Двигатель с внешним подводом тепла Советский патент 1979 года по МПК F02G1/04 

1

Изобретение относится к двигателестроеН11Ю, а именно к конструкции двигателей с внешним подводом тепла.

Известны двигатели с внешним подводом тепла, со;1ержа пие рабочий пилиндр с нагревае.мой и охлаждаемой полостями переменного объема, сообщенными между собой через нагреватель, регенератор и охладитель, торповые головки цилиндра с гидравлическими по.тостями, связанными между собой перепускным трубопроводом, гидроцилиндр, подключенный каналом к гидравлической полости одной из головок, рабочий .мембранный поршень, связанный с устройством отбора мош,ности и размеш,енный в гидроцилиндре, и вытеснительные мембранные поршни, прикрепленные к цилиндру и отделяюшие полости переменного объема от гидравлических полостей 1.

В известном устройстве рабочие процессы осуществляются по реальному циклу Стирлинга, т.е. имеют потери из-за неизохорности рабочих процессов, что снижает эффективность и КПД двигателя.

Цель изобретения - повышение эффективности нуте.м исключения потерь на неизохорность процессов.

Указанная цель достигается тем, что в канале, соединяющем гидроцилиндр с полостью головки, установлен управляемый двухпозпционный запорный орган, а рабочий и вытеснительные мембранные порпши выполнены с различными жесткостями при условии

С) Сг, Сз, где Ci - жесткость рабочего поршня;

Сг - жесткость вытеснительного поршня нагреваемой полости;

Сз - жесткость вытесните,тьного поршня охлаждаемой полости.

На чертеже изображен предлагаемый двигатель, продольный рсзрез.

Двигатель содержит рабочий цилиндр I с нагреваемой 2 и охлаждаемой 3 полостями переменного объема, сообщенными между собой через кожу.чотрубчатый нагреватель 4, набивной регенератор 5 и кожухотрубчатый охладитель 6. Полости перемел ного объема 2 и 3 ограничены вытесни дельными мембранными поршнями 7 i; 8 нагреваемой 2 и охлаждаемой ; locrefi соответственно, и заполпеи - газообразным рабочим телом. На цилиндре I установлены торцовые головки 9 и 10, имеющие гидравлические полости 11 и 12, относящиеся к нагреваемой 2 и охлаждаемой 3 полостям соответственно. К гидравлической полости .,12 подключен гидроцилиндр 13 посредством канала 14. Гидравлические полости 11 и 12 связаны перепускным трубопроводом 15, подключенным к гидроцилиндру 13.

Двигатель снабжен рабочим мембранным поршнем 16, кинематически через шток 17 связанным с устройством отбора мощности, например через якорь 18 и магнит 19 электрического генератора, и размещенным в гидроцилиндре 13.

Вытеснительные поршни 7 и 8 прикреплены к цилиндру 1 и отделяют полости 2 и 3 переменного объема от гидравлических полостей 11 и 12.

В канале 14, соединяющем гидроцилиндр 13 с гидравлической полостью 12 головки 10 установлен орган, например заслонка, обеспечивающий попеременное открытие и закрытие канала 14. Запорный орган может быть выполнен автоматическим. Для этого в канале 14 устанавливается клапанная плита 20, в которой выполняются впускное 2 и выпускное 22 отверстия , снабженные управляемыми впускным 23 и выпускным 24 клапанами. Каждый из клапанов 23 и 24 выполнен автоматическим и. снабжен дополнительно стопорным устройство.. Стопорное устройство состоит из толкателя 25, кинематически связанного через щток 26 с рабочим порщнем 16, двухпозиционного опорного элемента 27, определяющего начальное положение рычага 28, шарнирно связанного с толкателем 25, и коромысла 29, установленного на неподвижной относительно клапанной плиты 20 оси 30. Каждый из клапанов 23 и 24 связан со своим коромыслом 29 с помощью подвижной в осевом направлении вилки 31.

Рабочий 16 и Вытеснительные 7 и В мембранные поршни выполнены с различными жесткостями, причем соблюдено условие

С, С2 С,, гдеС1 -жесткость рабочего поршня 16;

Са - жесткость вЫтеснительного порщня 7, нагреваемой полости 2;

Сз - жесткость вытеснительного поршня 8, охлаждаемой полости 3.

