Двигатель внешнего сгорания и система управления двигателем внешнего сгорания Советский патент 1993 года по МПК F02G1/04 F02G1/45 

Изобретение относится к двигателест- роению и может быть использовано на транспорте, а также в других отраслях народного хозяйства, где требуется преобразователь тепловой энергии в механическую.

Цель изобретения - повышение эффективных показателей двигателя.

Указанная цель достигается тем, что предлагаемый в качестве изобретения двигатель внешнего сгорания состоит из двух узлов, связанных термодинамически рабочим телом; механического термогенератора и поршневого преобразователя тепловой

энергии в механическую энергию выходного вала. Рабочее тело двигателя находится в двух изолированных друг от друга и от атмосферы рабочих полостях. Механический термогенератор получает тепло от внешнего источника и передает его рабочему телу в полости нагревателя. Излишнее тепло отбирается от рабочего тела в полости холодильника и передается в систему охлаждения. Между нагревателем и холодильником установлен рекуперативный теплообменник, в котором происходит взаимный теплообмен между рабочими телами, заключенными в

00 CJ

ел

00

о

со

двух рабочих полостях при их перемещении из полости нагревателя в полость холодильника. Перемещение рабочих тел из полости нагревателя в полость холодильника через рекуперативный теплообменник производится вытеснением. Вытеснитель состоит из двух вытеснительных поршней жестко связанных между собой, причем один вы- теснительный поршень находится в полости расширения и разделяет ее на две полости, второй - в полости сжатия и разделяет ее на две полости. Вытеснитель приводится в колебательное возвратно-поступательное движение внешним приводом системы управления. В поршневом преобразователе тепловой энергии в механическую происходит преобразование тепловой энергии рабочих тел обеих рабочих полостей в поступательное движение двух рабочих поршней далее через шатуны во вращательное движение коленчатого вала. На коленчатом вале закреплены ведущие ступицы двух обгонных муфт. Ведомые обоймы обгонных муфт жестко, связаны с ведущими шестернями зубчатой передачи. Обгонные муфты и зубчатая передача передают избыточную мощность коленчатого вала двигателя на его выходной вал и обеспечивают заданное направление и определенную частоту вращения выходного вала двигателя независимо от направления и частоты вращения его коленчатого вала.

Изменение частоты вращения выходного вала двигатеТгя производится путем изменения частоты колебаний вытеснителя, имеющего внешний привод от системы управления двигателем. Изменение мощности двигателя производится автоматически системой управления двигателем, которая изменяет количество подаваемого в двигатель тепла в зависимости от разницы между установленной частотой колебаний вытеснителя и частотой вращения выходного вала, причем чем больше эта разница тем большее количество тепла подается в двигатель...

Предлагаемый в качестве изобретения двигатель внешнего сгорания имеет следующие основные отличия от прототипа: предназначен в качестве универсального устройства для преобразования тепловой энергии в механическую энергию в виде вращающегося выходного вала; конструктивно выполнен в виде двух узлов: термогенератора и преобразователя, которые в принципе могут быть расположены на каком угодно расстоянии друг от друга; имеет внешний привод вытеснительных поршней от системы управления двигателем, который может задавать любые частоты колебаний вытеснительных поршней; термогенератор двигателя имеет два вытеснительных поршня, один из которых размещен в полости расширения, другой в полости сжатия;

имеет две равнозначные рабочие полости, каждая из которых включает нагреватель, холодильник, теплообменник, полость расширения, полость сжатия, рабочий поршень; перетекание рабочих тел из полости

0 расширения в полость сжатия происходит в рабочих полостях во встречном направлении. Это позволяет использовать рекупера- тивный теплообменник, двухфазное двухкомпонентное рабочее тело; преобра5 зователь двигателя состоит из рабочих поршней, кривошипно-шатунных механизмов, двух обгонных муфт, зубчатых передач; име-. ет систему управления, включающую в себя внешний привод вытеснительных поршней,

0 измеритель частоты колебаний вытеснительных поршней, измеритель частоты вращения выходного вала двигателя и исполнительный механизм. Система управления двигателем работает на принципе ав5 тематического выравнивания частоты вращения выходного вала двигателя с заданной оператором частотой колебания вытеснительных поршней путем изменения подачи топлива исполнительным механиз0 мом.

На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого двигателя; на фиг.2 - блок-схема системы управления двигателем.

