Силовая установка Советский патент 1991 года по МПК F02G1/43 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании двигателей, работающих по циклу Стирлинга.

Цель изобретения - повышение компактности силовой установки путем размещения холодильной газовой машины внутри поршней двигателя Стирлинга.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема известного двигателя Стирлинга; на фиг 2 - узел силовой установки; на фиг.З - вариант узла силовой установки; на фиг. 4 вариант выполнения узла силовой установки на фиг. 2.

Силовая установка, включающая двигатель Стирлинга и холодильную газовую машину, содержит полый цилиндр 1 с верхней торцовой крышкой 2, полый первый вытеснительный поршень 3 со штоком 4, рабочий поршень 5 со штоком 6, нагреватель 7, регенератор 8, холодильник 9 двигателя Стирлинга, штоковое уплотнение 10, картер 11, приводной механизм 12. Шток 6 является полым и через него проходит шток 4 первого вытеснительного поршня 3. Первый вытесvj

О

ю

о N

нительный поршень 3 и рабочий поршень 5 размещены внутри цилиндра 1 таким образом, что делят его внутренний объем на три полости: полость расширения 13, полость сжатия 14 и буферную полость 15. Полость расширения 13 сообщается с полостью сжатия 14 через нагреватель 7, регенератор 8 и холодильник 9 двигателя Стирлинга. Первый вытеснительныи поршень 3 и рабочий поршень 5 связаны с приводным механизмом 12 соответственно через штоки 4 и 6. Буферная полость 15 изолирована от картера 11 штоковым уплотнением 10.

Внутри полого первого еытеснительно- го поршня 3 размещены дополнительный рабочий поршень 16 и второй вытеснительныи поршень 17 таким образом, что образуют в полости камеру расширения 1В, камеру сжатия 19 и буферную камеру 20 холодильной газовой машины. В указанных камерах размещены пружины сжатия 21, 22, 23. В боковых стенках полого первого вытесни- т ельного поршня 3 выполнены каналы, в которые установлены холодильник 24, регенератор 5, нагреватель холодильной мэ- шины v, полость 26, циркулирует холодный теплоноситель Нагреватель 27 холодильной газовой машины выполнен в торцовой части полого первого вытеснительного поршня 3 со стороны полости сжатия 14. Холо- дильный теплоноситель поступает в полость 26 через канал 28 и вытекает из нее через канал 29.

Внутри полого рабочего поршня 5(внут- ренняя полость рабочего поршня 5 является цилиндоической кольцевой, так как его центральная часть является направляющей втулкой для штока 4 первого вытеснительного поршня 3) размещены дополнительный вытеснительныи поршень 30 и второй дополнительный рабочий поршень31 --аким образом, что образуют в полости камеру расширения 32, камеру сжатия 33 и буферную камеру 34 холодильной газовой машины. В камерах 32, 33 и 34 размещены пружины сжатия 35, 36, 37. В боковых стенках полого рабочего поршня 5 выполнены каналы, в которые установлены холодильник 38, регенератор 39, нагреватель холодильной газовой машины и полость 40, в которой циркулирует холодный теплоноситель. Нагреватель 41 холодильной газовой машины выполнен в торцовой части рабочего поршня 5 со стороны полости сжатия 14. Холодный теплоноситель поступает в полость 40 по каналу 42 и вытекает из нее по каналу 43.

В цилиндре 1 на участке между буферной полостью 15 и картером 11 выполнены проточка 44. каналы 45 и 46 и проточка 47.

В нижней части полого штока б просверлены каналы 48 и 49, а также выполнены проточки 50 и 51. Через канал 45 под давлением в проточку 44 поступает холодный теплоноситель. Через канал 48 он поступает в канал 42 и в проточку 50, а из нее в канал 28. Из канала 42 холодный теплоноситель поступает в полость 40, где он охлаждает газ, протекающий в холодильнике 38. Холодный

0 теплоноситель, поступающий из канала 28 в полость 26, также охлаждает газ, протекающий в холодильнике 24. Теплоноситель выводится через проточку 51, канал 49, проточку 47 и канал 46.

5Для предотвращения утечек теплоносителя и газа из силовой установки используются уплотнения 52-56.

Для устранения перетечки теплоты по первому вытеснмтельному поршню 3 внутри

0 вытеснительного поршня можно разместить второй дополнительный вытеснительныи поршень 57, связанный с вторым вытеснительным поршнем 17 штоком 58 таким образом, что образуются дополнитель5 ные камеры сжатия 59 и расширения 60. Внутри камеры сжатия 59 установлена дополнительная пружина сжатия 61, а в стенках первого вытеснительного поршня 3 могут быть дополнительно выполнены кана0 лы. в которые установлены холодильник 62, регенератор 63, нагреватель.холодильной « газовой машины. В полости 64 циркулирует холодный теплоноситель, полость 64 сообщается с полостью 26 каналами 65 и 66.

5 Нагреватель 67 выполнен в торцовой части пологб поршня.

Силовая установка работает следующим образом.