Двигатель работает следующим образом. Устанавливаются в два различных положения рь1чаги 28 и тем самым задается закон стопорения клапанов 23 и 24. При этом в начальный момент времени рабочий поршень 16 приподнят якорем 18 из-за взаимодействия последнего с магнитом 19, и начальная величина внутреннего пространства гидроцилиндра 13 минимальна. Вытеснительный мембранный поршень 8 находится в нейтральном положении, так как клапаны 23 и 24 закрыты. Вытеснительный поршень 7 находится в районе верхней мертвой точки, т.е. объем нагреваемой полости 2 минимален, так как аппараты теплообмена (нагреватель 4 и охладитель 6) отключены.

Включение нагревателя 4 и о.чладителя 6 приводит к изменению давления в полостях 2 и 3, которое будет выравниваться за счет перетекания газа через регенератор 5 и трубки нагревателя 4 и охладителя 6. При этом выпускной клапан 24 закрыт, а впускной клапан 23 освобожден от действия вилки 3.1. Повышение давления газа вызывает повышение давления жидкости и происходит изохорное перемещение газа из полости 3 в полость 2 за счет установления мембранного поршня 7 в нейтральное положение, а поршня 8 - в положение, соответствующее минимальному объему полости 3, так как поршень 7 имеет

большую жесткость, чем поршень 8. Рабочий поршень 16 остается неподвижным. Как только гидравлическая полость 12 заполнится (в момент нахождения поршня 8 в верхней мертвой точке), клапан 23 закрывается. И дальнейшее повышение давления

газа приводит к тому, что жидкость через трубопровод 15 начнет поступать в гидроцилиндр 18, перемещая рабочий поршень 16, который и совершит работу. Как только поршень 16 попадет в свое крайнее положение, соответствующее максимуму объема гидроцилиндра 13, толкатель 25 через шток 26 переместит рычаг 28 в положение, при котором коромысло 29 отсоединит вилку 31 от выпускного клапана 24. Под воздействием сил разности упругостей мембранных поршней 16, 7 и 8 начнется процесс опорожнения гидравлической полости 12 и заполнения гидравлической полости 11. При этом поршень 16 остается неподвижным, а поршни 7 и 8 устанавливаются в нейтральнее положение, что приводит к перемещению газа из нагреваемой полости 2 в охлаждаемую полость 3 и, следовательно, к падению давления газа.

При установлении поршней 7 и 8 в нейтральное положение давление газа в цилиндре 1 уменьшится до величины, определяющей возможность перемещения рабочего поршня 16 в положение, соответствующее минимуму объема гидроцилиндра 13, так как данная величина определена взаимодействиями магнита 19 и якоря 18. Рабочий поршень 16 начинает перемещать жидкость из гидроцилиндра 13 в гидравлическую полость 11, так как коромысло 29 через вилку 31 удерживает впускной клапан 23 в закрыто.м положении. Перемещение жидкости приводит к уменьщению объема нагреваемой полости 2, при этом объем охлаждаемой полости 3 остается постоянным, и к соответствующему перетеканию газа через регенератор 5 с уменьшением давления в цилиндре 1.

Процесс изменения давления заканчивается в момент прихода рабочего 16 и вытеснительного 7 поршней в положение, соответствующее минимальному объему .гидроцилиндра 13 и нагреваемой полости 2. Все элементы двигателя возвращены в исходное положение. В дальнейшем цикл повторяется, причем процессы перемещения газа в полостях переменного объема 2 и 3 происходят приблизительно по изохоре, а процессы, связанные с перемещением жидкости, - по изотерме.

Изобретение позволяет повысить эффективность двигателя за счет исключения тепловых потерь на неизохорность процессов установок, работающих по циклу Стирлинга.

Формула изобретения

Двигатель с внешним подводом тепла, содержащий рабочий цилиндр с нагреваемой и охлаждаемой полостями переменного объема, сообщенными между собой через нагреватель, регенератор и охладитель.

торцовые головки цилиндра с гидравлическими полостями, связанными между собой перепускным трубопроводом, гидроцилиндр подключенный каналом к гидравлической полости одной из головок, рабочий мембранный порщень, связанный с устройством отбора мощности и размещенный в гидроцилиндре, и вытеснительные ме.мбранные порщни, прикрепленные к цилиндру и отделяющие полости переменного объема от гидравлических полостей, отличающийся

тем, что, с целью повышения эффективности путем исключения потерь на неизохорность процессов, в канале, соединяющем гидроцилиндр с полостью головки, установлен управляемый двухпозиционный запорный орган, а рабочий и вытеснительные мембранные порщни выполнены с различными жесткостями при условии

С,Сг.Сз, где Q-жесткость рабочего порщня;

GI - жесткость вытеснительного порщня нагреваемой полости;

Сз-жесткость вытеснительного поршня охлаждаемой полости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании № 1413438,

кл. F 1 Q, 1975.