Свободнопоршневой двигатель стирлинга
Изобретение относится к области машиностроения и позволяет повысить надежность двигателя, предназначенного для привода насоса, например насоса перекачки крови искусственного сердца. Двигатель содержит силовой цилиндр 1 с торцовыми крышками, поршень-вытеснитель 2, разделяющий цилиндр на горячую 5 и холодную 6 полости, сообщенные между собой через нагреватель, регенератор и охладитель, и камеру 10 привода, отделенную от холодной полости днищем 4. Камера размещена внутри поршня - вытеснителя. Шток 12 привода закреплен на нижней крышке цилиндра, частично размещен в камере привода, выполнен с выступом - ограничителем 13, периферийным стаканом 14 и перепускными каналами 15 и 16. Кольцевые расточки 22 и 23 выполнены во втулке 11. При движении поршня - вытеснителя 2 к верхнему рабочему положению давление за счет увеличения объема на велинину, соответствующую уменьшенной высоте штока 12 в этой камере. Разность давлений между камерой 10 и внутренним объемом цилиндра 1 поддерживает ускоренное перемещение поршня-вытеснителя вверх. Накапливаемая энергия снимается сжимающейся пружиной 17. В верхнем положении камера 10 сообщается с внутренним объемом цилиндра 1 через перепускной канал 15 и кольцевую расточку 23. Давление выравнивается. Перемещение поршня - вытеснителя вниз происходит под действием усиления пружины 17. При этом давление в камере 10 нарастает быстрее за счет объема, вытесняемого штоком. Движение поршня - вытеснителя ускоряется. В днище поршня - вытеснителя и кольцевом выступе 21 втулки выполнены тангенциальные сквозные каналы. Рабочее тело, вытекая из этих каналов, вызывает вращение поршня - вытеснителя. Направление вращения меняется на противоположное при изменении направления перемещения поршня - вытеснителя. Трение уменьшается, повышается надежность. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателестроению, и может быть использовано при создании двигателя для привода насоса крови искусственного сердца, а также в автономных энергоустановках систем навигации. Целью изобретения является повышение надежности двигателя. На фиг. 1 изображена принципиальная схема описываемого двигателя; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1 (с прямолинейными каналами в выступе и днище поршня-вытеснителя); на фиг. 3 то же (со спиральными каналами). Двигатель содержит по меньшей мере один силовой цилиндр 1 с торцовыми крышками, поршень-вытеснитель 2 с крышкой 3 и днищем 4, установленный в цилиндре с зазором 4 и разделяющий его объем на горячую 5 и холодную 6 полости, сообщенные между собой через нагреватель7, регенератор 8 и охладитель 9, камеру 10 привода, отделенную от холодной полости 6 днищем 4 с втулкой 11, выступающей в камеру привода, закрепленный на нижней крышке цилиндра 1 шток 12 привода, сопряженный с внутренним отверстием втулки 11, частично размещенный в камере 10 привода, выполненный с выступом-ограничителем 13 и периферийным стаканом 14 и снабженный перепускными каналами 15 и 16, пружины 17 и 18, опирающиеся на подшипники 19 и 20, кольцевой выступ 21 втулки 11, верхнюю и нижнюю расточки 22 и 23, расположенные в отверстии втулки 11, тангенциальные сквозные каналы 24 и 25, выполненные в кольцевом выступе 21 и днище 4 поршня-вытеснителя, рабочий цилиндр 26, разделенный поршнем 27 на надпоршневую камеру 28, связанную с холодной полостью 6, и подпоршневую камеру 29, и шток 30 для передачи движения привода. Двигатель работает следующим образом. При движении поршня-вытеснителя 2 к верхнему положению рабочее тело перемещается из горячей полости 5 через нагреватель 7, регенератор 8 и охладитель 9 в холодную полость 6 цилиндра 1 и охлаждается. В результате охлаждения рабочего тела уменьшается его температура и уменьшается давление в цилиндре 1 и надпоршневой камере 28 рабочего цилиндра 26. Давление в камере 10 привода также уменьшается за счет увеличения объема, соответствующего объему выходящего из камеры привода штока 12, но с меньшей скоростью, чем в цилиндре 1. Результирующая сила от разности давлений между камерой 10 привода и внутренним объемом цилиндра 1, действующая на площадь штока 12, поддерживает ускоренное движение поршня-вытеснителя 2 вверх. Как только усилие со стороны подпоршневой камеры 29 рабочего цилиндра 26 становится больше, чем со стороны надпоршневой камеры 28 и внутреннего объема цилиндра 1, поршень 27 со штоком 30 начинает двигаться вверх, совершая сжатие рабочего тела. При подходе поршня-вытеснителя 2 к верхней мертвой точке пружина 17 сжимается, накапливая энергию. При положении поршня-вытеснителя в верхней мертвой точке камера 10 привода сообщается с внутренним объемом цилиндра 1 через перепускной канал 15, нижнюю расточку 23 и группу каналов 25 и рабочее тело из камеры 10 привода перемещается во внутренний объем цилиндра 1, обеспечивая