Силовая установка Советский патент 1992 года по МПК F02G1/43 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании силовых установок со свободно-поршневыми двшателями Стирлинга.

Известна силовая установка, включающая свободнопоршневой двигатель Стирлинга и линейный электрический генератор, содержащая по меньшей мере один полый цилиндр двигателя Стирлинга, вытесни- тельный поршень и рабочий поршень, размещенные внутри цилиндра и разделяющие его объем на полость расширения, полость сжатия и полость газовой пружины, нагреватель, генератор, охладитель, установлен- ные последовательно в магистрали, соединяющей полость расширения и полость сжатия, якорь генератора, размещен- ный в рабочем поршне, и обмотку генератора,установленную снаружи цилиндра в зоне перемещения рабочего поршня.

В известной силовой установке полость газовой пружины двигателя Стирлинга имеет нелинейную характеристику и, следовательно, рабочий поршень не может совершать гармонические колебания, что необходимо для эффективной работы линейного электрического генератора. Это снижает эффективные показатели установки.

Цель изобретения - повышение эффективных показателей установки путем линеаризации характеристики газовой пружины.

Указанная цель достигается тем, что двигатель Стирлинга дополнительно снабжен обечайкой с окнами, а его цилиндр выполнен с дополнительными камерами в виде проточек на внутренней поверхности в полости газовой пружины, причем обечайка установлена на боковой поверхности рабочего поршня с возможностью последовательного подключения дополнительных

камер к полости газовой пружины при перемещении рабочего поршня.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема силовой установки; на фиг. 2 обечайка, внешний вид; на фиг. 3 -дополнительная камера с механизмом изменения объема; на фиг. 4 - характеристика газовой пружины известной силовой установки; на фиг. 5 - то же, предлагаемой силовой установки.

Силовая установка содержит полый цилиндр 1 с днищем 2, вытеснительный поршень 3 со штоком 4 и рабочий поршень 5 с якорем б линейного электрического генератора, размещенные в цилиндре 1 и разделяющие его объем на полость 7 расширения, полость 8 сжатия и полость 9 газовой пружины. Полость 7 расширения и полость 8 сжатия соединены между собой через нагреватель 10, генератор 11 и охладитель 12. На рабочем поршне 5 размещена обечайка 13 с окнами. Со стороны внутренней поверхности цилиндра 1, ограничивающей полость 9 газовой пружины, выполнены

дополнительные камеры в виде проточек 14. Съем мощности осуществляется с помощью обмотки 15 линейного электрического генератора. Дополнительные камеры, выполненные в виде проточек 14, соединены с

механизмом 16 изменения объема с помощью магистрали 17. Значения объемов газовой пружины и дополнительных камер выбирают из соотношения

35

Рмакс { VMMH-KK+i)Vp-fiVadd n}

k Рмин П, 0 { VMHH-KK-i+IJVp-HVadd }.

40 где Vp (Умакс-Л/мин)/(К+1), a VMHH, VwaKC И

Vadd - соответственно минимальный и максимальный объемы полости газовой пружины и объем дополнительной камеры;

Рмин, Рмакс - минимальное и максимальное значения давления в полости газовой пружины;

К - количество дополнительных камер;

п - показатель политропы процесса.

Силовая установка работает следующим образом.

Вытеснительный поршень 3 движется вниз и переталкивает рабочее тело из полости 8 сжатия через охладитель 12, регенератор 11 и негреватель 10 в полость 7 расширения. Давление рабочего тела возрастает, и рабочий поршень 5 движется вниз. При перемещении рабочего поршня 5 вниз установленная на нем обечайка 13 через выполненные в ней окна последователь- но подключает к полости 9 газовой пружины. дополнительные камеры, выполненные в виде проточек 14, что приводит к линеаризации характеристики газовой пружины. При равенстве силы инерции движения вытеснительного поршня 3 и сил давления, действующих на него со стороны полости 7 расширения, полости 8 сжатия и полости 9 газовой пружины, вытеснитель- ный поршень 3 останавливается. Рабочий поршень 5 продолжает двигаться вниз, так как он обладает большей инерционностью. При этом давление рабочего тела уменьшается. Вытеснительный поршень 3 начинает двигаться вверх, переталкивая рабочее тело через нагреватель 10, регенератор 11 и охладитель 12 в полость 8 сжатия, что приводит к дальнейшему уменьшению давления.

После того, как сила, действующая на рабочий поршень 5 со стороны полости 9 газовой пружины, становится больше суммарной силы давления со стороны полости 8 сжатия и инерции движения, рабочий поршень 5 начинает двигаться вверх. При этом установленная на рабочем поршне 5 обечайка 13 последовательно отключает от полости 9 газовой пружины дополнительные камеры, выполненные в виде проточек 14, что приводит к линеаризации характеристики газовой пружины. Цикл повторяется. Возвратно-поступательное движение рабочего поршня 5 с выполненным в нем якорем 6 линейного электрического генератора индуцирует в его обмотка 15 электродвижущую силу.

Изменение дополнительного объема, подсоединяемого к полости 9 газовой пру- 5 жины и отсоединяемого от нее, осуществляется с помощью механизма 16 изменения объема, подсоединяемого к проточкам 14 через магистраль 17.

Изобретение может быть использовано

0 также и при наличии индивидуальных газовых пружин для вытеснительного и рабочего поршней.

Использование подсоединения к полости газовой пружины и отсоединения от нее

5 дополнительного объема позволяет линеаризовать характеристику газовой пружины как при движении рабочего поршня вниз, так и при его движении вверх, что обеспечивает гармонические колебания рабочего

0 поршня с якорем линейного электрического генератора и, следовательно, повышает эффективные показатели силовой установки. Формула изобретения Силовая установка, включающая сво5 боднопоршневой двигатель Стирлинга и линейный электрический генератор, содержащая по меньшей мере один полый цилиндр двигателя Стерлинга, вытеснитель:: ный поршень и рабочий поршень, разме0 щенные внутри цилиндра и разделяющие его объем на полость расширения, полость сжатия и полость газовой пружины, нагреватель, регенератор, охладитель, установленные последовательно в магистрали,

5 соединяющей полость расширения и полость сжатия, якорь генератора, размещенный в рабочем поршне, и обмотку генератора, установленную снаружи цилиндра в зоне перемещения рабочего поршня,

0 отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности показателей установки путем линеаризации характеристики газовой пружины, двигатель Стирлинга дополнительно снабжен обечайкой с окна5 ми, а его цилиндр выполнен с дополнительными камерами в виде проточек на внутренней поверхности в полости газовой пружины, причем обечайка установлена на боковой поверхности рабочего поршня с

0 возможностью последовательного подключения дополнительных камер к полости газовой пружины при перемещении рабочего поршня.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании силовых установок со свободно поршневыми двигателями Стирлинга. Цель изобретения - повышение эффективных показателей установки путем линеаризации характеристики газовой пружины. Силовая установка включает свободнопоршневой двигатель Стирлинга и линейный электрический генератор и содержит полый цилиндр 1 с размещенными в нем вытеснительным поршнем 3 и рабочим поршнем 5, якорь 6 генератора, установленный в рабочем поршне, и обмотку 15 генератора, размещенную снаружи цилиндра в зоне перемещения рабочего поршня. На рабочем поршне установлена обечайка 13 с окнами, а цилиндр

Фиг. 2

i 1

t

1Q

1

g

s

ч

перемещение fобъем) Фиг.4

1 I

4

u Ч

II ||

l