5 Двигатель внешнего сгорания содержит 1 - рекуперативный теплообменник, 2 - нагреватели, 3 - вытеснитель, 4 - полость расширения, 5. - трубопроводы, 6 - рабочие цилиндры, 7 - рабочие поршни, 8 - коленча0 тый вал, 9 - ведущие шестерни, 0 - корпус двигателя, 11 - ведомую шестерню, 12 - обгонные муфты, 13 - полость сжатия, 14 - холодильники.

Двигатель работает следующим обра5 зом.

Исходное положение: вытеснитель 3 находится в крайнем положении. В связи с этим рабочее тело первой рабочей полости, включающей в себя: верхнюю часть полости

0 расширения 4, левую полость рекуперативного теплообменника 1. нижнюю часть полости сжатия 13, левый рабочий цилиндр б, находите в полости расширения, имеет высокую температуру и давление, поэтому ле5 вый рабочий поршень находится в крайнем нижнем положении. Рабочее тело второй рабочей полости, включающей в себя: нижнюю часть полости расширения 4, правую полость рекуперативного теплообменника 1, верхнюю часть полости сжатия 13, правый

двуплечего рычага 39 начинает опускаться. Это движение передается на планку 52, ее перемещение приводит к сжатию пружин 16 и 17 на вертикальных направляющих 14 и 15. Это приводит к перемещению вниз второго стакана 47, также закрепленного на планке 52. При перемещении стаканов 46 и 47 вниз происходит отклонение водил 31 и 32. Это осуществляется заклиненным клином 44 стаканом 46, а именно его подвижной стенкой 48 отводится водило 31 в сторону и водило 30 поворачивается в ту же сторону, так как оба водила 30 и 31 соединены стяжным винтом 53 с гайкой 54 и контргайкой 55, рамкой 56 и пружиной 57, при этом рамка 56 перемещается на консолях вторых Г-образных кронштейнов 18 и 19.

Поворот водил 30 и 31 приводит к повороту в ту же сторону и опорных колес 24 и 25, установленных в вилках 26 и 27, оси 28 и 29 которых проходят через Г-образные кронштейны 11 и 12 и жестко соединены с упомянутыми водилами 30,31. В результате поворота водил 30,31 тележка 2 отклоняется в сторону отведенных водил 30,31 и ролик 42 датчика слежения за швом 59 в процессе движения тележки 2 акустического блока сойдет с валика усиления сварного шва 59, клин 44 с помощью пружины 41 и ее двуплечего рычага 39 выходит из стакана 46 и с помощью пружин 16 и 17 планка 52 поднимает оба стакана 46 и 47, а водила 30 и 31 устанавливаются параллельно продольной оси сварного шва 59. При этом в процессе опускания стакана 47 ее подвижная стенка 49 на шарнире 51 перемещается водилом 30 внутрь стакана 47, так как клин 45 находится в этом случае в исходном положении и не взаимодействует со своей стенкой 49 стакана 47.

Таким же образом начинает действовать механизм управления при наезде ролика 43 на валик усиления сварного шва 59. В этом случае клин 45 будет опущен а стакан 47 двуплечим рычагом 40 и стакан 47 опустится с клином 45 так, что подвижная стенка 49, зафиксированная клином 45, отодвинет водило 30, которое развернет опорное колесо. 25, а колесо 24 развернется в ту же сторону с помощью пружины 57, рамки 56 со стяжным винтом 53 водилом 30. В этом случае откидная стенка 48 будет свободно поворачиваться в шарнире 50, опираясь на водило 30, так как клин 44 будет находиться в исходном положении, а стакан 47 будет опущен планкой 52 совместно со стаканом 46. Как только ролик 43 сойдет при движении акустического блока вдоль контролируемого шва 59 с валика усиления на поверхность изделия 58, клин 45 выйдет из своего стакана 47 и установится в исходное положение. В этом случае откидные стенки 48,49. контактирующие каждая со своим водилом 30,31, установят последние параллельно продольной оси 5 шва 59, так как прилегают к еодилам 30,31 с одинаковым усилием. Пружинами 16,17 планка 52 устанавливается в исходное положение (верхнее).