В результате теплофизических процес0 сов: процесса подвода теплоты к газу в нагревателе 7, регенерации теплоты в регенераторе 8, отвода теплоты от газа в холодильнике 9 двигателя Стирлинга, процессов сжатия и расширения газа в поло5 стях 14 и 13 - рабочий поршень 5, соединенный через шток 6 с приводным механизмом 12, совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре 1 с верхней торцовой крышкой 2. Энергия

0 возвратно-поступательного движения рабочего поршня 5 передается через приводной механизм 12. Первый вытеснительныи поршень 3, соединенный через шток 4 с приводным механизмом 12, опережает по

5 перемещению рабочий поршень 5 на некоторый определенный фазовый угол, переталкивая газ из полости расширения 13 в полость сжатия 14 и наоборот через нагреватель 7, регенератор 8 и холодильник 9 двигателр Стирлинга.

В буферной полости 15 происходит ежа тие газа при передвижении рабочего поршня 5 вниз (аккумулирование части энергии возвратно-поступательного движения рабочего поршня 5) и расширение газа при его перемещении вверх (возврат аккумулированной энергии).

Часть энергии возвратно-поступательного движения рабочего поршня 5 двигателя Стирлинга через пружины 35, 36 и 37 передается второму дополнительному рабочему поршню 31 и дополнительному вы- теснительному поршню 30 холодильной газовой машины.

Массы дополнительного вытеснитель- ного поршня 30 и второго дополнительного рабочего поршня 31 холодильной газовой машины, а также жесткости пружин 35, 36 и 37 рассчитываются и подбираются таким образом, что дополнительный вытеснитель- ный поршень 30 опережает второй дополнительный рабочий поршень 31 при перемещении на некоторый определенный фазовый угол, амплитуды колебаний поршней 30 и 31 согласованы между собой и вписываются в габариты внутренней полости рабочего поршня 5.

Теплота, выделяющаяся при сжатии газа в камере сжатия 33, сбрасывается холодному теплоносителю, циркулирующему в полости 4С при протекании газа через холодильник 38.

Работа сжатия газа в камере сжатия 19 сбрасывается холодному теплоносителю, циркулирующему в полости 26, при протекании газа через холодильник 24,

Размещение холодильной газовой машины внутри поршней двигателя Стирлинга позволяет повысить компактность силовой установки.

Формула изобретения

Силовая установка, включающая двигатель Стирлинга и холодильную газовую машину, содержащая полый цилиндр с верхней и нижней торцовыми крышками, два внтеснитепьных поршня: первый и второй и один рабочий поршень, нагреватель, реге- 5 нератор и холодильник двигателя Стирлинга, установленные последовательно в магистрали, соединяющей полость расширения, образованную между верхней торцовой крышкой и первым вытеснительным

0 поршнем, и полость сжатия, расположенную между первым вытеснительным поршнем и рабочим поршнем, негреватель, регенератор, холодильник холодильной газовой машины, установленные последова5 тельно в магистрали, соединяющей et. камеры расширения и сжатия, отличающаяся тем, что, с цель,ю повышения компактности силовой установки путем размещения холодильной газовой машины

0 внутри двигателя Стирлинга, установка выполнена с двумя дополнительными рабочими поршнями и с дополнительным вытеснительным поршнем, первый вытес- нительный поршень и рабочий поршень вы5 полнены полыми и с каналами в стенках, второй вытеснительный поршень и один дополнительный рабочий поршень помещены в полость первого вытеснительного поршня, а дополнительный вытеснительный пср0 шень и второй дополнительный рабочий поршень установлены в полости рабочего поршня и образуют с каждой полости камеры расширения и сжатия холодильной газовой машины, в каждой камере установлены

5 пружины, а камеры расширения и сжатия сообщены между собой через каналы в стенках, холодильник, регенератор и нагреватель холодильной газовой машины установлены в этих каналах, причем камеры

0 рабширения холодильной газовой машины в разных поршнях обращены к полости сжатия двигателя Стирлинга.

а

Гч

/

8 2в м

«

Изобретение может быть использовано при создании двигателей, работающих по циклу Стирлинга, и выполнено с, целью повышения компактности силовой установки путем размещения холодильной газовой машины внутри поршней двигателя Стирлинга. Силовая установка, включающая двигатель Стирлинга и холодильную газовую машину, содержит полый цилиндр, полый первый вытеснительный поршень, полый рабочий поршень, нагреватель, регенератор, холодильник двигателя Стирлинга, установленные последовательно в магистрали, соединяющей полость расширения и полость сжатия. Внутри полого первого вы- теснительного поршня размещены первый дополнительный рабочий поршень, второй вытеснительный поршень, а в полости рабочего поршня установлены дополнительный вытеснительный поршень и второй дополнительный рабочий поршень таким образом, что в каждой полости образуют камеры расширения и сжатия холодильной газовой машины. В каждой камере установлены пружины сжатия. Камеры расширения и сжатия сообщены между собой через каналы в стенках, а холодильник, регенератор и нагреватель холодильной газовой машины установлены в этих каналах, причем камеры расширения холодильной газовой машины в разных поршнях обращены к полости сжатия двигателя Стирлинга. Часть энергии рабочего поршня двигателя Стирлинга через пружины передается поршням холодильной газовой машины. 4 ил. (Л С