплопроводного металлического листа (алюминий, медь и др. толщиной , равной преимущественно 0,2-0,3 мм), причем гофры образуют каналы для прохождения теплоносителя между витками трубопровода, расположенные параллельно оси змеевика.

Для уменьц1ения гидравлических потерь

Q в рабочих змеевиках 2 и 14 и обеспечения противотока жидкого рабочего тела в змеевиках и теплоносителя в камерах каждый слой намотки змеевиков подсоединяют к коллекторам-сборникам 3 и 4 с обратными клапанами 5 и 6 и коллекторам-сборникам 15

2 и 16 с обратными клапанами 17 и 18, причем коллекторы-сборники расположены на входе и выходе генераторов. Змеевик дополнительного теплообменника 25 наматывается перед выходным отверстием камеры 13 между витками верхнего слоя рабочего змееви0 ка 14. При прохождении нагретой жидкости через зону расположения змеевика дополнительного теплообменника 25 его жидкое рабочее тело нагревается и, увеличивая свой объем, ставит через управляющие полости 26г 29 золотники 34-37 распределения теплоносителя в рабочее положение (возвратные пружины 38 сжаты) на нагрев камеры 1 и одновременно на охлаждение камеры 13, а через управляющую полость 30 золотника обеспечивается блокировка выключения двига0 теля золотником 40 блокировки до момента нагрева камеры 1 с одновременным охлаждением камеры 13. При этой фазе работы теплоноситель подается от насоса 42 (фиг. 1) через золотник 34 в камеру 13 и, охлаждая последнюю, нагревается и далее с целью

5 подвода в теплоноситель тепла, затраченного на полезную работу перемещения поршня 20 гидронасоса 19, подается через золотник 37 в нагреватель 46, а из последнего через золотники 34, 37 и 36 нагретый теплоноситель подается в камеру 1 и, охлаждаясь, нагревает последнюю, после чего через золотники 35 и 34 подается через охладитель 43 на вход насоса 42. Далее циклы повторяются в результате периодического прохождения тепловых фронтов через зону расположения змеевика дополнительного теплообменника 25.

Привод золотников обеспечения чередования циклов и блокировки выключения двигателя может осуществляться от поршня 20 гидронасоса 19 через механический привод 31 (фиг. 3 и фиг. 4).

С целью обеспечения повторного запуска без подогрева камеры 1 остановку двигателя производят нажатием рычага 50, обладающего усилие.м Р (фиг. 1), после чего золотник 47 под действием сжатой эти1М рычагом пружины 48 до усилия, превышающего усилие пружины 49, перемещается в положение выключения гидромотора 52 привода насоса 42 подачи теплоносителя в момент смены циклов, т.е. когда камера I нагревается, а камера 13 охлаждается. Это обеспечивает совершающий постоянное возвратно-поступательное движение золотник 40, расположенный перпендикулярно оси золотника 47 и блокирующий выключение в произвольный момент.

Одновременно с выключением насоса 42 прекращают подачу топлива в нагреватель.

Все гидравлические контуры включают систему подпитки и ограничения давления.

Предлагаемый двигатель многотопливный, причем источник подвода теплоты может быть любым (например, может быть использован низкотемпературный ядерный реактор).

Формула изобретения

. Тепловой двигатель, использующий расширение и сжатие жидкости, содержащий по меньшей мере одну пару цилиндров, каждый из которых разделен при помощи порщня на надпоршневую полость, подключенную к теплообменнику, установленную в ка.меру поочередного нагрева и охлаждения рабочей жидкости, и подпорш- невую полость, связанную через обратные

клапаны и гидравлическую магистраль высокого давления с гидроприводом, по меньшей мере один нагреватель промежуточного теплоносителя, который подключен к каме- рам поочередного нагрева и охлаждения и к источнику подвода теплоты, по меньшей мере один охладитель промежуточного теплоносителя, который подключен к тем же камерам и к источнику отвода теплоты, систему регулирования поочередного нагрева и ох лаждения рабочей жидкости и привод системы регулирования, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности, теплообменники в камерах поочередного нагрева и охлаждения выполнены каждый в виде по

5 меньшей .мере одного змеевика, все камеры, нагреватель и охладитель соединены между собой при по.мощи трубопроводов, образующих замкнутый контур циркуляции промежуточного теплоносителя, система регулирования поочередного нагрева и охлаждения

0 выполнена с распределительными золотниками, снабженными управляющими полостя- .ми и включенными в контур циркуляции промежуточного теплоносителя, а охладитель выполнен в виде радиатора с венти5 лятором обдува, привод которого выполнен в виде гидромотора, подключенного к гидравлической магистрали высокого давления.

0 коллекторами-сборниками и каждый из последних подключен к надпоршневой полости через обратные клапаны.

0

Фиг.З

33

I

физ.