Если валик усиления шва 59 изделия 56 10 имеет в плане переменную ширину, примерно симметричную относительно продольной оси шва 59 (бочкообразный или 8-образ- ный), в этом случае оба ролика 42,43 датчика слеженмя за швом практически одновре- 5 менно наезжают на валик усиления шва 59 - оба клина 44 и 45 двуплечими рычагами 39 и 40 опускаются в свои стаканы 46 и 47, фиксируют подвижные стенки 48 и 49, при этом каждый клин 44 и 45 начинает совме0 стно с планкой 52 опускаться вниз, преодолевая пружины 16.17 на вертикальных направляющих 14 и 15, одновременно начинают опускаться оба стакана 46,47, а водила 30 и 31 начинают отклоняться откидными

5 стенками 48,49 а разные стороны. При этом пружина 57 начинает растягиваться, Опорные колеса 24 и 25 водилами 30,31 разворачиваются в противоположные стороны, а тележка 2 на опорных колесах 24,25,22 и 23

0 на полуосях 20 и 21 продолжает перемещаться сканирующим механизмом 1 вдоль продольной оси контролируемого шва 59. В этих случаях поиск дефектов не прекращается.

5 В процессе отклонения акустического блока от продольной оси шва 59 ось 33, закрепленная на тележке 2, перемещается относительно поперечной направляющей 32, В этом случае наружная обойма 35 под0 шипника 34 катится по внутренней поверхности 36 направляющей 32, а шаровая опора 37 постоянно находится в контакте с внутренней поверхностью 36 направляющей 32 сканирующего механизма 1.

5 Каждый пьезоэлемент 60 преобразователей 3 и 4 предназначен для фиксации с помощью дефектоскопической аппаратуры дефектов сварного шва 59.

Такое выполнение устройства позволя0 ет проводить высококачественный контроль сварных швов изделий с искривленной продольной осью сварного шва, а также с искривленной линией сопряжения поверхность изделия - поверхность валика усиления

5 сварного шва 59.

Формула изобретения 1.Устройство для автоматизированного ультразвукового контроля сварного шва, содержащее сканирующий механизм, соединенный с ним акустический блок в виде

тележки с двумя парами колес с закрепленными на ней ультразвуковыми преобразователями, механический узел управления колесной тележкой с датчиком слежения за сварным швом, отличающееся тем что, с целью повышения качества и расширения технологических возможностей конт- роля,.оно снабжено направляющей, жестко соединенной со сканирующим механизмом, полуосью, жестко закрепленной на тележке по нормали к плоскости осей ее колес, и надетого на полуось подшипником, кинематически взаимодействующим с направляющей сканирующего механизма, механический узел управления колесной тележкой выполнен в виде двух жестко присоединенных к колесной тележке Г-образных кронштейнов, двух шарнирно присоединенных к ним полуосей, Двух жестко присоединенных к полуосям водил и рамки с пружиной, соединяющей оба водила, датчик слежения за сварным швом выполнен в виде двух двуплечих рычагов, шарнирно соединенных с колесной тележ0

5

0

кой и подпружиненных относительно нее, соединенных с одним плечом каждого двуплечего рычага роликов, шарнирно соединенных с вторыми плечами каждого двуплечего рычага клиньев, двух вертикальных направляющих, жестко соединенных с колесной тележкой, установленной на вертикальных направляющих с возможностью перемещения планки/подпружиненной относительно колесной тележки, жестко соединенных с планкой двух стаканов с откидными стенками, шарнирно соединенных со стаканами с возможностью кинематического взаимодействия с клиньями и с водилами, одна колесная пара колесной тележки выполнена поворотной, каждое колесо ее соединено с соответствующими водилом с помощью полуоси.

2.Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с.я тем, что рама колесной тележки выполнена из двух симметричных боковин, соединенных между собой с возможностью параллельного перемещения и фиксации.

Использование: двигателестроение , транспорт, двигатели внешнего сгорания с замкнутым циклом, управление двигателя. Сущность изобретения: двигатель содержит первый и второй рабочие цилиндры с размещенными в них первым и вторым рабочими поршнями, первый и второй вытеснительные поршни, первую и вторую магистрали перепуска рабочего тела из полости расширения в полость сжатия с установленными в них нагревателем, рекуперативным теплообменником и холодильником и систему управления. Вытеснительные поршни снабжены механическим приводом, первый вытеснительный поршень размещают в полости расширения, второй вытеснительный поршень - в полости сжатия, вытеснитель- ные поршни соединены между собой што ком и системой управления, а рабочие поршни связаны между собой и с потребителем мощности при помощи механической передачи, выполненной в виде коленчатого вала, который связан с каждым поршнем через кривошип, и соединенного с коленчатым валом через первую и вторую обгонные муфты, первую и вторую зубчатые передачи и ведомую шестерню выходного вала.2 с.п.ф-лы, 2 ил. со С

& 49

А