вращение поршня-вытеснителя 2 по часовой стрелке относительно цилиндра 1 и штока 12. Перемещение рабочего тела из камеры 10 привода через перепускной канал 15, нижнюю расточку 23 и группу равномерно распределенных по окружности днища 4 каналов 25 во внутренний объем цилиндра 1 происходит до выравнивания усилий, действующих на поршень-вытеснитель 2 со стороны камеры 10 привода и цилиндра 1. После выравнивания усилий происходит реверс поршня-вытеснителя в нижнее положение за счет энергии, накопленной в пружине 17. Перекрывается сообщение между камерой привода и внутренним объемом цилиндра, а поршень-вытеснитель 2 продолжает по инерции вращаться по часовой стрелке относительно цилиндра 1 и штока 12. При движении поршня-вытеснителя к нижнему положению рабочее тело из холодной полости 6 через охладитель 9, регенератор 8 и нагреватель 7 перемещается в горячую полость 5 и прогревается. Давление во внутреннем объеме цилиндра 1 и надпоршневой камере 28 рабочего цилиндра 26 повышается. Давление в камере 10 привода также повышается за счет уменьшения на величину объема штока 12, входящего в камеру привода. Однако давление в цилиндре 1 растет быстрее, чем в камере привода. Результирующая сила, создаваемая разностью давлений между цилиндром 1 и камерой 10 привода, поддерживает ускоренное движение поршня-вытеснителя 2 вниз. По мере роста давления в цилиндре 1 и надпоршневой камере 28 рабочего цилиндра 26 усилие со стороны надпоршневой камеры 28 становится больше, чем со стороны подпоршневой камеры 29, поршень 27 со штоком 30 под действием этого усилия начинает движение к нижнему положению, совершая расширение рабочего тела и полезную работу, которая передается через шток 30 приводному механизму (на чертежах не показан). При подходе поршня-вытеснителя 2 к нижней мертвой точке пружина 18 сжимается, накапливая энергию. При положении поршня-вытеснителя в нижней мертвой точке цилиндр 1 сообщается с камерой 10 привода через перепускной канал 16, верхнюю расточку 22 и группу равномерно распределенных по окружности днища 4 каналов 24 и рабочее тело из внутреннего объема цилиндра 1 перемещается в камеру 10 привода, обеспечивая и поддерживая вращение поршня-вытеснителя 2 по часовой стрелке относительно цилиндра 1 и штока 12 до тех пор, пока усилия, действующие на поршень-вытеснитель со стороны камеры 10 привода и цилиндра 1, не выравняются. После выравнивания усилий под действием пружины 18 поршень-вытеснитель 2 изменяет направление своего движения на противоположное, цикл повторяется. В двигателе часть энергии, затрачиваемой на возвратно-поступательное перемещение поршня-вытеснителя, используется еще и на вращательное движение поршня-вытеснителя, которое поддерживается при достижении поршнем-вытеснителем крайних мертвых точек. Наличие источников вращательного и возвратно-поступательного движений поршня-вытеснителя относительно цилиндра и штока и подача рабочего тела в качестве смазки в узлы трения уменьшают силы трения, исключают касание поршня-вытеснителя о стенки цилиндра и приводят к повышению надежности свободнопоршневого двигателя с внешним подводом теплоты.
Формула изобретения
1. СВОБОДНОПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА, содержащий по меньшей мере один силовой цилиндр с торцовыми крашками, поршень - вытеснитель, установленный в цилиндре с зазором и разделяющий его объем на горячую и холодную полости, сообщенные между собой через нагреватель, регенератор и охладитель, камеру привода поршня-вытеснителя, размещенную внутри него и отделенную от холодной полости при помощи днища с втулкой, выступающей в камеру привода, закрепленный на нижней крышке силового цилиндра шток привода, сопряженный с внутренним отверстием втулки, частично размещенный в камере привода, выполненный с выступом-ограничителем хода на торце и снабженный перепускными каналами, один из которых сообщен с холодной полостью, а другой - с камерой привода, и рабочий цилиндр, связанный с холодной полостью, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, втулка днища поршня-вытеснителя выполнена с кольцевым выступом и двумя расточками: верхней и нижней, расположенными в ее отверстии, а в днище поршня-вытеснителя и кольцевом выступе выполнены тангенциальные сквозные каналы, сообщающие верхнюю расточку с камерой привода, а нижнюю - с зазором между поршнем-вытеснителем и нижней крышкой силового цилиндра, причем шток выполнен с периферийным стаканом, охватывающим втулку с кольцевым зазором. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что тангенциальные каналы выступа и днища поршня-вытеснителя выполнены прямолинейными. 3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что каналы выступа и днища поршня-вытеснителя выполнены спиральными.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000
Извещение опубликовано: 20.03.2000
